Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схематический чертеж реактора с псевдоожиженным слоем

Псевдоожижение (или псевдоожижение ) - это процесс, похожий на ожижение, посредством которого гранулированный материал преобразуется из статического твердого состояния в динамическое жидкое состояние. Этот процесс происходит, когда жидкость ( жидкость или газ ) проходит через гранулированный материал.

Когда поток газа вводится через дно слоя твердых частиц, он будет двигаться вверх через слой через пустые пространства между частицами. При малых скоростях газа аэродинамическое сопротивлениена каждой частице также низка, и, таким образом, слой остается в фиксированном состоянии. При увеличении скорости силы аэродинамического сопротивления начнут противодействовать силам гравитации, заставляя слой расширяться в объеме по мере того, как частицы удаляются друг от друга. Дальнейшее увеличение скорости приведет к достижению критического значения, при котором восходящие силы сопротивления будут точно равны нисходящим гравитационным силам, в результате чего частицы будут взвешиваться в жидкости. При этом критическом значении слой считается псевдоожиженным и проявляет текучесть. При дальнейшем увеличении скорости газа объемная плотность слоя будет продолжать уменьшаться, и его псевдоожижение станет более интенсивным, пока частицы не перестанут образовывать слой и не будут «перемещаться» вверх потоком газа.

При псевдоожижении слой твердых частиц будет вести себя как текучая среда, как жидкость или газ. Как вода в ведре : кровать будет соответствовать объему камеры, а ее поверхность останется перпендикулярной силе тяжести ; объекты с более низкой плотностью, чем плотность кровати, будут плавать на ее поверхности, подпрыгивая вверх и вниз, если их толкать вниз, в то время как объекты с более высокой плотностью опускаются на дно кровати. Гидравлическое поведение позволяет частицам транспортироваться, как жидкость, по трубам , не требуя механической транспортировки (например, конвейерной ленты ).

Упрощенным повседневным примером псевдоожиженного слоя газа и твердого вещества может быть попкорн с горячим воздухом . В попкорн ядра , все быть достаточно однородными по размеру и форме, суспендируют в горячем воздухе , поднимающийся из нижней камеры. Из-за интенсивного перемешивания частиц, аналогичного перемешиванию кипящей жидкости, это позволяет поддерживать однородную температуру ядер по всей камере, сводя к минимуму количество сгоревшего попкорна. После лопания более крупные частицы попкорна испытывают повышенное аэродинамическое сопротивление, которое выталкивает их из камеры в миску.

Этот процесс также играет ключевую роль в формировании песчаного вулкана и структур утечки жидкости в отложениях и осадочных породах .

Приложения [ править ]

Дополнительная информация о приложениях: с псевдоожиженным слоем , сжигания с псевдоожиженным слоем и реактор с псевдоожиженным слоем

В большинстве приложений псевдоожижения используется одна или несколько из трех важных характеристик псевдоожиженного слоя:

  1. Псевдоожиженные твердые вещества легко переносятся между реакторами.
  2. Интенсивное перемешивание в псевдоожиженном слое означает, что его температура одинакова.
  3. Между псевдоожиженным слоем и теплообменниками, погруженными в слой, обеспечивается превосходная теплопередача.

В 1920-х годах был разработан процесс Винклера для газификации угля в псевдоожиженном слое с использованием кислорода. Это не было коммерчески успешным.

Первой крупномасштабной коммерческой реализации, в начале 1940 - х годов, был каталитического крекинга (FCC) , жидкости процесса, [1] , которые превращают тяжелые нефтяные врезается в бензине . Богатый углеродом « кокс » откладывается на частицах катализатора и дезактивирует катализатор менее чем за 1 секунду . Частицы псевдоожиженного катализатора перемещаются между реактором псевдоожиженного слоя и горелкой псевдоожиженного слоя, где отложения кокса сжигаются, выделяя тепло для эндотермической реакции крекинга.

К 1950-м годам технология псевдоожиженного слоя применялась в минеральных и металлургических процессах, таких как сушка, кальцинирование и обжиг сульфидов .

В 1960-х годах несколько процессов с псевдоожиженным слоем резко снизили стоимость некоторых важных мономеров . Примерами являются процесс Sohio для акрилонитрила [2] и процесс оксихлорирования для винилхлорида . [3] Эти химические реакции сильно экзотермичны, а псевдоожижение обеспечивает однородную температуру, сводит к минимуму нежелательные побочные реакции и эффективную передачу тепла к охлаждающим трубам, обеспечивая высокую производительность.

В конце 1970-х годов процесс синтеза полиэтилена в псевдоожиженном слое резко снизил стоимость этого важного полимера , сделав его использование экономичным во многих новых областях применения. [4] В результате реакции полимеризации выделяется тепло, а интенсивное перемешивание, связанное с псевдоожижением, предотвращает появление горячих точек, в которых частицы полиэтилена могут плавиться. Похожий процесс используется для синтеза полипропилена .

В настоящее время большинство процессов, которые разрабатываются для промышленного производства углеродных нанотрубок, используют псевдоожиженный слой. [5] Arkema использует псевдоожиженный слой для производства 400 тонн в год многослойных углеродных нанотрубок. [6] [7]

Новым потенциальным применением технологии псевдоожижения является горение с химическим контуром , которое еще не было коммерциализировано. Одним из решений снижения потенциального воздействия углекислого газа, образующегося при сжигании топлива (например, на электростанциях ), на глобальное потепление, является связывание углекислого газа . При регулярном сжигании с воздухом образуется газ, в основном азот (так как это основной компонент воздуха в количестве около 80% по объему), что предотвращает экономичное связывание. В химическом цикле в качестве твердого кислорода используется оксид металла. перевозчик. Эти частицы оксида металла заменяют воздух (особенно кислород в воздухе) в реакции горения с твердым, жидким или газообразным топливом в псевдоожиженном слое, производя твердые частицы металла в результате восстановления оксидов металлов и смеси диоксида углерода и водяного пара. , основные продукты любой реакции горения. Вода пар конденсируется, в результате чего чистый диоксида углерода , который может быть поглощенным. Частицы твердого металла циркулируют в другом псевдоожиженном слое, где они реагируют с воздухом (и снова с кислородом воздуха), выделяя тепло и окисляя частицы металла до частиц оксида металла, которые рециркулируют в камеру сгорания псевдоожиженного слоя.

Псевдоожижение жидкость-твердое вещество имеет ряд применений в технике [8] [9] Наиболее известным применением псевдоожижения жидкость-твердое вещество является обратная промывка гранулированных фильтров водой. [10] [11]

Псевдоожижение имеет множество применений с использованием ионного обмена.частицы для очистки и обработки многих промышленных жидкостных потоков. В таких отраслях, как пищевая, гидрометаллургическая, водоумягчительная, каталитическая, химическая на биологической основе и т. Д., Ионный обмен является критически важным этапом обработки. Обычно ионный обмен используется в насадочном слое, где предварительно осветленная жидкость проходит вниз через колонну. В Университете Западного Онтарио в Лондоне, Онтарио, Канада, была проделана большая работа по использованию системы непрерывного псевдоожиженного ионного обмена, названной «Жидко-твердый циркулирующий псевдоожиженный слой» (LSCFB), недавно получившей название «Циркуляционный псевдоожиженный ионный обмен» CFIX).Эта система имеет широкое применение, расширяющее использование традиционных ионообменных систем, поскольку она может обрабатывать потоки сырья с большими количествами взвешенных твердых частиц из-за использования псевдоожижения. [12][13]

Ссылки [ править ]

  1. ^ А. В. Петерс, WH Фланк, Б. Х. Дэвис, "История крекинга нефти в 20 веке", Серия симпозиумов ACS, том 1000, 2009, страницы 103-187
  2. ^ "Процесс Sohio Acrylonitrile - Американское химическое общество" . Американское химическое общество . Архивировано 6 сентября 2017 года . Проверено 13 января 2018 .
  3. ^ Маршалл, KA 2003. Хлороуглероды и хлоруглеводороды, обзор. Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера
  4. ^ Томас Э. Ноулин, Бизнес и технологии мировой полиэтиленовой промышленности: всесторонний взгляд на историю, технологии, катализаторы и современное коммерческое производство полиэтилена и продуктов из него, 2014, ISBN 9781118946039 
  5. ^ Carole Baddour, Седрик Briens, 2005, "Синтез углеродных нанотрубок: обзор", IJCRE, 3, R3. Международный журнал химической реакторной техники, архивированный 28 января 2007 г. на Wayback Machine
  6. ^ Arkema. "Graphistrength.com - производство Graphistrength®" . www.graphistrength.com . Архивировано 23 апреля 2017 года . Проверено 13 января 2018 .
  7. ^ Кэрол Баддур, Седрик Бриенс, Серж Бодере, Дидье Англеро, Патрис Гайяр, 2008, «Струйное измельчение углеродных нанотрубок в псевдоожиженном слое с конфигурацией сопла / мишени», Powder Technology, том 190, выпуск 3, 25 марта 2009 г., страницы 372 -38
  8. ^ Эпштейн, Н. Жидкостно-твердое псевдоожижение. В Справочнике по псевдоожижению и жидкостным системам; Ян, WC, Ed .; Marcel-Dekker Inc, Нью-Йорк, 2003 г .; 705-764.
  9. ^ Ярмарка, GM и Хэтч, LP (1933). Фундаментальные факторы, управляющие потоком воды через песок. Jour. AWWA, 25: 11: 1551.
  10. ^ С.Ю. Ханс, Э. Сойер, Ö. Акгирай (2018). О расширении обратной промывки градуированных фильтрующих материалов. Порошковая технология, 333, 262-268. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.04.032
  11. ^ С.Ю. Ханс, Э. Сойер, Ö. Акгирай (2016). Определение характеристик сыпучих материалов с внутренними порами для гидравлических расчетов с неподвижными и псевдоожиженными слоями. Исследования в области промышленной и инженерной химии, 55 (31), 8636-8651. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.iecr.6b00953
  12. ^ Князь, Андрей; Bassi, Amarjeet S; Хаас, Кристина; Чжу, Джесси Икс; Доу, Дженнифер (2012). «Извлечение соевого белка без использования растворителей с использованием непрерывного жидко-твердого ионообменника с циркулирующим псевдоожиженным слоем» Прогресс биотехнологии . 28 (1): 157–162. DOI : 10.1002 / btpr.725 . PMID 22002948 . S2CID 205534874 .  
  13. ^ Мазумдер; Чжу, Рэй (апрель 2010 г.). «Оптимальная конструкция жидко-твердого циркулирующего псевдоожиженного слоя для непрерывного извлечения белка». Порошковая технология . 199 (1): 32–47. DOI : 10.1016 / j.powtec.2009.07.009 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Исследовательский центр псевдоожижения UBC
  • ICFAR