立管内的气固流动状态一般可分为流化流动和非流化流动两种。对于立管-翼阀系统, 不同的流动状态在系统中流动的稳定性不同。
非流化流动状态应力分析
负压差条件下, 当颗粒物料在圆柱形立管中呈逆压差作移动床流动时( 非流化流动) , 假定: ( 1) 立管中流动径向对称; ( 2) 气体与管壁的摩擦力及气体的重力忽略不计。用轴向一维流动模型, 取立管任一高度的水平微元薄层, 受力分析如图 1 所示, 图中 h 向下为正。根据力平衡原理, 可得如下方程:
利用式( 4) 可以计算出移动床中不同物料在不同负压差梯度时流动的应力变化, 如图 2、3 所示。
图 1 非流化流动的受力分析图
Fig. 1 Force balance
of non-fluidized flow
由式( 4) 可知, 若颗粒物料与管壁间的摩擦角增大, 即 B 增大, 立管截面上的正应力随着料柱高度的增加而增加。若料柱高度较高时, 截面上的正应力 ∀ h趋于常数, 随着立管直径 D 的增大, ∀ h 减小变缓( 图 3) , 表明选用较大的立管直径有利于流动稳定。
流化流动状态应力分析
负压差条件下立管内物料呈流化流动时固体颗
粒同流体的规律一样, 其压力与料封高度成正比, 即
( 5)
对比式( 4) 和( 5) 可知, 流化流动与非流化流动在压力的传递上有很大的区别。非流化流动时, 翼阀阀板处压力的变化不仅与颗粒密度和负压差梯度有关, 而且还与料封高度、物料的性质有关。随着料封高度的增加, 翼阀阀板处的压力初始呈增加趋势, 并随着高度进一步增加而趋于一定值。料封高度的变化所引起压力的变化不再引起阀板处压力的变化, 说明阀板的开度将不能根据料封高度的变化而自行调节,这就是非流化流动在立管-翼阀系统内很难稳定操作, 并易于堵塞的原因。而对于流化流动, 当颗粒流率变化, 或其它原因引起了料封高度增加时, 立管中的压力也随之增高, 这种压力的改变将传递到翼阀的阀板处, 阀板的受力平衡遭到破坏, 阀板内侧的推动力大于外侧的压力, 阀板开度增加, 于是颗粒流率增加, 使得料封高度降低。反之则相反, 周而复始, 所以立管中压力的变化可以顺利地传递到翼阀阀板处,使得翼阀具有自动平衡和维持料封的能力, 因此, 立管中的流化流动操作比较稳定。
