Fluidizzazione liquida di
miscele di solidi
Incontri del Dottorato di
Ingegneria Chimica e dei Materiali
Dottoranda: Carla Scapinello
Coordinatore: Prof. Renzo Di Felice
12 Dicembre 2007
1.Obiettivo Generale

Studiare il comportamento di un letto
composto da una miscela binaria di particelle
di diverse dimensioni e diversa densità.
Obiettivi Specifici

Particelle di stese dimensioni e diversa
densità.

Distribuzione delle particelle dentro il letto:
omogenea e stratificata.
2. Introduzione
Fluidizzazione
E un processo per il quale il
letto acquista delle proprietà
simili a quelle di un fluido.
Le particelle sono relativamente
libere di muoversi nel letto, in
maniera indipendente l'una
dalle altre.
(Gibilaro, 2001)
Considerando una singola
particella….
Spinta di
Archimede (fb)
Spinta del
Fluido (fd)
Fb =Vp * f * g
Fd = Equazione Ergun
Peso (fg)
Fg = mp * g
Altezza
Letto
FLUIDIZZATO
FISSO
Velocit
à
Basse Velocità
La forza di spinta del fluido e la spinta di Archimede non superano in
modulo il peso delle particelle e queste non si muovono. Letto Fisso.
Alte Velocità
La spinta del fluido e la spinta di Archimede bilanciano il peso delle
particelle e il letto comincia a espandersi. Letto Fluidizzato.
Componenti del sistema
Uscita Fluido
Misuratore di livello
Misuratore di
pressione
Colonna
Piatto
distributore
Sezione di predistribuzione
Rotametro
Ingresso Fluido
3. Prove Sperimentali
•
•
Fase liquida: Acqua
Fase solida: Miscela Pb – Vetro
dp: 1,7 mm
Pb: 10300 kg/m3
Vetro: 2400 kg/m3
•
Altezza letto (L bed): 20 cm
Vetro diam. 1,7mm Col 5cm
2000
1800
1600
1400
Vetro 100%
P (Pa)
1200
1000
800
600
400
200
0
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
u (m/s)
Piombo diam. 1,7mm Col 5cm
14000
12000
Piombo 100%
P (Pa)
10000
8000
6000
4000
2000
0
0.000
0.010
0.020
0.030
0.040
0.050
0.060
0.070
0.080
u (m/s)
7000
6000
Vetro 50%
P (Pa)
5000
4000
3000
Piombo 50%
2000
1000
0
0.000
0.010
0.020
0.030
0.040
u (m/s)
0.050
0.060
0.070
1
4
14000
12000
10000
10000
8000
8000
P(Pa)
P (Pa)
12000
14000
6000
6000
4000
4000
2000
0
0.000
2000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.035
0.040
0.045
0
0.000
0.050
u (m/s)
0.010
0.020
0.030
0.040
0.050
0.060
0.070
u(m
/s)
2
5
14000
12000
10000
10000
8000
8000
P(Pa)
P (Pa)
12000
14000
6000
6000
4000
4000
2000
2000
0
0.000
0.010
0.020
0.030
0.040
0.050
0
0.000
0.060
0.010
0.020
0.030
3
0.040
0.050
0.060
0.070
0.080
0.050
0.060
0.070
0.080
u(m
/s)
u (m/s)
6
14000
14000
12000
12000
10000
P (Pa)
P (Pa)
10000
8000
8000
6000
6000
4000
4000
2000
2000
0
0.000
0
0.000
0.010
0.020
0.030
0.040
u (m/s)
0.050
0.060
0.070
0.010
0.020
0.030
0.040
u (m/s)
4. Discussione dei risultati
Perché la pressione aumenta al di sopra del
massimo teorico possibile?
La spiegazione potrebbe essere la
presenza di una forza (W),
proporzionale alla forza normale alla
parete della colonna, risultante dalla
spinta delle particelle sulla colonna.
Fx
Fy
N
F
W
Bilancio delle Forze:
Erg Pb
I V/Pb
P Pb + W Pb – Erg Pb – Int V/Pb = 0
P Pb
W Pb
+
P V + W V + Int Pb/V - Erg V = 0
P tot – Erg tot + W tot = 0
Erg V
PV
WV
I Pb/V
N  Int
W  N
N
W  Int
W = k.Int
F
W
Risolvendo il bilancio
delle forze
P Pb – Erg Pb
k-1
=
P V – Erg V
Ricavando dai risultati sperimentali risulta:
k+1
k ~ 0.7 – 0.8 cte.
0.07
U maxP (m/s)
0.06
0.05
0.04
20 cms
40 cms
0.03
0.02
0.01
0
0
20
40
60
% Pb
80
100
120
La forza W
non dipende
dall’altezza
del letto
5. Lavoro futuro
Letto miscela omogenea
Miscela
omogenea
50% Pb
10000
9000
8000
7000
P (Pa)
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0,0000
0,0100
0,0200
0,0300
u (m/s)
0,0400
0,0500
0,0600
1
10000
9000
8000
7000
P (Pa)
6000
2
5000
4000
3000
2000
1000
0
0,0000
0,0100
0,0200
0,0300
u (m/s)
1
2
0,0400
0,0500
0,0600