Lecho fluidizado
Modelo básicoEditar
Cuando el lecho empacado tiene un fluido pasado sobre él, la caída de presión del fluido es aproximadamente proporcional a la velocidad superficial del fluido. Para pasar de un lecho empacado a una condición fluidizada, la velocidad del gas se eleva continuamente. Para un lecho libre existirá un punto, conocido como punto mínimo o de fluidización incipiente, en el que la masa del lecho está suspendida directamente por el flujo de la corriente de fluido. La velocidad del fluido correspondiente, conocida como «velocidad de fluidización mínima», u m f {\displaystyle u_{mf}}
.
Más allá de la velocidad mínima de fluidización ( u ≥ u m f {\displaystyle u\geq u_{mf}}
), el material del lecho quedará suspendido por la corriente de gas y nuevos aumentos de la velocidad tendrán un efecto reducido sobre la presión, debido a la suficiente percolación del flujo de gas. Así, la caída de presión para u > u m f {\displaystyle u>u_{mf}}
es relativamente constante.
En la base del recipiente la caída de presión aparente multiplicada por el área de la sección transversal del lecho puede equipararse a la fuerza del peso de las partículas sólidas (menos la flotabilidad del sólido en el fluido).
Δ p w = H w ( 1 – ϵ w ) ( ρ s – ρ f ) g = {\displaystyle \Delta p_{w}=H_{w}(1-\epsilon _{w})(\rho _{s}-\rho _{f})g=}
donde:
Δ p w {{displaystyle \rho p_{w}}
es la caída de presión del lecho
H w {\displaystyle H_{w}}
es la altura del lecho
ϵ w {{displaystyle \\\\w}}
es el vacío del lecho, es decir, la fracción del volumen del lecho que está ocupada por los vacíos (los espacios fluidos entre las partículas)
ρ s {\displaystyle \rho _{s}}
es la densidad aparente de las partículas del lecho
ρ f {\displaystyle \rho _{f}}
es la densidad del fluido fluidizante
g {\displaystyle g}
es la aceleración debida a la gravedad
M s {{displaystyle M_{s}}
es la masa total de sólidos en el lecho
A {\displaystyle A}
es el área de la sección transversal del lecho
Agrupaciones de GeldartEditar
En 1973, el profesor D. Geldart propuso la agrupación de los polvos en los cuatro llamados «Grupos Geldart». Los grupos se definen por su ubicación en un diagrama de diferencia de densidad sólido-fluido y tamaño de las partículas. Los métodos de diseño de los lechos fluidizados pueden adaptarse en función de la agrupación Geldart de la partícula:
Grupo A Para este grupo el tamaño de la partícula está entre 20 y 100 µm, y la densidad de la partícula suele ser inferior a 1,4g/cm3. Antes de que se inicie la fase de lecho burbujeante, los lechos de estas partículas se expandirán por un factor de 2 a 3 en la fluidificación incipiente, debido a la disminución de la densidad aparente. La mayoría de los lechos catalizados por polvo utilizan este grupo.
Grupo B El tamaño de las partículas está entre 40 y 500 µm y la densidad de las partículas entre 1,4-4g/cm3. El burbujeo suele formarse directamente en la fluidificación incipiente.
Grupo C Este grupo contiene partículas extremadamente finas y, en consecuencia, las más cohesivas. Con un tamaño de 20 a 30 µm, estas partículas se fluidifican en condiciones muy difíciles de conseguir y pueden requerir la aplicación de una fuerza externa, como la agitación mecánica.
Grupo D Las partículas de esta región están por encima de los 600 µm y suelen tener altas densidades de partículas. La fluidización de este grupo requiere energías de fluido muy elevadas y se asocia típicamente con altos niveles de abrasión. El secado de granos y guisantes, el tostado de granos de café, la gasificación de carbones y el tostado de algunos minerales metálicos son este tipo de sólidos, y suelen procesarse en lechos poco profundos o en la modalidad de chorreado.
DistribuidorEditar
Típicamente, el gas o el líquido presurizado entra en el recipiente del lecho fluidizado a través de numerosos orificios mediante una placa conocida como placa distribuidora, situada en el fondo del lecho fluidizado. El fluido fluye hacia arriba a través del lecho, provocando la suspensión de las partículas sólidas. Si el fluido de entrada está deshabilitado, el lecho puede asentarse, empaquetarse en la placa o escurrirse a través de la misma.Muchos lechos industriales utilizan un distribuidor sparger en lugar de una placa distribuidora. El fluido se distribuye entonces a través de una serie de tubos perforados.
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