Letto fluidizzato

Uno schema di un letto fluidizzato

Modello di baseModifica

Quando il letto impaccato ha un fluido che vi passa sopra, la caduta di pressione del fluido è approssimativamente proporzionale alla velocità superficiale del fluido. Per passare da un letto impaccato a una condizione fluidificata, la velocità del gas viene continuamente aumentata. Per un letto libero esisterà un punto, noto come punto di fluidificazione minima o incipiente, in cui la massa del letto è sospesa direttamente dal flusso del fluido. La velocità del fluido corrispondente, nota come “velocità di fluidificazione minima”, u m f {displaystyle u_{mf}}

.

Oltre la minima velocità di fluidificazione ( u ≥ u m f {\displaystyle u\geq u_{mf}}

), il materiale del letto sarà sospeso dal flusso di gas e ulteriori aumenti della velocità avranno un effetto ridotto sulla pressione, a causa della sufficiente percolazione del flusso di gas. Così la caduta di pressione per u > u m f {\displaystyle u>u_{mf}}

è relativamente costante.

Alla base del recipiente la caduta di pressione apparente moltiplicata per l’area della sezione trasversale del letto può essere equiparata alla forza del peso delle particelle solide (meno la galleggiabilità del solido nel 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=}

dove:

Δ p w {\displaystyle \Delta p_{w}}

è la perdita di carico del letto

H w {\displaystyle H_{w}

è l’altezza del letto

ϵ w {displaystyle \epsilon _{w}}

è il vuoto del letto, cioè la frazione del volume del letto che è occupato dai vuoti (gli spazi fluidi tra le particelle)

ρ s {\displaystyle \rho _{s}}

è la densità apparente delle particelle del letto

ρ f {\displaystyle \rho _{f}}

è la densità del fluido fluidificante

g {\displaystyle g}

è l’accelerazione dovuta alla gravità

M s {displaystyle M_{s}

è la massa totale dei solidi nel letto

A {displaystyle A}

è l’area della sezione trasversale del letto

Raggruppamenti di GeldartModifica

Nel 1973, il professor D. Geldart ha proposto di raggruppare le polveri in quattro cosiddetti “gruppi di Geldart”. I gruppi sono definiti dalle loro posizioni su un diagramma della differenza di densità solido-fluido e della dimensione delle particelle. I metodi di progettazione dei letti fluidizzati possono essere adattati in base al raggruppamento Geldart delle particelle:

Gruppo A Per questo gruppo, la dimensione delle particelle è compresa tra 20 e 100 µm, e la densità delle particelle è tipicamente inferiore a 1,4g/cm3. Prima dell’inizio di una fase di gorgogliamento del letto, i letti di queste particelle si espandono di un fattore da 2 a 3 alla fluidificazione incipiente, a causa di una densità di massa ridotta. La maggior parte dei letti catalizzati con polveri utilizza questo gruppo.

Gruppo B La dimensione delle particelle è compresa tra 40 e 500 µm e la densità delle particelle tra 1,4-4g/cm3. Le bolle si formano tipicamente direttamente all’incipiente fluidificazione.

Gruppo C Questo gruppo contiene particelle estremamente fini e di conseguenza le più coesive. Con una dimensione da 20 a 30 µm, queste particelle fluidificano in condizioni molto difficili da raggiungere e possono richiedere l’applicazione di una forza esterna, come l’agitazione meccanica.

Gruppo D Le particelle in questa regione sono superiori a 600 µm e hanno tipicamente alte densità di particelle. La fluidizzazione di questo gruppo richiede energie di fluido molto elevate ed è tipicamente associata ad alti livelli di abrasione. L’essiccazione di grani e piselli, la tostatura dei chicchi di caffè, la gassificazione dei carboni e la tostatura di alcuni minerali metallici sono solidi di questo tipo, e di solito vengono lavorati in letti poco profondi o in modalità spouting.

DistributoreModifica

Tipicamente, il gas o il liquido pressurizzato entra nel recipiente del letto fluido attraverso numerosi fori attraverso una piastra nota come piastra distributore, situata sul fondo del letto fluido. Il fluido scorre verso l’alto attraverso il letto, causando la sospensione delle particelle solide. Se il fluido in entrata è disabilitato, il letto può depositarsi, impacchettare sulla piastra o gocciolare giù attraverso la piastra.Molti letti industriali usano un distributore sparger invece di una piastra di distribuzione. Il fluido viene quindi distribuito attraverso una serie di tubi perforati.