Partikel- und Schüttgutmechanik - Lehrstuhl Mechanische ...
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Bewegungen aus. Derartige <strong>Partikel</strong>schichten werden als Wirbelschichten<br />
(fluidized bed, Fließbett) bezeichnet. Der Schichtcharakter ist im Wirbel-<br />
schichtbereich noch gewährleistet. Die Porosität der Wirbelschichten körniger<br />
Stoffe umfaßt theoretisch den Bereich zwischen der Porosität am Lockerungspunkt<br />
εL <strong>und</strong> ε = 1, d.h. der <strong>Partikel</strong>schwebegeschwindigkeit. Übersteigt<br />
schließlich die Aufstromgeschwindigkeit die Schwebegeschwindigkeit<br />
der <strong>Partikel</strong>n, so werden diese von der Strömung transportiert – siehe Anwendung<br />
beim pneumatischen Transport.<br />
Es ist dann eine instationäre Wirbelschicht (Förderzustand der pneumatische<br />
Fließförderung oder Dichtstromförderung) entstanden. Voraussetzung<br />
für eine kontinuierliche, störungsfreie Fließförderung ist eine homogene<br />
Wirbelschicht im Einspeiser. Kanal- oder Blasenbildung führen zu einem<br />
unstetigen Förderstrom. Für die Beschreibung der Dichtstromförderung sind<br />
Kenngrößen des Schüttgutverhaltens notwendig. Dafür werden häufig das<br />
Entlüftungs- oder Gashaltevermögen <strong>und</strong> die Gasdurchlässigkeit einer<br />
Schüttung verwendet. Beide sind miteinander gekoppelt. Eine hohe Gasdurchlässigkeit<br />
bedingt ein geringes Gashaltevermögen <strong>und</strong> umgekehrt.<br />
Ein weiterer für die Verfahrenstechnik charakteristischer Zustand, der in<br />
diesem Zusammenhang zu nennen ist, sind die Rieselschichten. Hierbei<br />
bewegen sich die <strong>Partikel</strong>n aufgelockert unter Schwerkrafteinfluß durch ein<br />
ruhendes oder mit geringer Geschwindigkeit entgegenströmendes Gas.<br />
Beim Durchströmen einer <strong>Partikel</strong>schicht ist ein Fluid einem Widerstand<br />
ausgesetzt, <strong>und</strong> somit tritt ein Druckverlust ∆p ein, Bild F 3.102.<br />
Am einfachsten läßt sich dieser bei laminarer Durchströmung von Pulverschichten<br />
beschreiben, hier Re < 10, DARCY, CARMAN <strong>und</strong> KOZENY<br />
pb<br />
k pb<br />
V�<br />
∆ ∆<br />
= A ⋅ u = k b ⋅ A ⋅ = ⋅ A ⋅<br />
( 3.155)<br />
h η h<br />
b<br />
wenn für die Permeabilität einer <strong>Partikel</strong>schüttung<br />
b<br />
k b = k / η<br />
( 3.156)<br />
<strong>und</strong> nach CARMAN <strong>und</strong> KOZENY (Faktor 180 ⇒ für monodisperse Kugeln)<br />
gilt:<br />
k<br />
b<br />
3 2<br />
ε ⋅ dST<br />
= ( 3.157)<br />
180 ⋅ η ⋅<br />
( ) 2<br />
1−<br />
ε<br />
Diese CARMAN-KOZENY-Gleichung ( 3.157) läßt sich übrigens auch unter<br />
Mithilfe der Poren-EULER-Zahl Euε als laminarer Spezialfall der<br />
ERGUN-Gleichung Gl.( 3.190) aufschreiben:<br />
( 1−<br />
ε)<br />
3<br />
∆p<br />
dST<br />
ε<br />
Eu ε = ⋅ ⋅ = ( 180 ... 150)<br />
⋅<br />
( 3.158)<br />
2<br />
ρ ⋅ u h 1−<br />
ε<br />
Re<br />
f<br />
b<br />
Schüttec_3 VO <strong>Partikel</strong>mechanik <strong>und</strong> Schüttguttechnik, Kontakt- <strong>und</strong> Kontinuumsmechanik<br />
Prof. Dr. Jürgen Tomas, 16.04.2012<br />
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