Partikel- und Schüttgutmechanik - Lehrstuhl Mechanische ...

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