دانلود مقاله افت فشار خط لوله

معادله 6015 برای تمام جریان های گاز – ذره در لوله استفاده می شود.

بنابراین جهت یافتن یک معادله ویژه ی انتقال فاز دقیق باید عبارت مناسبی برای ترم های 3 (اصطکاک دیواره گاز) و 4‌ (اصطکاک دیواره و جامد) پیدا کنیم.

در فاز دقیق معمولاً اصطکاک دیواره و گاز مستقل از جامد و بدون حضور جامد فرض می شود.

بنابراین ضریب اصطکاک همان ضریب اصطکاک مربوط به گاز است (ضریب اصطکاک را fanning در نظر می گیریم- به یک مسئله حل شده نیوماتیک فاز رقیق توجه کنید).

شیوه های مختلف تخمین اصطکاک دیواره و جامد در مقالات علمی موجود می باشند.

در اینجا ما به بررسی دو رابطه ی اصلاح شده ی konno و saito (1969) جهت تخمین افت فشار ناشی از اصطکاک لوله و جامد در انتقال عمودی و رابطه ی (1953)Ainkle جهت تخمین این افت فشار در انتقال افقی می پردازیم.

در انتقال عمودی (Konno & Siato, 1969) داریم: و برای انتقال افقی: یا که و (Hinkle , 1953) که CD شریب دراگ بین ذره و گاز است (در جدول 1 ملاحظه کنید) نکته: آنالیز هینکل فرض می کند ذرات هنگام برخورد با دیواره ی لوله مومنتوم (اندازه حرکت) خود را از دست بدهند.

بنابراین از فصل یک، نیروی دراک یک ذره منفرد به صورت زیر داده شده است: اگر ضریب تخلخل ؟؟

باشد و تعداد ذرات در واحد حجم لوله Nv باشد در این صورت: بنابراین نیروی اعمال شده توسط گاز روی ذرات در واحد حجم لوله Fv است که بر اساس فرض هینکل ، Fpw معادل نیروی اصطکاک جامد و دیواره در واحد حجم لوله است بنابراین فاکتور (ضریب) اصطکاک در معادلات (6.17) و (6.19) که همان fp است معرفی شده است.

معادله (15 .6) افت فشار در طول یک لوله مستقیم را بیان می کند.

افت فشار به زانویی های مسیر خط لوله هم وابسته است و تخمین میزان این افت فشار در فصل بعد بیان خواهد شد.

Bend (زانویی) زانویی ها طراحی سیستم های انتقال فاز رقیق نیوماتیک را پیچیده می کنند، بنابراین بهتر است حتی الامکان در طراحی نیوماتیک از زانویی کمتری استفاده کنیم.

زانویی افت فشار را در خط لوله افزایش می دهند و همچنین زانویی ها از مراکز عمده خوردگی و فرسایش ذره هستند.

در لوله های افقی و عمودی (مستقیم) زانویی ها باعث می شوند که جامدات با یک چرخش و جهش در حین عبور از زانویی روبرو شوند.

به علت این پدیده، ذرات به آرامی پایین آمده و سپس مجدداً به آهستگی حرکت می کنند آنگاه پس از عبور از زانویی دوباره شتاب می گیرند که این منجر به افت فشار بالایی می شود.

در لوله های افقی زمینه ی مساعدی برای جهش ذرات وجود دارد که به شکل های مختلف در ته زانویی های افقی یا عمودی جمع می شوند.

اگر این نوع زانویی را در هر سیستمی داشته باشیم، ممکن است جامدات در بخش وسیعی از کف زانویی جمع شوند و از پراکنده شدن آنها در فاز گاز جلوگیری کند.

بنابراین پیشنهاد می شود که یا از زانویی ها در انتقال افقی و عمودی استفاده نشود و یا اینکه در نیوماتیک فاز رقیق از این زانویی ها به کار نرود.

در گذشته، طراحان سیستم نیوماتیک به این نتیجه رسیدند که این سیستم پس از گذشت زمان اختلاف شیب پیدا می کند.

اما اگر از زانویی با شعاع زیاد استفاده می شود ممکن است علاوه بر کاهش خوردگی باعث افزایش طول عمر bend هم بشود.

این زانویی که elbow نام دارد را می توان با کاهش زاویه تا 90 درجه به شکل زانویی درآورد.

Zent (1964) برای رفع مشکل فوق استفاده از سه راهی (tee) کور را پیشنهاد کرد (شکل 6.4) که به جای elbow در سیستم های نیوماتیک استفاده می شود.

تئوری که در شیت استفاده از این سه راهی است این است که تجمع ذرات جامد ساکن باعث خاصیت ضربه گیری می شود و ذرات در شاخه ی بسته ی غیرقابل استفاده ی tee تجمع کرده و فاز ساکن را تشکیل می دهند و ذرات متحرک را هدایت می کنند آنگاه خود ذرات ساکن سریع تر از شاخه ی دیگر به سمت بالا پرتاب می شوند و این شاخه می تواند bend و یا elbow باشد.

Bodner (1982) تصمیم گرفت به بررسی طول عمر و افت فشار انواع مختلف bend بپردازد.

او به این نتیجه رسید که سه راهی کور از سایه روشن ها به مراتب طول عمر بیشتری دارد.

طول عمر این روش حدود (15) برابر سایه روشن ها است.

این طول عمر بالا ناشی از انباشتگی ذرات جامد در شاخه کور سه راهی شمابه Bend بود.

بر خلاف آزمایشهای تجربی، روش دقیقی برای پیشگویی افت فشار bend وجود ندارد.

در صنعت افت فشار bend معمولاً به طور تقریبی معادل افت فشار 7.5 m از مقطع عمودی در نظر می گیرند.

زمانی که رابطه دقیقی برای بیان افت فشار bend وجود ندارد می توان از روش بالا به عنوان یک روش ابتدایی استفاده کرد.

تجهیزات فاز رقیق در سیستمی که در آن جامدات توسط هوا جریان می یابند جابجا می شود.

جامدات از یک ناودان که توسط جریان هوا تغذیه می شوند به حالت چرخشی وارد مسیر انتقال می شوند.

سیستم ممکن است فشار مثبت یا منفی یا ترکیبی از این دو باشد.

سیستم های فشار مثبت معمولاً حداکثر به فشار گیج 1 bar محدود می شوند و سیستم های فشار منفی که تحت سیستم خلأ کار می کنند به حدود 0.4 bar محدود می شوند.

سیستم های فشار منفی توسط دمنده یا مکنده ایجاد خلأ می کنند.

در سیستم های فاز رقیق که در شکل های 5 .6 و 6 .

6 نشان داده شده اند دمنده ها معمولاً جابجایی دو جهت مثبت دارند که ممکن است کنترل سرعت به منظور دی حجمی بالا داشته باشند یا نداشته باشند.

دریچه جریان هوا قادر است جامدات را با یک سرعت کنترل شده به داخل جریان هوا هدایت کند.

معمولاً برای انتقال جامدات از feeder های پیچ دار استفاده می شود.

سیکلون های جدا کننده (فصل 7 را ببینید) برای جداسازی جریان جامدات از گازها در انتهای خط لوله استفاده می شوند.

انواع فیلترها و یا روش های مختلف جهت تمیز کردن خط انتقال قبل از تخلیه و یا تکرار چرخه استفاده می شوند.

در بسیاری از شرایط ممکن است استفاده از یک گاز برای انتقال مفید نباشد (مثلاً هنگام استفاده از مواد سمی و رادیواکتیو در کارخانه ها.

یا مثلاً گازهای ساکن قابل انفجار.

و یا به منظور کنترل رطوبت برای جامداتی که رطوبت های حساس دارند.

در چنین مواردی یک loop بسته مورد استفاده قرار می گیرد.

اگر یک دمنده ی جریان مثبت استفاده شود در این صورت جامدات باید توسط سیکلونی که در خط لوله توسط یک فیلتر جاگذاری شده از گاز جدا شوند.

اگر در پایین سیستم فشارها قابل قبول باشند (0.2 bar فشار گیج) در این صورت از یک دمنده ی سانتریفیوژی و فقط یک سیکلون به صورت متقاطع استفاده می شود.

فن سانتریفیوژی قادر است مقدار کمی از جامدات را بدون صدمه به آنها عبور دهد.

در صورتی که دمنده ی جایگزینی مثبت ذرات ریز و غبار را عبور نخواهد داد.

6 .

1 .

6 انتقال فاز متراکم در ابتدا یادآور می شویم، تعاریف متفاوتی از انتقال فاز متراکم و رقیق وجود دارد.

در این بخش انتقال فاز متراکم به صورت جامداتی که در گاز به حالت معلق هدایت می شوند تعریف می شود.

پدیده ی جهش در انتقال افقی و شوک در انتقال عمودی است.

بنابراین حتی رژیم فاز متراکم در نمونه هایی از هز دو انتقال عمودی و افقی مشاهده می شود.

هز یک از این نمونه ها ویژگی خاصی دارند که رابط بین سرعت گاز، دبی جامد و افت فشار خط لوله را بهینه می کنند.

مثلاً‌در شکل 7 .

6، پنج نوع جریان متفاوت در انتقال افقی جریان فاز متراکم نشان داده شده است.

فاز متراکم پیوسته فازی است که جامدات در آن همگی با هم از لوله خارج می شوند.

انتقال در این حالت به فشار بالای گاز نیاز دارد و نیز لوله به کار رفته در این انتقال باید طول کوتاه و مواد دانه ریز (که نفوذپذیری بالایی دارند) داشته باشد.

جریان فاز متراکم غیر پیوسته منقطع را می توان به سه نوع جریان مجزا تقسیم کرد: «جریان دو شاخه گسسته) که در این جریان جامدات تمام مقطع عرضی لوله را اشغال می کنند.

«جریان انباشته (dune)» که یک لایه از جامد در حین انتقال ته نشین شده و به عنوان عامل ایجاد تلاطم عمل می کند.

ترکیب دو حالت فوق که مواد ته نشین شده تمام مقطع عرضی لوله را اشغال می کنند اما جامدات در این حالت گسسته نیستند (بنابراین «جریان جامد» شناخته می شوند) در این حالتها با سرعتهای کمتر از سرعت جهش مواجه هستیم که در آن ذرات یا به صورت یک پایه در بالای سوسپانسیون حرکت می کنند و یا ته نشین می شوند و دوباره به این لایه برمی گردند.

در نتیجه سرعت گاز کم می شود، ضخامت لایه جامد ته نشین شده زیاد و سرانجام جریان dune خواهیم داشت.

باید توجه داشته باشیم که: همه پودرها در این نمونه های جریانی مشخص نیستند.

در طول هر انتقال ممکن است با رژیم جریان بالاتری مواجه شویم.

فایده ی مهم انتقال از طریق فاز متراکم میزان پایین گاز مورد نیاز و نیز سرعت پایین جامدات است.

حجم پایین گاز مورد نیاز به معنی میزان کم انرژی در هر کیلوگرم محصول انتقال یافته است و نیز به معنای خط لوله ی کوتاه تر و جداسازی و بازیافت جامدات و گاز است.

در واقع در بسیاری از حالات، از آنجایی که جامدات در گاز معلق نیستند ممکن است در انتهای خط لوله نیاز به فیلتر نباشد.

سرعت های پایین جامد ممکن است باعث سایش شوند البته مواد شکننده ممکن است بدون خوردگی قابل توجه خط لوله از مسیر انتقال عبور کنند ولی محصول دانه ریز تر می شود.

جالب توجه است که به حالت های فوق برای بهینه سازی جریان فاز متراکم نظر بیفکنیم.

نمونه جریان فاز متراکم پیوسته از لحاظ سرعت پایین گاز و جامد قابل توجه است اما اشکالاتی نیز دارد که به انتقال مواد دانه ریز در طول یک خط لوله کوتاه محدود می شود و به فشارهای بالا نیاز دارد.

جهش جریان در سرعتهای بسیار نزدیک به سرعت Sattation انجام می شود.

و بنابراین این حالت از انتقال حالتی ناپایدار است.

علاوه بر این، نمونه های جریان، از لحاظ سرعت گاز و جامدات به صرفه نیستند.

ما نمونه جریان فاز متراکم منقطع را از روی پلاگ ها و dunes می شناسیم.

بنابراین کار در این ناحیه غیر قابل پیش بینی است.

این جریان می تواند انسداد خط لوله را بیشتر کند و نیز به فشارهای بالا نیاز دارد.

در بیشتر سیستم های صنعتی انتقال فاز متراکم سعی می کنند طول پلاگ ها را کنترل کنند تا بیشتر بتوانند رفتار آنها را پیش بینی کنند در این صورت می توانند فرصت انسداد را کاهش دهند.

بنابراین لازم است تأثیر افت فشار یک پلاگ جامد روی خط لوله بررسی شود.

متأسفانه مشاهدات تجربی ضد و نقیضی در مقالات علمی گزارش شده است.

Konrad (1986) به این نکته اشاره کرده است که افت فشار در حین انتقال پلاک باعث افزایش الف) خطی طول پلاگ ب) مربع طول پلاگ ج) exponentially طول پلاگ می شود.

یکی از این تعابیر ضد و نقیض توسط Klintworth و Marcus (1985) گزارش شده است.

(1981) هم روی تأثیر فشار بر تغییر حالت پلاگ کار کرده است.

ذرات غیر چسبنده حجیم (نوعی ذرات گروه Geldart (D) {این نوع ذرات در فصل 5 در مبحث فلوئیدایز شدن مورد بحث قرار می گیرند}) هستند.

بالا بردن خاصیت تراوایی پلاگ باعث بهتر عبور کردن از گاز در افت فشار پایین می شود که این مطلوب است.

در این حالت فشار تولید شده در پلاگ ممکن است پایین باشد و حالت (الف) یعنی وابستگی خطی به افت فشار رخ می دهد.

پلاگ های ذرات چسبنده (مثلاً گروه Geldart) می تواند هنگام مواجه شدن با فشارهای معمولی در جریان گاز نفوذ نکند.

در این صورت یک مفهوم مکانیکی مانند پیستونی و سیلندر پیدا می کند و فشار ایجاد شده در پلاگ بالا است.

فشار بالا ناشی از Shear stress است که افت فشار را در طول پلاگ زیاد می کند.

در این حالت، میزان نفوذپذیری پلاگ، که وابستگی بین طول پلاگ و افت فشار است معین می شود.

افت فشار در طول یک پلاگ می تواند تعیین کننده خطی یا exp بودن باشد و برای اینها وزقائل شود.

ذرات چسبناک حجیم، پلاگ های قابل ته نشینی تشکیل می دهند و برای انتقال فاز متراکم غیر پیوسته مناسب هستند.

در سایر موارد در جایی که تماس تحت فشار و برخورد اعمال شود نیرو تا حدی بالا می رود که پلاگ های قابل ته نشین ایجاد شوند.

انتقال فاز متراکم منقطع فقط در حالی ممکن است که مکانیزم استفاده شده در طول پلاگ در انسداد جلوگیری کند.

تجهیزات در سیستم های صنعتی، تشکیل پلاگ به سه