Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
164
Один из режимов организации движения слоя заключается в переводе работы слоя в фонтанирующий режим (см. рис. 70, б). В этом случае подача газа осуществляется через коническое днище аппарата и при отсутствии распределительной решетки приводит к фонтанирующему режиму работы. Газ проходит в основном по центральной зоне, зерна увлекаются струей газа и выбрасываются фонтаном в расширенную часть аппарата, где теряют скорость. Затем начинается осаждение частиц; они сползают вниз по периферийной зоне и, пройдя до нижней конической части аппарата, вновь подхватываются струей и поднимаются вверх.
В аппаратах фонтанирующего слоя скорость газа в нижней узкой части конуса выше скорости начала ’’взвешивания”. Попутно отметим, что это дает возможность использовать аппараты фонтанирующего слоя для особо высокотемпературных процессов и при переработке агрессивных сред, т.е. в тех случаях, когда неприменимы газораспределительные решетки. Аппараты фонтанирующего слоя позволяют перерабатывать материалы с различным размером зерен (полидисперсные) с меньшим уносом, чем в условиях обычного кипящего слоя. '
Существует также тангенциальный ввод газа в аппарат с таким расчетом, чтобы зернистый материал двигался вращательно [109].
Если специальными методами инициировать вибрацию частиц в слое, то можно получить виброкипящий слой. Благодаря вибрации устанавливается перемешивание материала и уменьшаются размеры пузырей.
Гранулометрический состав или распределение частиц кремния по размерам (диаметра d) можно охарактеризовать, вводя понятие о среднем диаметре частиц. Частицы, как правило, Имеют самую различную форму, но для упрощения принимают, что они имеют форму шара, диаметр которого называют эквивалентным диаметром частицы. Группа частиц разных размеров может быть охарактеризована также эквивалентным диаметром этой группы частиц. Пользуются различными способами усреднения частиц по диаметрам, т.е. по-разному вводят понятие эквивалентного диаметра da.
Формулы для определения среднего эквивалентного диаметра частиц [110] следующие:
средний арифметический диаметр d,- Z 4П/П-І JL/i-Il.,
i-1 dI di
где п - общее число частиц; п,- - число частиц определенной і-той фракции;
средний квадратичный диаметр
165
d3«(I -т-/2^-)0’5»
I rfI “і
где Cfi - средний диаметр частиц і-той фракции;
средний гармоничный диаметр Si Si
где gt - массовая доля частиц і-той фракции;
средний диаметр по массе
Z n-df п
<*э = ( -Г— )°’25= 2, Sidi.
Выбор того или иного метода определения среднего эквивалентного диаметра определяется постановкой задачи. Распределение частиц по диаметрам находят методами ситового анализа.
Движение газового потока через слой твердых частиц сопровождается потерей напора Ap (гидравлическим сопротивлением). При постепенном увеличении скорости газа возрастает и гидравлическое сопротивление слоя до определенного значения, а затем оно остается постоянным (рис. 71). Этот момент характеризует начало псевдоожижения, а скорость, при которой слой твердых частиц кремния начинает переходить во взвешенное состояние, называется начальной скоростью ПСЄВДООЖИЖЄНИЯ или первой критической скоростью Ь)кр,.
При образовании псевдоожиженного слоя наблюдается некоторое падение гидравлического сопротивления (от точки D ниже линии ВС, см. рис. 71), а затем наблюдается устойчивое кипение при широком интервале изменения скорости (ВС), при этом гидравлическое сопротивление слоя практически не изменяется. При дальнейшем увеличении скорости газа (точка С) твердые частицы начинают уноситься из аппарата. Началу этого процесса соответствует вторая критическая скорость “кр2 (скорость уноса). Участок BD на кривой рис. 71 обусловлен силами сцепления между частицами слоя и трением частиц о стенки аппарата.
Таким образом, область существования псевдоожиженного слоя ограничивается начальной скоростью псевдоожижения Wicpi и скоростью уноса икр2.
На практике используют контактную массу с размерами частиц в достаточно широком диапазоне значений. Такие контактные массы называются полидисперсными. Если слой содержит полидисперсный кремний, то унос мелких частиц из слоя может наступить раньше, чем некоторые крупные частицы перейдут во взвешенное состояние. 166
Рис. 71« Зависимость между гидравлическим сопротивлением слоя и скоростью ожижающего газа:
AB и BC — неподвижный и взвешенный слои; др — перепад давления во взвешенном слое; Q — скорость псевдоожижающего газа
При уносе движение частиц перестает быть хаотическим, они начинают ориентироваться в направлении восходящего потока газа и движутся только вверх. Такое движение используют для перемещения сыпучих тел (псевмотранспорт).
Часто псевдоожиженный слой характеризуют числом псевдоожижения КЫ) которое определяют, как отношение рабочей скорости и газового потока (рассчитанной на полное сечение аппарата) к критической скорости Ukp1, характеризующей начало псевдоожижения. На практике К = 2^80. Интенсивное перемешивание твердых частиц наблюдается уже при Ku = 2.
