固体颗粒流态化固体颗粒流态化
固体颗粒流态化 (Fluidization)
1 流化床的基本概念
流态化(流化床)：颗粒在流体中悬浮或随其一起流动。 强化颗粒与流体间的传热、传质与化学反应特性。 假设 床层是由均匀颗粒组成的 流体自下而上地流过颗粒层 则根据流速的不同，会出现三种不同的情况 固定床阶段 流化床阶段 颗粒输送阶段
固定床阶段
u:流体通过床层的表观速度(即空塔速度) 较低 u1:颗粒空隙中流体的实际流速 ut:颗粒的沉降速度 u1< ut 则颗粒基本上静止不动，颗粒层为固定床 流体最大表观速度
流化床阶段
u > umax u1> ut 床内颗粒将“浮起” 颗粒层将“膨胀” 空隙率ε↗
u1↘ 当床层膨胀到一定程度，颗粒间的实际 流速等于颗粒的沉降速度时，床层不再 膨胀而颗粒则悬浮于流体中,这种床层称 为流化床 u1= ut
?流化床原则上可以有一个明显的上界面。 ?流化床存在的基础是大量颗粒的群居。
颗粒输送阶段
表观速度 u 超过颗粒的沉降速度 ut 。 颗粒将被流体带出器外，这是颗粒输送阶段。 可以实现固体颗粒的气力和液力输 送。 载流床 若在床层上部安装旋风分离器将带出 的颗粒重新返回床层，从而在很高的 表观速度下仍可实现流固间的各种过 程。此种方式称为载流床。
狭义流态化与广义流态化
?狭义流态化专指上述第二阶段即流化床阶段 ?广义流态化则泛指各种非固定床的流固系统，包括载流 床和气力输送
实际的流化现象
流化现象简介 液-固系统 散式流化 表观流速达到某个临界值 umf时（umf称为起 始流化速度）
表面特征：颗粒摇摆，随机运动， 忽上忽下，忽左忽右 气-固系统 聚式流化 当表观流速超过起始流 化速度 umf而开始流化
表面特征：空穴，移动和合并，破裂
充分流态化的床层表现出类似于液体的性质：
L
?p
u
(a)
u
(b) (c)
u
u
(d)
u
(e)
u
a:密度比床层平均密度 ρm 小的物体可以浮在床面上 b床面保持水平 c服从流体静力学，即高差为 L 的两截面的压差ΔP =ρmgL d颗粒具有与液体类似的流动性，可以从器壁的小孔喷出 e联通的流化床能自行调整床层上表面使之在同一水平面上
不正常的流化现象
S
起伏 正常值
log ?p B
大高径比床层
log ?p b
? pb =W A
log u
大直径床层
log u
腾涌(Slugging)：颗粒层被气泡分成几段并像活塞一样被推 动上升，在顶部破裂后颗粒回落。腾涌时床层高度起伏很 大，器壁被颗粒磨损加剧，引起设备震动，损伤床内构件。 沟流：大量气体经过局部截面通过床层，其余部分仍为固定 床而未流化(“死床”)。 腾通与沟流都会使气—固两相接触不充分、不均匀、流化质 量不高，使传热、传质和化学反应效率下降。
改善聚式流化质量的措施 气体分布板：高阻分布板 (>10%Δpb，且>0.35mmH2O) 可使 气体初始分布均匀，以抑制气泡的生成和沟流的发生。
气体 气体 气体
多孔板
风帽
管式
内部构件：阻止气泡合并或破碎大气泡。 宽分布粒度：宽分布粒度的细颗粒可提高床层的均化程度。 床层振动： 气流脉动：
流化床床层高度及分离高度 流化数 实际操作流速与临界流化速度之比 u/umf
床层的流化状态和流化质量与流化数有很大关系 膨胀比 R 流化床的膨胀高度 L 与临界流化高度之比
R= L L mf 1 ? ε mf = 1? ε
散式流化具有空隙率随流化数均匀变化的规律 聚式流化乳化相的空隙率几乎不变，床层膨胀主要由气泡相 的膨胀所引起。聚式流化床膨胀比是一个较难确定的参数。
流化床床层高度及分离高度 分离高度 H 或 TDH（Transport Disengaging Height）： 流化床膨胀高度以上颗粒可以依靠重力沉降回落的高度。超 过这一高度后颗粒将被带出。TDH 的确定对流化床气体出 口位置的设计具有重要意义。
床高
TDH
L 气体中颗粒的浓度
例：流态化催化裂化 装置： 原料油高温气化后与 催化剂颗粒在提升管 内形成高速并流向上 的 稀 相 输 送 ，5～7秒 即可完成原料油的催 化裂解反应。催化剂 经旋风离器分离后由 下行管进入再生器， 被从底部送入的空气 流化再生，停留时间 约为7～12分钟。
裂解产物 反应器内的 旋风分离器 烟道器 吹出用 水蒸气
再生器
提升管 反应器
预热器
主风机 进料油
气力输送 (Pneumatic transport)
气力输送：在密闭的管道中借用气体(最常用的是空气)动力 使固体颗粒悬浮并进行输送。 输送对象：从微米量级的粉体到数毫米大小的颗粒。 优点：效率高；全密闭式的输送既可保证产品质量、又可 避免粉体对环境的污染；容易实现管网化和自动 化；可在输送过程中同步进行气固两相的物理和化 学加工(颗粒干燥、表面包裹、气固反应等)。 缺点：能耗高，设计和操作不当易使颗粒过度碰撞而磨 蚀、破碎，同时造成管道和设备的磨损。对含水量 多、有粘附性或高速运动时易产生静电的物料，不 宜用气力输送，而以机械输送为宜。
气力输送 (Pneumatic transport)
气源
风机
料仓
颗粒进料与加速段
弯管加速区
进料段 颗粒加速段 气－固分离 膨胀段 密相 稀相 高磨损区
稳定输送段 气固分离装置
气力输送颗粒-流体两相流流动特性与流型图 颗粒-流体两相的流体动力学特征常表现为流型转变 影响参数：气体流速 敏感参数：输送管内的压降 垂直气力输送
密相区
G1 G2
系统动力消耗评价指标 用来表征流型
稀相输送与密相输送
压降最低曲线
b a a b a a
G3
G4 G5
压降梯度 ?p/?L
e e d d
e d
e d
e d c c c b b b
B
c c A
稀相区
G 5 > G 4 > G 3 > G 2 > G1
G0
均相
“哽噎”速度
气体表观流速 u
轻微 团聚
聚团
节涌
垂直气力输送流型图
垂直气力输送管内流型
气力输送颗粒-流体两相流流动特性与流型图 水平气力输送 输送中重力的作用方向与流动方向垂直，使 颗粒保持悬浮的不再是曳力、而是水平流动的气流对颗粒产 生的升力，因此管内流型（主要是密相）也有所不同。
最低压降曲线
均匀稀相 颗粒堆积
压降梯度 ?p/?L
5 4 2 3 1
“沉寂”速度
“沙丘”流
“沉寂”速度
气体表观流速 u
水平“拴塞” 垂直气力输送管内流型
水平气力输送流型图
气力输送颗粒-流体两相流流动特性与流型图 气力输送装置的压降包括输送段压降、除尘装置压降和系统 内各管件、阀件压降。 直管输送段压降 ?p
?p = ?p f + ?p a + ?p r + ?p i
?pf —— 气体与管壁的摩擦损失 ?pa—— 颗粒加速所需的惯性压降 ?pr—— 使颗粒悬浮并上升的重力压降 ?pi—— 颗粒自身及与管壁的碰撞与摩擦压降
两相模型 把流体和颗粒看作具有相互作用的两相，在微元长度 ?L 内，分别以流体相和颗粒相为控制体进行动量衡算，得到 流体相 颗粒相
mg mp du = ? Fd ? Fw, g ? F f , g + F?p , g dt dc = Fd ? Fw, p ? F f , p + F?p , p dt
D
u, c — 气相与颗粒相在管内的平均流速 mg , mp— 气相和颗粒相在控制体内的质量 若微元管段内的空隙率为ε，则 流体相 颗粒相
m g = ερ?V = ερ
z
πd2
4
?L
m p = (1 ? ε ) ρ p = (1 ? ε ) ρ p
πd2
4
?L
?L
ε
两相模型 气相对颗粒相的曳力 Fd ：对粒径为 dp 的颗粒 两相滑移速度 2 2 u ε ? c) u ρ v ρ ( 3 3 v = ? c = u1 ? c = CD?mp? ? = CD?mp? ? Fd ε 4 ρp dp 4 ρp dp 流体相摩擦阻力Ff,g：假定管内自由截面分率与 ε 相等，则
F f , g = ?p f
επd 2
4
?L ρu12 επd 2 u12 =λ? ? ? =λ? ? mg d 2 4 2d
而将颗粒相的摩擦阻力 Ff,p 表达为
(1 ? ε )πd 2 = λ ? ?L ? ρ p c 2 ? (1 ? ε )πd 2 = λ ? c 2 F f , p = ?pi i p
4 d 2 4
2d
? mp
压降梯度对两相的作用力 F?p,g 和 F?p,p 分别表达为
F?p , g ?p επd 2 ?L ?p mg =? ≈? ?z ?L ρ 4
F?p , p ?p (1 ? ε )πd 2 ?L ?p m p =? ≈? ?z 4 ?L ρ p
第五节 固体流态化
第五节固体流态化 §3.5.1、概述 将大量固体颗粒悬浮于运动的流体中，使颗粒具有类似于流体的某些特性，这种流固接触状态称为固体流态化。 化工中使用固体流态化技术的例子很多，如催化流化床反应器、流化床干燥器、沸腾床焙烧炉及颗粒的输送。催化流化床反应器所用的催化剂颗粒要比固定床的小得多，颗粒的比表面积大，这样流体与固体之间的传热，传质速率就比固定床的高；对于流化床干燥器沸腾床焙烧炉也有类似的特点。 §3.5.2、流化床的基本概念 现在让我们一起来观察流体通过均匀颗粒时所出现的床层现象。 一、固定床阶段 当空床速度（表观速度）较低，此时
即颗粒间空隙中流体的实际流速 小于颗粒的沉降速度 ，床层现象为颗 粒基本静止不动，颗粒层为固定床。颗粒床层高度为 ，此时流体通过颗粒床 层的压降为： ，可以用康采尼方程来估算； 在较大的 范围内，可以用欧根方程来估算，一般误差不超过 25%。 保持固定床的最大表观速度 二、流化床阶段 流化床阶段为表观速度增大至一定程度， 时，此时 ， 颗粒开始松动，颗粒位置可以在一定的区间内进行调整，床层略有膨胀，当 颗粒仍不能自由运动，这时床层处于初始或临界化状态，床层高度增至 ，如 左图所示，而当继续增加，即
此时床内全部颗粒将“浮起”，颗粒层将更膨胀，床层高度增大至L，床层内颗粒可以在流体中作随机运动，并同时发生固体颗粒沿不同的回路作上下运动，固体颗粒的这种运动就好象液体沸腾，故流化床也称为沸腾床。流化床内颗 粒与流体之间的摩擦力恰好与颗粒的净重力 相平衡，且 ，但 基本不变。 三、颗粒输送阶段 若继续增大，且 ，则颗粒将获得向 上上升的速度，其大小为 ， 此时，颗粒将带出容器外，这一阶段称为颗粒输送阶段。§3.5.3、两种不同流化形式
新版化工原理习题答案(03)第三章非均相混合物分离及固体流态化-题解
第三章 非均相混合物分离及固体流态化 1．颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2 650 kg/m 3，直径为0.04 mm 的球形石英颗粒在20 ℃空气中自由沉降，沉降速度是多少（2）密度为2 650 kg/m 3，球形度6.0=φ的非球形颗粒在20 ℃清水中的沉降速度为0.1 m/ s ，颗粒的等体积当量直径是多少（3）密度为7 900 kg/m 3，直径为6.35 mm 的钢球在密度为1 600 kg/m 3的液体中沉降150 mm 所需的时间为 s ，液体的黏度是多少 解：（1）假设为滞流沉降，则： 2s t ()18d u ρρμ -= 查附录20 ℃空气31.205kg/m ρ=，s Pa 1081.15??=-μ，所以， ()()()m 1276.0s m 1081.11881.9205.126501004.01852 3s 2t =???-??=-=--μρρg d u 核算流型： 3t 5 1.2050.12760.04100.3411.8110du Re ρμ--???===
固体流态化实验
一：实验目的： 1）. 观察聚式和散式流化现象； 2）. 掌握流体通过颗粒床层流动特性的测量方法； 3）. 测定床层的堆积密度和空隙率； 4）. 测定流化曲线（p~u曲线）和临界流化速度。 二：基本原理： 1）固体流态化过程的基本概念 将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有类似于流体的某些表观性质，这种流固接触状态称为固体流态化。而当流体通过颗粒床层时，随着流体速度的增加，床层中颗粒由静止不动趋向于松动。床层体积膨胀，流速继续增大至某一数值后，床层内固体颗粒上下翻滚，此状态的床层称为“流化床”。 床层高度L、床层压强降Δp对流化床表现流速u的变化关系如图（a）、（b）所示。图中b点是固定床与流化床的分界点，也称临界点，这时的表观流速称为临界流速或称最小流化速度 以u mf表示。 流化床的L、△P对流化床表观速度u的变化关系 图1—9 流化床的L、△P对流化床表观速度u的变化关系 对于气固系统，气体和粒子密度相差大或粒子大时气体流动速度必然比较高，在这种情况下流态化是不平稳的，流体通过床层时主要是呈大气泡形态，由于这些气泡上升和破裂，床层界面波动不定，更看不到清晰的上界面，这种气固系统的流态化称为“聚式流态化”。 对于液固系统，液体和粒子密度相差不大或粒子小、液体流动速度低的情况下，各粒子的运动以相对比较一致的路程通过床层而形成比较平稳的流动，且有相当稳定的上界面，由于固体颗粒均匀地分散在液体中，通常称这种流化状态为“散式流态化”。 2）床层的静态特性 床层的静态特性是研究动态特征和规律的基础，其主要特征（如密度和床层空隙率）的定义和测法如下： (1) 堆积密度和静床密度ρb=M/V（气固体系）可由床层中的颗粒质量和体积算出，它与 床层的堆积松紧程度有关，要求测算出最松和最紧两种极限状况下的数值。 (2)静床空隙率ε=1-（ρb/ρs）
第15章 气力输送设备
第十五章气力输送设备 一、概述 1、工作原理和分类 粉状物料、粒状物料除采用运输机械输送外，还常采用气力输送。气力输送的作用原理是利用空气的动压和静压，使物料颗粒悬浮于气流中或成集团沿管道输送。前者称为物料悬浮输送，后者称为物料集团输送。物料悬浮输送早已广泛应用，物料集团输送也在研究 应用。 物料悬浮输送有吸送式、压送式、混合式和流送式四种形式。 (1)吸送式 当输送管道内气体压力低于大气压力时，称为吸送式气力输送，其装置如图5—70所示。当风机5启动后，管道2内达到一定的真空度时，大气中的空气便携带着物料由吸嘴1进入管道2，并沿管道被输送到卸料端的分离器3。在分离器中，物料和空气分离，分离出的物料由分离器底部卸出，而空气通过除尘器4除尘后经风机5排放到大气中。 吸送式气力输送装置的主要优点是供料装置简单，能同时从几处吸取物料，而且不受吸料场地空问大小和位置限制。其主要缺点是因管道内的真空度有限，故输送距离有限；装置的密封性要求很高；当通过风机的气体没有很好除尘时，将加速风机磨损。 (2)压送式 当输送管路内气体压力高于大气压时，称为压送式气力输送，其装置如图5—71所示。风机1将压缩空气输入供料器2内，使物料与气体混合，混合的气料经输送管道3进入分离器4。在分离器内，物料和气休分离，物料由分离器底部卸出，气体经除尘器5除尘后排放到大气中。 压送式气力输送装置的主要优点是输送距离较远；可同时把物料输送到几处。其主要缺点是供料器较复杂；只能同时由一处供料。 (3)混合式 混合式气力输送是由吸送式和压送式 联合组成的，如图5 72所示。在吸送部 分，输送管道2内为负压，物料由吸嘴1 吸入，经管道2进入分离器3分离。在压 送部分，输送管道6内为正压，将由分离 器3底部卸出的物料压送到分离器7进行 分离。管道2内的负压和管道6内的正压 都是由同一台风机5造成的。 混合式气力输送装置的主要优点是可 以从几处吸取物料，又可把物料同时输送
实验六固体流态化的流动特性实验(精)
实验六 固体流态化的流动特性实验 一、 实验目的 在化学工业中，经常有流体流经固体颗粒的操作，诸如过滤、吸附、浸取、离子交换以及气固、液固和气液固反应等。凡涉及这类流固系统的操作，按其中固体颗粒的运动状态，一般将设备分为固定床、移动床和流化床三大类。近年来，流化床设备得到愈来愈广泛的应用。 固体流态化过程又按其特性分为密相流化和稀相流化。密相流化床又分为散式流化床和聚式流化床。一般情况下，气固系统的密相流化床属于聚式流化床，而液固系统的密相流化床属于散式流化床。 本实验的目的，通过实验观察固定床向流化床转变的过程，以及聚式流化床和散式流化床流动特性的差异；实验测定流化曲线和临界流化速度，并实验验证固定床压降和流化床临界流化速度的计算公式。通过本实验希望能初步掌握流化床流动特性的实验研究方法，加深对流体流经固体颗粒层的流动规律和固体流态化原理的理解。 二、 实验原理 当流态流经固定床内固体颗粒之间的空隙时，随着流速的增大，流态与固体颗粒之间所产生阻力也随之增大，床层的压强降则不断升高。为表达流体流经固定床时的压强降与流速的函数关系，曾提出过多种经验公式。现将一种较为常用的公式介绍如下： 流体流经固定床的压降，可以仿照流体流经空管时的压降公式（Moody 公式）列出。即 2 20u d H p p m m ρλ??=? （1） 式中，H m 为固定床层的高度，m 、d p 为固体颗粒的直径，m 、u 0为流体的空管速度，m ·s －1；ρ为流体的密度，Kg ·m －3；λm 为固定床的摩擦系数。 固定床的摩擦系数λm 可以直接由实验测定，根据实验结果，厄贡(Ergun)提出如下经验公式： ???? ??+???? ??-=75.1Re 150123m m m m εελ （2） 式中，εm 为固定床的空隙率；Re m 为修正雷诺数。Re m 可由颗粒直径d p ，床层空隙率εm ，流体密度ρ，流体粘度μ和空管速度u 0，按下式计算： m p m u d εμρ-?=11Re 0 （3） 由固定床向流化床转变式的临界速度u mf ，也可由实验直径测定。实验测定不同流速下的床层压降，再降实验数据标绘在双对数坐标上，由作图法即可求得临界流化速度，如图1所示。 ΔP mf u 0 图1流体流经固定床和流化床时的压力降 为计算临界流化速度，研究者们也曾提出过各种计算公式，下面介绍的为一种半理论半
流态化技术
流态化技术 第一章 定义：流态化是一种使固体颗粒通过与气体或液体（流体）接触而转变成类似流体状态的操作。 一、流态化形成的过程 1．固定床阶段 气流对颗粒的曳力 + 气流对颗粒的浮力 < 颗粒受到的重力 床层体积固体颗粒总体积 床层体积空隙率-=ε 2．流态化床阶段 气流对颗粒的浮力 = 颗粒受到的重力 压降△P = 单位截面积上床层物料的重量 不变不变，但P L L U ?∴-↑↑→↑→)1(εε 3.气力输送阶段 (气流床） 气流对颗粒的曳力 + 气流对颗粒的浮力 > 颗粒受到的重力 Umf ——临界流化速度，是指刚刚能够使固体颗粒流化起来的气体空床流化速度，也称最小流化速度。 Ut ——带出速度，当气体速度超过这一数值时，固体颗粒就不能沉降下来，而被气流带走，此带出速度也称最大流化速度。 操作速度、表观流速（U ）——是指假想流体通过流化床整个截面（不考虑堆积固体粒子）时的截面平均流速（也称空塔速度或空管速度），用U 表示。 注意P2图1.2两条线不重合的原因：该页第四段（非自然堆积） 二、形成流态化的条件 1.有固体颗粒存在 2.有流体介质存在3．固体与流体介质在特定条件下发生作用 三、流态化过程具有的特点 1.类似液体的特性（物性参数） 2.固体颗粒的剧烈运动与迅速混合 3. 强烈的碰撞与摩擦 4.颗粒比表面积大 5.气体与颗粒的接触时间不均匀 四、流态化过程中的不正常现象 1．沟流2.腾涌 3.分层 4.气泡 五、气-固流化床的一般性评价 1．良好的床层均温性 2．较高的传热传质速率 3．输送能力大 4．可利用或加工粉末状物料 流态化可以分为聚式流化态和散式流化态。 气泡相：就是内部几乎没有固体颗粒，仅在其边壁或 外表面 有固体颗粒环绕的运动空间 乳化相：指的是固体颗粒与气体介质的混合区域 第二章 A 类： 细 大多数工业流化床反应使用的催化剂属于此类。 B 类: 粗 鼓泡床大都用此颗粒 C 类： 极细 在气固催化反应中很少采用，但同相加工中采用较多，如明矾综合利用。 D 类：极粗 只适用于喷动床中，如谷物干燥和煤粒燃烧均属于此类 书上图2.4分析理想与实际的区别 （1）存在一个“驼峰”BCD ，原因：初始时颗粒排列紧密 （2）DE 线右端向上倾斜，原因：颗粒间碰撞和颗粒与器壁摩擦引起的损失 （3）有波动（气固系统），原因：气泡运动、破裂 积相等球体体积与实际颗粒体颗粒的表面积 球体的表面积)(=s φ 算术平均粒径最大 几何平均粒径次之 调和平均粒径最小 （会选择公式） 通常求临界流化速度的两种方法：实验和计算P19 例题 已知催化剂颗粒的平均直径为98um ，在20℃ 和0.1MPa （1atm ）下用空气进行流化。有关物性参数如下：
化工原理固体流态化作业
1、固体流态化方法以提高氨合成塔的工作强度 在合成氦厂中,氨含量在混合气中的增加量总共只有10~玲%。由于触媒层中部的过热,就不可能应用蛟活渡的触媒,并提高尾气中的氨含量。 采用固体流态化层来合成氨,就能防止触媒层中的过热现象。在适宜的温度条件下,用蚊活俄触媒操作,并采用蚊小颗粒的触媒提高其内表面的利用率, 使操作过程得以实行。如动力学方面的研究所指出,合成氨触 媒内表面的利用率构为50%。牌粒子尺寸精小到1.5毫米,郎 可保愈翠位容积触媒的生产率提高一倍。 使用固体流态化层的氮合成塔如图所示。原始混合气樱换 热器,加热到330oC,进入第一层触媒(在现有固定层塔的耗稀 中温度等于450oC)。降低入口温度可大大精小换热器的尺寸, 并增大塔中触媒所占有的容积分率。触媚层中的温度对应于 每一层中最后棘化牵的适宜温度。樱合成塔后,氨在混合气中 的滇度可提高到22%。由于能够装埙蛟大数量的活澳触媒,更 好地利用了它的内表面,井实施了适宜的温度条件,整个塔的 生产率就可以提高一倍。 应用固体流态化方法以提高氨合成塔的工作强度，r.K.波列斯 抖夫,M.r.斯林尼柯著平成舫摘祥 2、 采用流态化气力输送技术设计一套应用于施工现场的水泥输送系统。流态化实际上是一种状态,是固体物料颗粒在流体介质作用下的流化状态,是一种介于固定床与输送床之间的相对稳定状态。 流态化气力输送系统,该系统在高于大气压力的状态下工作流态化气力输送系统是一种更加高效、可靠的气力输送系统,适用于流动性较好的物料。流态化气力输送具有输送压力低、气流速度小、管路磨损小等优点,而且可以有较高的混合比,一般在30左右,气流速度低于20in/s,最长输送距离可达1500m。流态化力气输送采用气固两相流理论,利用压缩空气的动压和静压来输送物料,其关键技术是使物料在输送器内充分流化,在输送管内边流化边输送。如图5-1所示:空气压缩机提供压缩气体,设置储气罐和汽水分离器来收集由于压力脉动和冷凝水的产生。空气与发送罐装入的物料形成气固混合物,通过输料管送到卸料点,在卸料处气固分离器将物料卸出,空气经风管和除尘器排入大气中。电子皮带秤和料位计为辅助设备,主要是为了实现自动计量和料位测量的功能。流态化气力输送水泥系统的研究，毛北平，2012年6月
第三章机械分离和固体流态化
第三章机械分离和固体流态化 具有不同物理性质（如密度差别）的分散物质和连续介质所组成的物系称为非均相混合物或非均相物系。 颗粒相对于流体（静止或运动）运动的过程称为沉降分离。流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程称为过滤。 工业上分离非均相混合物的目的是：1、回收有价值的分散物质。2、净化分散介质以满足后继生产工业的要求。3、环境保护和安全生产。 第一节颗粒及颗粒床层的特性 ；表 单一的颗粒：1、球形颗粒体积： 面积：；比表面积： 2、非球形颗粒：体积当量直径 形状系数（又称球形度）： ，任何非球形颗粒 的形状系数皆小于1。 不同粒径范围内所含粒子的个数或质量，即粒径分
布。 当使用某一号筛子时，通过筛孔的颗粒量称为筛过量，截留于筛面上的颗粒量则称为筛余量。称取各号筛面上的颗粒筛余量即得筛分分析的基础数据。 颗粒的平均直径：最常用的是平均比表面积直径： 由颗粒群堆积成的床层疏密程度可用空隙率来表示： 床层的比表面积： 壁面附近床层的空隙率总是大于床层内部的，较多的流体必然趋向近壁处流过，使床层截面上流体分布不均匀，这种现象称为壁效应。 第二节沉降过程 沉降操作是指在某种力场中利用分散相和连续相 之间的密度差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。实现沉降操作的作用力可以是重力，也可以是惯性离心力。因此，沉降过程有重力沉降和离心沉降两种方式。静止流体中颗粒的沉降过程可分为两个
阶段，起初为加速段而后为等速段。 滞流区或斯托克斯定律区（10-4 4 固体流态化实验 实验目的 (1) 掌握测定颗粒静态床层时的静床堆积密度ρb 和空隙率ε的方法； (2) 测定流体通过颗粒床层时的压降Δp m 与空塔气速u 的曲线和临界流化速u mf ; 实验原理 4.2.1 固定床 1) 基本概念 当流体以较低的空速u 通过颗粒床层时床层仍处于静止状态，称这种固体颗粒床层为固定床。床层的静态特性是研究床层动态特性和规律的基础，其主要的特征有静床堆积密度ρb 和空隙率ε两个，它们的定义分别如下： 1. 静床堆积密度：ρb =M/V, 它由静止床层中的固体颗粒的质量M 除以静止床层的体积V 计算而得。ρb 数值的大小与床层中颗粒的堆积松紧程度有关，因此ρb 在流体通过颗粒床层时不是一个定值，如颗粒床层在最紧与最松两种极限状态时，ρb 就有两种数值，它们的大小在床层最紧与最松时分别测量出相应的床层高度就可以计算得到。 2. 静床空隙率ε : ε=1–(ρb /ρs ), 它是由颗粒的静床堆积密度ρb 和固体颗粒密度ρs 计算而得。 2) 固定床阶段压降Δp m 与空速u 的关系 当流体通过固定床的空速较小时，床层的高度基本不变；当流体空速趋于某一临界速度时，颗粒开始松动，床层才略有膨胀。因此，在此临界速度以前，单位高度的床层的压降(Δp m /L)与空速u 的关系可由欧根公式来表示，并把欧根公式改写成如下形式： m m m d u K d K uL p ψ-+ψ-=?ρεεμεε322 321)1() ()1( (1) 式(1)中，以实验数据的空速u 为横坐标，以（Δp m /uL ）为纵坐标画图得一直线，从直线的 斜率中求出欧根系数K 2，从直线的截距中计算出欧根系数K 1。 4.2.2 流化床 1) 基本概念 当流体空速趋近某一临界速度u mf 时，颗粒开始松动，床层略有膨胀，床层高度有所增加；当空速继续加大，此时固体颗粒悬浮在流体中作上下、自转、摇摆等随机运动，好象沸腾的液体在翻腾，此时的颗粒床层称为流化床或沸腾床，临界速度u mf 称为起始流化速度。 流化床现象在一定的流体空速内出现，在此流速范围内，随着流速的加大，流化床高度不断增加，床层空隙率相应增大。流化床根据流体有性质不同，可分为以下两种类型。 1. 散式流化——若流化床中固体颗粒均匀地分散于流体中，床层中各处空隙率大致相等， 床层有稳定的上界面，这种流化型式称为散式流化。当流体与固体的密度相差较小时会发生散式流化，如液-固体系。 2. 聚式流化——对气固体系，因流化床中气体与固体的密度相差较大，气体对固体的浮力很小，气体对颗粒的支撑主要靠曳力，此时气体通过床层主要以大气泡的形式出现，气泡上升到一定高度处会自动破裂，造成床层上界面有较大的波动，这种气固体系的流态化称为聚式流化。 2) 流化床阶段压降Δp m 与空速u 的关系 1. 流化床层的压降Δp m 对散式流化，流化阶段床层修正压强降Δp m 等于单位截面积床层固体颗粒的净重，即 Δp m = m( ρs –ρ)g/(A ρs )=L(1–ε)( ρs –ρ)g (2) 第十四章固体流态化现象 使颗粒状物料与流动的气体或液体相接触，并在后者作用下呈现某种类似于流体的状态，这就是固体流态化。借助这种流化状态以完成某种处理过程的技术，称为流态化技术。 流态化技术用于工业操作有以下优点： (1)颗粒流动平稳，类似液体流动，操作易于实现连续化和自动化。 (2)由于固体颗粒的激烈运动和迅速混合，使床层温度均匀，便于凋节和维持所需的韫度。 (3)由于流化床所用固体颗粒尺寸小，比表面大，因此，气体与固体颗粒之间的传热、传质速率高。又因为流化床颗粒的运动使得流化床与传热壁面之间有较高的传热速率。 由于上述优点，近几十年来，流态化技术广泛用在化学工业中的物理操作和化学操作中。 但是，流态化技术在应用中还存在以下一些问题： (1)由于气体返混和气泡的存在，使气固接触效率降低。 (2)由于固体颗粒在床层内迅速混合，在连续进料的情况下，将导致颗粒在床层内停留时间不均，使得产品质量不均匀。 (3)由于固体颗粒的磨蚀作用，管子和容器的壁面磨损严重。脆性固体颗粒易被磨成粉末被气流带走，需要考虑由此引起的各种问题。 对上述的存在问题应有充分认识，以便在应用时扬长避短，获得更好的技术经济效果。另外，由于流态化现象比较复杂，人们对它的规律性了解还很不够，无论在设计方面或操作方面，都还存在许多有待进一步研究的内容。而且，鉴于目前绝大多数工业应用都是气一固流化系统，因此，本章主要讨论气一固流化系统。 一.固体流态化过程的几个阶段 在玻璃圆筒底部装一块多孔板，板上堆放一层砂粒，从多孔板下方通入空气。当气速小时，砂粒静止不动，空气仅仅是从砂粒间缝隙穿过，这就是固定床。如图14-1(a)。 气流速度加大，则固体颗粒开始松动，有些颗粒虽然轻微地抖动，但不能脱离其原来的位置，各颗粒仍然保持接触，床层高度无明显增加。此称为膨胀床。 流速再增到某一数值，各颗粒刚好被上升气流推起，彼此脱离接触，床层高度也有明显增加。达到这一状态时，称为起始流态化。如图14-1(b)所示。 流速超过起始流态化速度以后，颗粒便在床内翻滚，作不规则运动，总体上是在中央上升而沿器壁落下。气流速度愈大，运动愈剧烈，此即为流化床，如图14-1的（c1）与（c2）(代表两种不同形式的流态化，见后)所示。此阶段中颗粒虽然剧烈运动，但基本上并不脱离床层，被吹起之后仍要落回，因此床层仍维持一个明显的上界面，与沸腾水的表面相似。 如果继续提高气流速度，到了一定数值，则颗粒便为气流所夹带而从圆筒顶部被吹走，原来的床层不复存在，自然就无所谓上界面。这种状况，称为气力输送，如图14-1(d)所示。 二.流化床类似于液体的特性 从流化床所显示出的流化现象来看，很象沸腾中的液层，因此流化床又称沸腾床。实质上，处于流化状态下的颗粒群的确具有许多与液体相似的特性。例如，流化床不仅具有基本上呈水平的上界面，而且若将较轻的物体按进床层内部，则放开以后，轻物便冒出浮在界面上，如图14-2(a)、(b)所示；在床层的侧壁上开孔，固体颗粒可以像液体一样流出，如图14-2(c)所示；若将不等高的两流化床连通，两床的床面可以彼此拉平，如图14 -2(d) 所示；床层内部任何两点间的静压差， 化工原理单元练习（三） （第三章机械分离与固体流态化） 班级学号姓名 一、填空题 1、描述单个非球形颗粒的形状和大小的主要参数为、。 2、固体颗粒在气体中自由沉降时所受的力有力、力和 力。固体颗粒的自由沉降分为阶段和阶段。 3、沉降速度是指，此速度亦称为速度。 4、在斯托克斯定律区，颗粒的沉降速度与流体黏度的次方成反比，在牛顿定律区，颗粒的沉降速度与流体黏度的次方成反比。 5、降尘室的设计原则是时间大于等于时间。 6、理论上降尘室的生产能力与和有关，而与无关。 7、分离因数的定义式为。如果颗粒在离心力场内作圆周运动，其旋转半径为0.2m，切线速度为20m/s，则其分离因数为。 8、选用旋风分离器时主要依据是、、。 9、旋风分离器的分割粒径d50是。 10、描述固体颗粒床层特性的主要参数有、、 和。 11、过滤方式主要有、和。 12、板框过滤机由810m m×810m m×25mm的20个框组成，则其过滤面积为。 13、板框过滤机处理某悬浮液，已知过滤终了时的过滤速率 E d dV ? ? ? ? ? θ 为0.04m3/s，现采用横穿洗涤法洗涤10min，洗涤时操作压力差与过滤时相同，洗水和滤液为相同温度的水，则洗涤速率 W d dV ? ? ? ? ? θ 为，所消耗的洗水体积为。 14、用38个635m m×635m m×25mm的框构成的板框过滤机过滤某悬浮液，操作条件下的恒压过滤方程为：θ4 210 3 06 .0- ? = +q q，式中q的单位为m3/m2，θ的单位为s。则过滤常数K= ，V e= 。 15、用叶滤机过滤固含量10%（体积分数）的某悬浮液，已知形成的滤饼的空隙率为50%，则滤饼体积与滤液体积之比υ= 。 16、根据分离因数可将离心机分为、和。 17、流体通过固体颗粒床层时，当气速大于速度、小于速度时，固体颗粒床层为流化床。 18、流化床的两种流化形式为和。 19、流化床的不正常现象有和。 20、气力输送按气流压力分类，可分为和。按气流中固相浓度分类，可分为和。 二、选择题 1、颗粒的球形度越（），说明颗粒越接近于球形。 A．接近0 B．接近1 C．大D．小 2、在重力场中，微小颗粒沉降速度与（）无关。 A．颗粒几何形状B．粒子几何尺寸 C．流体与粒子的密度D．流体流速 3、一球形固体颗粒在空气中作自由沉降，若沉降在斯托克斯定律区，空气的温度提高时，颗粒的沉降速度将（）。若沉降在牛顿定律区，空气的温度提高时，颗粒的沉降速度将（）。忽略温度变化对空气密度的影响。 A．不变B．增加C．减小D．不确定 4、在斯托克斯定律区，颗粒的沉降速度与其直径的（）次方成正比。 实验四 1.实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响? 无影响。因为Q=αA△t m，不论冷流体和蒸汽是迸流还是逆流流动，由 于蒸汽的温度不变，故△t m不变，而α和A不受冷流体和蒸汽的流向的影响， 所以传热效果不变。 2.蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有何影响、应采取什么 措施？ 不冷凝气体的存在相当于增加了一项热阻，降低了传热速率。冷凝器 必须设置排气口，以排除不冷凝气体。 3.实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷 凝水？ 冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了一项热阻，降低了传热速 率。在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水。 4.实验中，所测定的壁温是靠近蒸汽侧还是冷流体侧温度？为什么？传热系数k 接近于哪种流体的 壁温是靠近蒸汽侧温度。因为蒸汽的给热系数远大于冷流体的给热系 数，而壁温接近于给热系数大的一侧流体的温度，所以壁温是靠近蒸汽侧温度。而总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数 5.如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α关联式有何影响？ 基本无影响。因为α∝(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4，当蒸汽压强增加时，r 和△t 均增加，其它参数不变，故(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4变化不大，所以认为蒸汽压强对α关联式无影响。 实验五固体流态化实验 1.从观察到的现象，判断属于何种流化？ 2.实际流化时，p为什么会波动？ 3.由小到大改变流量与由大到小改变流量测定的流化曲线是否重合，为什么？4流体分布板的作用是什么？ 实验六精馏 1．精馏塔操作中，塔釜压力为什么是一个重要操作参数，塔釜压力与哪些因素有关? 答（1）因为塔釜压力与塔板压力降有关。塔板压力降由气体通过板上孔口或通道时为克服局部阻力和通过板上液层时为克服该液层的静压力而引起，因而塔板压力降与气体流量（即塔内蒸汽量）有很大关系。气体流量过大时，会造成过量液沫夹带以致产生液泛，这时塔板压力降会急剧加大，塔釜压力随之升高，因此本实验中塔釜压力可作为调节塔釜加热状况的重要参考依据。（2）塔釜温度、流体的粘度、进料组成、回流量。 2．板式塔气液两相的流动特点是什么? 答：液相为连续相，气相为分散相。 3．操作中增加回流比的方法是什么，能否采用减少塔顶出料量D的方法? 答：（1）减少成品酒精的采出量或增大进料量，以增大回流比；（2）加大蒸气量，增加塔顶冷凝水量，以提高凝液量，增大回流比。 t1 22℃t2 22.6℃t 44.6 22.3℃ 997.701（密度）粘度0.9579 用内插法 求得粘度 0.95127 0.9358 Q u h1 h2 Δp l Δp/l 16 0.001587302 15.5 20.8 518.7346809 19.3 2687.744 461 20 0.001984127 15 21.3 616.609149 19.3 3194.866 057 28 0.002777778 13.3 22.7 920.0200001 19.3 4766.943 006 32 0.003174603 13.1 23.3 998.3195746 19.3 5172.640 283 36 0.003571429 12.4 23.9 1125.556383 19.3 5831.898 358 40 0.003968254 11.7 24.7 1272.368085 19.3 6592.580 753 52 0.00515873 9.8 26.8 1663.865958 19.3 8621.067 138 64 0.006349206 10 26.4 1605.141277 19.9 8066.036 567 76 0.007539683 9.8 26.5 1634.503617 20.5 7973.188 377 88 0.008730159 9.7 26.6 1654.078511 21 7876.564 338 100 0.009920635 9.8 26.7 1654.078511 21.4 7729.338 836 120 0.011904762 9.7 26.7 1663.865958 22.2 7494.891 701 124 0.012301587 9.7 26.7 1663.865958 22.3 7461.282 322 εm 平均Δp/l 6420.695 554 0.561411 518 实验十一 固体流态化实验 一、实验目的 1.观察散式和聚式流态化现象； 2.测定液固与气固流态化系统中流体通过固体颗粒床层的压降和流速之间的关系。 二、基本原理 流体（液体或气体）自下而上通过一固体颗粒床层，当流速较低时流体自固体颗粒间隙穿过，固体颗粒不动；流速加大固体颗粒松动，流速继续增大至某一数值，固体颗粒被上升流体推起，上下左右翻滚，作不规则运动，如沸腾状，此即固体流态化。 液固系统的流态化，固体颗粒被扰动的程度比较平缓，液固两相混合均匀，这种流化状态称为“散式流态化”；气固系统的流态化，由于气体与固体的密度差较大，气流推动固体颗粒比较困难，大部分气体形成气泡穿过床层，固体颗粒也被成团地推起，这种流化状态称为“聚式流态化”。 流态化床层的压降可由下式表达： g L P s )1)((ερρ--=? 对于球形颗粒，起始流化速度（又称临界流速）可由下式表达： μρρg d u s p mf )(00059 .02-= 以上两式中：L ——床层高度，m ； ρs ——固体颗粒密度，kg/m 3； ρ——流体密度，kg/m 3； ε——床层空隙率； g ——重力加速度，m/s 2； d P ——固体颗粒平均直径，m ； μ——流体粘度，N ·s/m 2。 由以上两式可知，影响流化床层和起始流化速度的因素主要为床层高度、流体与颗 粒的密度、颗粒空隙率和颗粒尺寸、流体粘度等。另外可根据佛鲁德准数（P 2mf mf gd u )Fr ( 判断两种流化状态，（Fr ）mf 小于1时为散式流态化，大于1时为聚式流态化。上述各关 系可以通过实验进行验证。 三、实验装置 实验装置流程见附图所示，分液固和气固两种流化床，均为矩形透明有机玻璃结构，床层横截面积尺寸为150×20mm ，分布板上放置约1公斤φ575μm 玻璃球固体颗粒。液固系统的水由旋涡式水泵自塑料水箱抽取经转子流量计送入流化床底部，床层压降由倒置的U 型管压差计计量，流经床层的水由顶部溢流槽流回水箱。气固系统的空气由离心式鼓风机送来，经孔板流量计 （孔径φ9mm ，管径24.8mm ）送入流化床底部，孔板压差 固体流化床特性曲线的测定 一、实验概述 固体流态化是近代发展的一个化工单元操作，由于它的连续性和传热性质的快速性，因而被广泛地用于化工,冶金等生产部门。 固体流态化，可分为气固体系和液固体系二种；前者称骤式流化，后者称散式流化。固体流态化过程可分为三个阶段。(一) 固定床阶段，(二) 流化床(亦称沸腾床)阶段，(三) 移动床(亦称输送床)阶段，它们各有自己的规律，并且都有自己的应用领域。 本实验就是测定固体流态化过程——流化三阶段——特性曲线。 二、实验目的 1．认识固体流化床基本结构及操作 2．掌握固体流态化过程特征 三、实验原理 流体通过固体颗粒层时，随流速和颗粒变化将出现三种状态。(一)当固体重力大于其所受浮力与摩擦力之和时，固体在床层上不动，称固定床。(二)当固体重力等于其所受浮力与摩擦力之和时，固体失重,在床层上下翻腾,称沸腾床.(三) 当固体重力小于其所受浮力与摩擦力之和时，固体将随流体流动离开床层，称为移动床。 以上三种状态既然是固体和流体间力的作用的结果，它们就可以用数学关系来描述，实践中用流化装置的流体压强降(△P)和其线速度(v)的变化关系来表示；或用床层高度(H)和流体速度(v)的关系表达之。 本实验采用玻璃球和水组成流化体系，在一个模拟床内进行流化操作，测定△P，v，H，以求出固体流化过程特性曲线。 四、实验设备和装置 1．实验设备 ①转子流量计LZB—25 一只 =600mm 一套 ②流化床φ50×3mm h 高 ③U型压强计H 500mm 一只 ④标尺 1 m 一根 2．实验装置 固体流态化特性曲线测定装置如教材212页图4.4-1所示，将流化床下端入口与水龙头通过导管连接起来，中间串接一个转子流量计，流化床两端支管分别与U 型压强计相接在一起。流化床另一侧垂直竖立一个标尺以测床层高度。 五、实验步骤 1．检查装置管线是否正确，有无漏气。 2．打开水龙头，用出水阀调节流量，进行设备充水排气。 3．校正U 型压强计零点，并记下零点误差。 4．调节流量，从最小流量到最大流量，分别测8~10组数据，记录△P ,q v ，H 。 5．从最大流量到最小流量，再测8~10组数据， △P, q v , H 。 6．实验结束，关闭水阀，水龙头，电源，清理实验室。 六、实验注意事项 1．管路中尤其是测压计中不得有空气。 2．注意数据分配在三阶段中的均衡。 七、实验数据处理 1．床层压强降(△P) h g P ccl ?××?=?)(4ρρ (Pa) 式中4ccl ρ =1630( kg /m 3); g=9.81(m/s 2) △h ----- U 型压强计读数差(mm) 2．流体流速(v) 2 V V d 4πυq A q ＝床= 式中d----流化床直径(mm) , q v ----流量(m 3/s) 八、实验报告要求 1．记录测定原始数据（附表1） 2．填入处理结果（附表2） 3．双对数坐标纸上作出△P~v 曲线 4．讨论结果,提出建议 固体流态化实验 4 固体流态化实验 4.1 实验目的 (1) 掌握测定颗粒静态床层时的静床堆积密度ρ和空隙率ε的方法; b (2) 测定流体通过颗粒床层时的压降Δp与空塔气速u的曲线和临界流化速u; mmf4.2实验原理 4.2.1 固定床 1) 基本概念 当流体以较低的空速u通过颗粒床层时床层仍处于静止状态，称这种固体颗粒床层为固定床。床层的静态特性是研究床层动态特性和规律的基础，其主要的特征有静床堆积密度ρ和空隙率ε两个，它们的定义分别如下: b 1. 静床堆积密度:ρ=M/V, 它由静止床层中的固体颗粒的质量M除以静止床层的体积V计b 算而得。ρ数值的大小与床层中颗粒的堆积松紧程度有关，因此ρ在流体通过颗粒床层时bb 不是一个定值，如颗粒床层在最紧与最松两种极限状态时，ρ就有两种数值，它们的大小b 在床层最紧与最松时分别测量出相应的床层高度就可以计算得到。 2. 静床空隙率ε : ε=1–(ρ/ρ), 它是由颗粒的静床堆积密度ρ和固体颗粒密度ρbsbs计算而得。 2) 固定床阶段压降Δp与空速u的关系 m 当流体通过固定床的空速较小时，床层的高度基本不变;当流体空速趋于某一 临界速度时，颗粒开始松动，床层才略有膨胀。因此，在此临界速度以前，单位高 度的床层的压降(Δp/L)与空速u的关系可由欧根公式来表示，并把欧根公式改写成如下形式: m 2,p,,u(1,),(1,),m (1) ,K，K12332uL,d,,d,()mm 式(1)中，以实验数据的空速u为横坐标，以(Δp/uL)为纵坐标画图得一直线，从直线的m 斜率中求出欧根系数K，从直线的截距中计算出欧根系数K。 21 4.2.2 流化床 1) 基本概念 当流体空速趋近某一临界速度u时，颗粒开始松动，床层略有膨胀，床层高度有所增mf 加;当空速继续加大，此时固体颗粒悬浮在流体中作上下、自转、摇摆等随机运动，好象沸腾的液体在翻腾，此时的颗粒床层称为流化床或沸腾床，临界速度u 称为起始流化速度。 mf 流化床现象在一定的流体空速内出现，在此流速范围内，随着流速的加大，流化床高度不断增加，床层空隙率相应增大。流化床根据流体有性质不同，可分为以下两种类型。 1. 散式流化——若流化床中固体颗粒均匀地分散于流体中，床层中各处空隙率大致相等， 床层有稳定的上界面，这种流化型式称为散式流化。当流体与固体的密度相差较小时会 发生散式流化，如液-固体系。 2. 聚式流化——对气固体系，因流化床中气体与固体的密度相差较大，气体对固体的浮力很小，气体对颗粒的支撑主要靠曳力，此时气体通过床层主要以大气泡的形式出现，气泡上升到一定高度处会自动破裂，造成床层上界面有较大的波动，这种气固体系的流态化称为聚式流化。 第四章固体流态化和气力输送 1.在内径为1.2m的丙烯腈流化床反应器中，堆放了3.62t磷钼酸铋催化剂，其颗粒密度为1100kg/m3，堆积高度为5m，流化后床层高度为10m。试求： (1)固定床空隙率； (2)流化床空隙率； (3)流化床的压降。 2.流化床干燥器中颗粒的直径为0.5mm，密度为1400kg/m3，静止床高为0.3m。热空气在床中的平均温度为200℃，试求流化床的压降及起始流化速度。空气可假设为常压下的干空气，颗粒视为球形，εmf可取为0.4。 3.某气—固流化床反应器在623K，压强152kPa条件下操作，此时气体的粘度μ=3.13×l0-5Pa·s，密度ρ＝0.85kg/m3，催化剂颗粒直径为0.45mm，密度为1200kg/m3。为确定其起始流化速度，现用该催化剂颗粒及30℃的空气进行流化实验，测得起始流化速度为0.049m/s，求操作状态下的起始流化速度。30℃下空气的粘度和密度分别为：μ=1.86×l0-5Pa·sρ＝1.17kg/m3。 4．平均直径为0.2mm的催化剂颗粒，在200℃的气流中流化，气体的物理性质可以近似地视为与空气相同。颗粒的特性如下： 密度 球形度 固定床空隙率 开始流化时空隙率 操作气速取为0.15mm直径的颗粒带出速度的0.4倍，已估计出此时流化床的空隙率εf＝0.65.试求： (1)起始流化速度； (2)操作气流速度； (3)流化数： (4)操作气速下每米流化床的压降； (5)膨胀比。 5.大小均匀的球形颗粒由气体携带以Gs/G＝4的比例通过一很Dt＝0.1m的水平管子，颗粒的直径为0.8mm，密度ρ＝2000kg/m3，气体的密度ρ＝1kg/m3，粘度μ=2×l0-5Pa·s。计算沉积速度。 6.混合颗粒的粒径在0.06-1mm之间，在一根D t＝0.12m的水平管中以Gs/G=4的固气比进行气力输送。气体及固体的性质与上题相同，试计算其沉积速度。 7.粒径为0.1mm的均匀球形颗粒以Gs/G＝30的固气比垂直流动，固体密度ρP ＝2500kg/m3，颗粒u t=1m/s，气体密度ρ＝0.8kg/m3。计算噎塞速度。 8.粒径为0.1mm的球形颗粒在一根内径为0.15m，长100m的水平管中进行气力输送，已知ρP＝2500kg/m3，u t=1m/s，ρ＝1kg/m3，μ=2×l0-5Pa·s，u＝25m/s，Gs/G＝15，试求通过该管的压降。 9.dp=200μm的球形固体颗粒在直径Dt=0.1m的垂直管中进行气力输送，计算颗粒向上输送和向下输送时15m长管线的压差。向上输送时，假定固体颗粒正好在低测点之上进入管内；向下输送时正好在高测压点之下进入。已知ρP＝2000kg/m3，u＝15m/s ，Gs/G＝20，u t=1.3m/s，ρ＝1kg/m3，μ=2×l0-5Pa·s。 固体流态化实验装置实验指导书 固体流态化实验 一．实验目的 1. 观察聚式和散式流态化的实验现象。 2. 学会流体通过颗粒层时流动特性的测量方法。 3. 测定临界流化速度，并作出流化曲线图。 二．基本原理 流态化是一种使固体颗粒通过与流体接触而转变成类似于流体状态的操作。近年来，这种技术发展很快，许多工业部门在处理粉粒状物料的输送、混合、涂层、换热、干燥、吸附、煅烧和气－固反应等过程中，都广泛地应用了流态化技术。 1. 固体流态化过程的基本概念 如果流体自下而上地流过颗粒层，则根据流速的不同，会出现三种不同的阶段，如图12－1所示。 （a）固定床（b）流化床（c）气力输送 图12－1流态化过程的几个阶段 固定床阶段如果流体通过颗粒床层的表观速度（即空床速度）u较低，使颗粒空隙中流体的真实速度u1小于颗粒的沉降速度u t，则颗粒基本上保持静止不动，颗粒称为固定床。如图12－1（a）。 流化床阶段当流体的表观速度u加大到某一数值时，真实速度u1比颗粒的沉降速度u t大了，此时床层内较小的颗粒将松动或“浮起”，颗粒层高度也有明显增大。但随着床层的膨胀，床内空隙率ε也增大，而u1＝u/ε,所以，真实速度u1随后又下降，直至降到沉降速度u t为止。也就是说， 一个明显的上界面，与沸腾水的表面相似，这种床层称为流化床。如图12－1（b）。 因为流化床的空袭率随流体表观速度增大而变大，因此，能够维持流化床状态的表观速度可以有一个较宽的范围。实际流化床操作的流体速度原则上要大于起始流化速度,又要小于带出速度，而这两个临界速度一般均由实验测出。 颗粒输送阶段如果继续提高流体的表观速度u，使真实速度u1大于颗粒的沉降速度u t，则颗粒将被气流带走，此时床层上界面消失，这种状态称为气力输送。如图12－1（c）。 2．固体流态化的分类 流态化按其性状的不同，可以分成两类，即散式流态化和聚式流态化。 散式流态化一般发生在液－固系统。此种床层从开始膨胀直到气力输送，床内颗粒的扰动程度是平缓地加大的，床层的上界面较为清晰。 聚式流态化一般发生在气－固系统，这也是目前工业上应用较多的流化床形式。从起始流态化开始，床层的波动逐渐加剧，但其膨胀程度却不大。因为气体与固体的密度差别很大，气流要将固体颗粒推起来比较困难，所以只有小部分气体在颗粒间通过，大部分气体则汇成气泡穿过床层，而气泡穿过床层时造成床层波动，它们在上升过程中逐渐长大和互相合并，到达床层顶部则破裂而将该处的颗粒溅散，使得床层上界面起伏不定。床层内的颗粒则很少分散开来各自运动，而多是聚结成团地运动，成团地被气泡推起或挤开。 图12－2聚式流态化 聚式流化床中有以下两种不正常现象： 腾涌现象如果床层高度与直径的比值过大，气速过高时，就容易产生气泡的相互聚合，而成为大气泡，在气泡直径长大到与床径相等时，就将床层分成几段，床内物料以活塞推进的方式向上运动，在达到上部后气泡破裂，部分颗粒又重新回落，这即是腾涌，又称节涌。腾涌严重地降固体流态化实验
第十四章 固体流态化现象
第三章 机械分离与固体流态化练习题
化工原理实验答案汇编
固体流态化处理步骤
固体流态化实验
固体流化床特性曲线的测定
固体流态化实验
化工原理课后答案(中国石化出版社) 第4章 固体流态化和气力输送
固体流态化实验指导书