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第三章-第5节-固体流态化技术课件
20
校核雷诺数 由于不希望夹带直径大于60mm的颗粒，因此最大气速不 能超过60mm的颗粒的带出速度ut。假设颗粒沉降属于滞流 区，其沉降速度用斯托克斯公式计算，即
21
（3）流化数
颗粒沉降速度和临界流化速度之比为29:1，最大颗 粒能够流化。一般情况下，所选气速不应太接近ut 或umf。通常取操作流化速度为（0.4-0.8）ut。
二者压降相等
带出开始 C
log u
D（带出速度）
Umf为流化 床操作范围 下限
17
常见小颗粒的起始流化速度 umf ：
（非均匀颗粒）
如颗粒直径相差 6 倍以上，当大颗粒起动，而小颗粒已 被带走；公式不适用于粒径变化很大的颗粒床层。此公 式计算的 umf 偏差较大（±34%），实际 umf 应以实验测定 值为准；但公式提供了影响 umf 的变量，当实验条件与 操作条件不同时，可用来对实验结果进行修正。
散式流化 液-固系统 固体颗粒均匀分布、上界面清晰
聚式流化
气-固系统 存在空穴（气泡）的移动和合并 空穴破裂→ 界面起伏 界面以下 浓相区 界面以上 稀相区
散式流化床
聚式流化床
8
三、流化床的主要特性
1、液体样特性
流化床的一般特性
2、固体颗粒的均匀混合
流化床的主要优点
9
3、气流的不均匀分布和气-固的不均匀接触 P174
11
4、恒定的压降
流化床的重要优点
流化床床层压降 =（重量-浮力）/单位床截面积
ΔP
流化阶段，压降与气速无关，始终保持定值
固定床
流化床 C
带出开始
B
A
¢ 起始流化速度
u D（带出速度）
表观速度
校核雷诺数 由于不希望夹带直径大于60mm的颗粒，因此最大气速不 能超过60mm的颗粒的带出速度ut。假设颗粒沉降属于滞流 区，其沉降速度用斯托克斯公式计算，即
21
（3）流化数
颗粒沉降速度和临界流化速度之比为29:1，最大颗 粒能够流化。一般情况下，所选气速不应太接近ut 或umf。通常取操作流化速度为（0.4-0.8）ut。
二者压降相等
带出开始 C
log u
D（带出速度）
Umf为流化 床操作范围 下限
17
常见小颗粒的起始流化速度 umf ：
（非均匀颗粒）
如颗粒直径相差 6 倍以上，当大颗粒起动，而小颗粒已 被带走；公式不适用于粒径变化很大的颗粒床层。此公 式计算的 umf 偏差较大（±34%），实际 umf 应以实验测定 值为准；但公式提供了影响 umf 的变量，当实验条件与 操作条件不同时，可用来对实验结果进行修正。
散式流化 液-固系统 固体颗粒均匀分布、上界面清晰
聚式流化
气-固系统 存在空穴（气泡）的移动和合并 空穴破裂→ 界面起伏 界面以下 浓相区 界面以上 稀相区
散式流化床
聚式流化床
8
三、流化床的主要特性
1、液体样特性
流化床的一般特性
2、固体颗粒的均匀混合
流化床的主要优点
9
3、气流的不均匀分布和气-固的不均匀接触 P174
11
4、恒定的压降
流化床的重要优点
流化床床层压降 =（重量-浮力）/单位床截面积
ΔP
流化阶段，压降与气速无关，始终保持定值
固定床
流化床 C
带出开始
B
A
¢ 起始流化速度
u D（带出速度）
表观速度
第5章的固体流态化
强化了颗粒与流体间的传热、传质
易于连续自动操作
颗粒易磨损
反混，颗粒在床层内的停留时间不均
5.4.2 流化床的流体力学特性
一、流化床的压降
1. 理想流化床
理想情况下Δp-u关系曲线
一、流化床的压降
2. 实际流化床
气体流化床实际Δp-u关系曲线
二、流化床的不正常现象
1.腾涌现象
腾涌发生后Δp-u关系曲线
一、概述
气力输送的优点 （1）可长距离连续输送，自动化操作，生产效率高。
（2）设备结构简单、紧凑，占地面积小，使用、维 修方便。
（3）输送系统密闭，避免了物料的飞扬、受潮、受 污染，改善了劳动条件。 （4）可在运输过程中（或输送终端〕同时进行粉碎、 分级、加热、冷却以及干燥等操作。
一、概述
混合比R（或固气比） 单位质量气体所输送的固体质量，即
二、流化床的不正常现象
2. 沟流现象
沟流发生后Δp-u关系曲线
三、流化床的操作范围
流化床的操作范围应在临界流化速度和带 出速度之间。 1．临界流化速度umf 实验测定：
实验装置如右图
三、流化床的操作范围
可得到曲线
临界流 化速度
三、流化床的操作范围
经验关联式计算： 对于小颗粒
umf d p 2 ( s ) g 1650
三、流化床的操作范围
2．带出速度 当流化床内气速达到颗粒的沉降速度时， 大量颗粒会被流体带出器外，因此，颗粒带出 速度即颗粒的沉降速度。
三、流化床的操作范围
3．流化床的操作范围与流化数 带出速度与临界流化速度的比值反映了流化 床的可操作范围。 对均匀细颗粒 对大颗粒
ut / u ut / u
mf mf
第三章 固体流态化技术
沟流对反应过程的影响：沟流现象发生时，大部分气体没有 与固体颗粒很好接触就通过了床层，这在催化反应时会引起催 化反应的转化率降低。由于部分颗粒没有流化或流化不好，造 成床层温度不均匀，从而引起催化剂的烧结，降低催化剂的寿 命和效率。
4、恒定的压降
流化床的重要优点
流化床床层压降 =（重量-浮力）/单位床截面积
固定床阶段 床层不动 u1 ut
流化床阶段 u1 ut开始悬浮
颗粒输送阶段 u1 ut 颗粒带走
u ，u1 ，u1 ut
(a)固定床
(b)流化床
(c)气力输送
此时流体的真正速 度 u < 颗粒的沉降 速度u0
此时u= u0 颗粒悬浮于流体中，床层 有一个明显的上界面，与 沸腾水的表面相似
流化阶段，压降与气速无关，始终保持定值
固定床 流化床 C ΔP B A ¢ u 带出开始
m P ( p ) g Ap
起始流化速度
表观速度 流体通过颗粒床层的压降
D（ 带出速度 ）
推导：
流化床阶段，近似认为颗粒处于动态平衡。
即：总曳力 总重力 总浮力
p f A Fg Fb AL(1 )(s ) g
此时u> u0
固体流态化运用在粉粒状物料的输送、混合、加热或冷 却、干燥、吸附、煅烧和气固反应等过程中。
3、流化床存在的基础—大量颗粒群居 颗粒能在相当宽范围内悬而不走，离开群体的个别颗粒上 升后， 速度将减小，则会回落。
浮力
曳力 u1（实际速度） 重力
u（表观速度）
二、实际流化现象
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。
主要用途：
固体流态化技术
因此，在流化床的范围内，每一个表观气速u对应一个空隙率， 表观气速越大，空隙率也越大。只要颗粒悬浮状态，表明流体 通过空隙时的实际速度u1不变，始终为颗粒的ut 。
2015-6-3 7
（2）流化床
需要特别指出的是，流化床原则上应有一个明 显的上界面。在此界面之下的颗粒，u1=ut 。
假设某个悬浮的颗粒由于某种原因离开了床层 而进入界面以上的空间，在该空间中（ε=1.0） 该颗粒的表观速度u即为其真实速度u1 u=u1＜ut 故颗粒必然回落到界面上。
2015-6-3
10
5.4.3 流化床的主要特性----恒定的总压降 流化床的横截面积A ,床层高度L ，床 内所有颗粒的质量m ，颗粒的密度ρp 流体的密度ρ，截面1的压强P1 ，截面 2的压强P2 。 方向向上的力之和=方向向下的力之和
P2
L
P1 A
总床层 高度上 的压降
m
p
g P2 A mg
P1
流体
mg m 1 P1 P2 g A p A
如果忽略 P P mg 1 2 浮力 A
2015-6-3
特别注意：总床层高度上的压降近似等于单位 截面床内固体颗粒的重量，与流体速度无关， 是定值。但是，单位床层高度上的压降随着流 体速度增加而减小。 11
注意：在流化床的范围内，随着气体速度的增加，床层高度L逐 渐增加，尽管总床的压降基本不变。但是，单位床层高度上的 压降是变化（减小）的。 pf,L1 L1 mL1 例5－4床层固存量的近似估计 mL g 在某一各处均匀状态的流化床中，pf,L
由此可见，流化床存在的基础是大量颗粒的群 居。群居的大量颗粒可以通过床层的膨胀以调 整空隙率，从而能够在一个相当宽的表观速度 范围内悬浮于流体之中。这就是流化床之可能 存在的物理基础。
固体的流态化
第一节 固体流态化
5-1-1 基本概念 一、流态化现象
固定床
临界流 化床
流化床
输送床
二、两种不同流化形式 判据:
散式流化
空塔气速
另一种判据: P324 (6-3)式 三、流化床类似液体的特性
聚式流化
P (单位面积 床层重力)
四、颗粒床层特性
5-1-2 流体阻力
At W At At
理想流化床的特点:
1.有明显的临界流态化点和临界 流态化速度;
2.流态化床层的压降为一常数;
3.有平稳的流态化界面;
4.流态化床层的空隙率在任何流 速下,都具有一个代表性的均匀值, 不因床层内的位置而变化.
请同学们总结出实际流化床的特点
5-1-3 流化床的操作范围
5-1-4 影响流化质量的因素 一、分布板
填充式分布板
5-1-4 影响流化质量的因素 二、设备内部的构件
5-1-4 影响流化质量的因素 三、粒度分布
5-1-5 浓相区高度与分离高度
一、浓相区高ห้องสมุดไป่ตู้：散式流化 膨胀比
聚式流化-----影响因素多，使用特定的经 验与半经验公式。
二、分离高度 分离区高度的确定没有适当的计算公式，仅有参考图线。
第二节 气力输送 吸引式气力输送
压送式气力输送
脉冲式密相输送
固体颗粒在水平管内的稀相输送
气-固混合物 在水平流动 时的特性
水平输送时的 最低气速（沉 积速度）： D点的临界气 体速度。
垂直管中稀相 输送的特性
垂直管中稀相 输送的最低气 速（噎塞速 度）： E点所对应的 气速
5-1-1 基本概念 一、流态化现象
固定床
临界流 化床
流化床
输送床
二、两种不同流化形式 判据:
散式流化
空塔气速
另一种判据: P324 (6-3)式 三、流化床类似液体的特性
聚式流化
P (单位面积 床层重力)
四、颗粒床层特性
5-1-2 流体阻力
At W At At
理想流化床的特点:
1.有明显的临界流态化点和临界 流态化速度;
2.流态化床层的压降为一常数;
3.有平稳的流态化界面;
4.流态化床层的空隙率在任何流 速下,都具有一个代表性的均匀值, 不因床层内的位置而变化.
请同学们总结出实际流化床的特点
5-1-3 流化床的操作范围
5-1-4 影响流化质量的因素 一、分布板
填充式分布板
5-1-4 影响流化质量的因素 二、设备内部的构件
5-1-4 影响流化质量的因素 三、粒度分布
5-1-5 浓相区高度与分离高度
一、浓相区高ห้องสมุดไป่ตู้：散式流化 膨胀比
聚式流化-----影响因素多，使用特定的经 验与半经验公式。
二、分离高度 分离区高度的确定没有适当的计算公式，仅有参考图线。
第二节 气力输送 吸引式气力输送
压送式气力输送
脉冲式密相输送
固体颗粒在水平管内的稀相输送
气-固混合物 在水平流动 时的特性
水平输送时的 最低气速（沉 积速度）： D点的临界气 体速度。
垂直管中稀相 输送的特性
垂直管中稀相 输送的最低气 速（噎塞速 度）： E点所对应的 气速
18 固体流态化
2012-8-2 固体的流态化 4/19
空穴的移动和合并，就其表面现象看来， 酷似气泡的运动。因此，聚式流化床有 时称为鼓泡流化床。这样，床内存在两
个相，可分别称之为气泡相与乳化相。乳化相内的
状态接近于起始流化状态，其中的空隙率接近于起 始流化时的空隙率。超过起始流化速度以上的气体
量则相继经空穴(气泡相)而通过床层。
触时间很长。这种不均匀的接触对实际过程不利，是流化床的严重缺点。
气固流化床中气流的不均匀分布可能导致以下两种现象
(1)腾涌或节涌 空穴在上升过程中会合并增大，如果床
层直径较小而浓相区的高度较高，则空穴可能大至与床 层直径相等的程度。此时空穴将床层分节，整段颗粒如 活塞般的向上移动，部分颗粒在空穴四周落下，见图5-
2 3
150 ( 1 mf )
de (p )g
2
(5-41)
11/19
2012-8-2
固体的流态化
如果确知床层的起始流化空隙率εmf及颗粒的球形度Ψ值，可利用式
(5-41)计算umf。但实际上εmf和Ψ的可靠数据很难获得。实验发现，
对工业常见颗粒
1 mf
2
3 mf
2012-8-2 固体的流态化 13/19
对粒径较小的流化床，比较起始流化速度umf的计算式(5-42)与沉降速
度计算式(5-19)可知 u t
/ u mf 91 . 6 。对大颗粒这一比值为8.61。故细
颗粒流化床较之粗颗粒可在更宽的流速范围内操作。
为充分发挥流化床内固体颗粒混合均匀这一优点，流化床的实际操作速度通常为
(5-40)
式(5-40)为图5-26中的AB线段，式中de为颗粒等体积当量直径。 起始流化点即为AB与BC之交点，此时式(5-39)与(5-40)中的L应为起始流化时 的床高Lmf，ε应为床层起始流化时的空隙率εmf。令式(5-39)与式(5-40)相等， 可得起始流化速度为
空穴的移动和合并，就其表面现象看来， 酷似气泡的运动。因此，聚式流化床有 时称为鼓泡流化床。这样，床内存在两
个相，可分别称之为气泡相与乳化相。乳化相内的
状态接近于起始流化状态，其中的空隙率接近于起 始流化时的空隙率。超过起始流化速度以上的气体
量则相继经空穴(气泡相)而通过床层。
触时间很长。这种不均匀的接触对实际过程不利，是流化床的严重缺点。
气固流化床中气流的不均匀分布可能导致以下两种现象
(1)腾涌或节涌 空穴在上升过程中会合并增大，如果床
层直径较小而浓相区的高度较高，则空穴可能大至与床 层直径相等的程度。此时空穴将床层分节，整段颗粒如 活塞般的向上移动，部分颗粒在空穴四周落下，见图5-
2 3
150 ( 1 mf )
de (p )g
2
(5-41)
11/19
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固体的流态化
如果确知床层的起始流化空隙率εmf及颗粒的球形度Ψ值，可利用式
(5-41)计算umf。但实际上εmf和Ψ的可靠数据很难获得。实验发现，
对工业常见颗粒
1 mf
2
3 mf
2012-8-2 固体的流态化 13/19
对粒径较小的流化床，比较起始流化速度umf的计算式(5-42)与沉降速
度计算式(5-19)可知 u t
/ u mf 91 . 6 。对大颗粒这一比值为8.61。故细
颗粒流化床较之粗颗粒可在更宽的流速范围内操作。
为充分发挥流化床内固体颗粒混合均匀这一优点，流化床的实际操作速度通常为
(5-40)
式(5-40)为图5-26中的AB线段，式中de为颗粒等体积当量直径。 起始流化点即为AB与BC之交点，此时式(5-39)与(5-40)中的L应为起始流化时 的床高Lmf，ε应为床层起始流化时的空隙率εmf。令式(5-39)与式(5-40)相等， 可得起始流化速度为
固体流态化-中国石油大学化工原理(DOC)
化工原理固体流态化与非均相物系的分离班级：卓越11-2班姓名：徐向东韩月阳甄宇匡崇1.固体流态化1.1定义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流体的某些表观特性，此种流固接触状态称为固体流态化。
1.2流态化分类1.2.1按流化状态分类（1）聚式流态化：气固流化床床层中存在气泡相和乳相，气泡中只有很少的或者没有固体颗粒存在，在乳相中颗粒的浓度要比气泡中大得多。
气泡在上升过程中也会不断合并增大，致使床层出现较大的不稳定性。
气泡上升最后冲出床层，床层表面有较大的波动，不时有固体颗粒被抛出，然后由于其重力落回床层。
气固流化床在工业中应用的最多。
气固流化系统基本上均呈聚式流化状态。
（2）散式流态化：床层处于散式流化态，床内无气泡产生，当床层膨胀时，固体颗粒之间的距离也随之增加。
虽然固体颗粒和流化介质之间有相互强烈的扰动作用，但他们在流化介质中的分散程度也相对较为均匀，处于相对的稳定状态，所以也叫平稳流态化。
多出现于液固流态化系统。
1.2.2按流化介质分类（1）气固流态化：以气体为流化介质的流态化过程，使工业生产中使用的最多的流态化过程，如流化床锅炉燃煤生产蒸汽。
（2）液固流态化：以液体为流化介质的流态化过程，在工业上用于湿法冶金、离子交换、生物化工、聚合反应和吸收等。
（3）液气固三相流态化：以液体、气体为流化介质的流态化过程，流化床内存在有气液固三相。
1.3流态化在工业中的应用1.3.1物理过程中的应用1.3.1.1物料输送被流化的固体颗粒可以像流体一样流动，如图所示的气垫装置，它是由上下两个槽组成，中建由一层类似于筛网的多孔类或编织物隔开。
这种输送装置消耗的能量适中，没有运动部件，适于输送干燥的细微颗粒。
现用于水泥工业，纯碱工业，锅炉烟气所带出的飞灰、面粉和树脂的输送。
1.3.1.2细粉的混合采用流态化技术可以较容易的将不同种类的粉末物料达到均匀混合。
要将两种粉末混合只要将其流化，物料经上升管上升再经床层下降，经过多次循环之后即可到达均匀混合的目的。
《固体流态化技术》课件
新型流态化技术的研发
随着科技的不断发展，新型流态化技术也不断涌现，如气固 流态化技术、液固流态化技术等，这些新型流态化技术具有 更高的效率和更好的应用前景。
新型流态化技术的研发需要不断探索和尝试，通过实验和模 拟等方式，不断优化和完善技术参数和工艺条件，提高技术 的应用效果和可靠性。
智能化与自动化的提升
进一步拓展。
技术局限
颗粒大小限制
固体流态化技术对固体颗粒的大小有 一定要求，过小的颗粒可能导致技术 效果不佳。
操作参数敏感
该技术的操作参数较为敏感，需要精 确控制以获得最佳效果。
高成本
固体流态化技术的设备成本较高，增 加了应用成本。
稳定性问题
在某些情况下，固体流态化技术的稳 定性有待提高。
技术挑战与前景
01
化工
用于反应、分离、混合等工艺过 程，如石油化工、化学反应工程 等。
02
03
能源
环保
用于煤炭、生物质等固体燃料的 燃烧、气化、热解等过程，提高 能源利用效率。
用于固体废弃物的处理、处置和 资源化利用，如城市垃圾焚烧、 工业废弃物处理等。
02
固体流态化技术的原 理
基本原理
固体流态化技术的基本原理是利用流 体对固体颗粒进行作用，使固体颗粒 呈现出流体的某些特性，从而实现固 体颗粒的流动和运输。
04
固体流态化技术的优 缺点
技术优势
高效性
固体流态化技术能够实现连续 、大规模的物质处理，提高了
生产效率。
节能环保
该技术能够降低能耗，减少环 境污染，符合绿色发展理念。
灵活性
固体流态化技术适用于多种不 同性质的固体颗粒，应用范围 广泛。
可扩展性