02-第1章-流态化基础知识
流态化基础知识和流型分类
流态化技术自20世纪初被发现以来， 经历了从实验室研究到工业应用的漫 长过程，现已广泛应用于化工、能源 、环保等领域。
颗粒床层特性与流动状态
颗粒床层特性
颗粒床层是由固体颗粒堆积而成，具 有多孔性、可压缩性和渗透性等特性 。
流动状态
颗粒床层在气体或液体作用下可表现 为固定床、流化床和输送床等不同的 流动状态。
影响因素
流体速度、固体颗粒性质（如粒径、密度、形状等）、床层高度、温度、压力等都会对床层流型产生影响。
03
颗粒性质对流型影响研究
颗粒形状、大小及分布规律探讨
颗粒形状对流型的影响
球形颗粒在流化床中易于形成均匀流化，而非球形颗粒（ 如片状、纤维状）可能导致流化不均匀或产生沟流现象。
颗粒大小对流型的影响
摩擦力对流型的影响
摩擦力使颗粒间相互摩擦产生热量和磨损， 影响床层的稳定性和流动行为。高摩擦力可 能导致床层内局部温度升高和颗粒磨损加剧 ，进而影响整体流型。
04
气体参数对流型影响研究
气体速度、压力变化规律探讨
气体速度对流型的影响
随着气体速度的增加，流型从固定床逐渐过渡到流化床，床层膨胀度增加，颗粒间的相 互作用力减弱，流型变得更加均匀。
物料循环和排放控制
根据生产需求控制物料的循环量和排放量；在操作过程中 密切关注物料循环和排放情况，及时调整相关参数以保持 稳定的物料平衡。
提高设备性能，降低能耗措施
设备结构优化
操作参数优化
通过改进设备结构，如采用高效分布板、 优化旋风分离器结构等，提高设备的流化 效率和分离效率，降低能耗。
通过调整操作参数，如气体速度、温度和 压力等，使设备在最佳状态下运行，提高 设备性能并降低能耗。
流态化技术
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-=ε2．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(εε3.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。
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-=ε2．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(εε3.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。
流态化一章
§1.2 流态化的状态 及其它流态化形式
一、流态化状态与判别准则
聚式流态化aggregative fluidization
散式流态化dispersed fluidization 1．聚式流态化（不均匀流化床，气体流化床）水-铅
气泡相bubble phase：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
六、气-固流化床的一般性评价
1．良好的床层均温性
上下或左右方向的温度梯度均在10～20℃之内 固体颗粒的热容量比相同体积气体的热容量高100～ 1000倍
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
不足 ：
（1）固体物料的停留时间不均匀 （2）气流分布不均会影响气-固接触效率 （3）颗粒磨损与设备磨损严重
曳力
浮力
重力
压降值△P单调增加
幻灯片 115
流态化过程曲线
2．流态化床阶段
气流对颗粒的曳力 + 气流对颗粒的浮力 = 颗粒 受到的重力
AP Lmf A(1 mf ) f g Lmf A(1 mf ) s g P Lmf (1 mf )( s f ) g
2．多层流态化床
定义： 在传统的单层气-固流态化系统的基础 上，在床内不同高度设置多块气体布风 板，将床层分成多段区域，这就构成了 多层流态化床
优点：
该床既可以保持原单层床的诸多优点(如
床层均温 性、传热性能优越等) 在一定程度上抑制床内气体与颗粒的混 合，改善气、固相的滞留时间分布 可借助流化介质的再分布，使大气泡变 小，降低扩散阻力，提高传质、传热速率。
固体颗粒可以参加化学反应 ：气化、燃烧 不参加化学反应，如气相化学反应中的固 体催化剂 参与多种物理过程 ： 热空气干燥粮食
流化态基本原理(共9张PPT)
第5页，共9页。
一、流化床的形成与类别
流化催化裂化属于气体流化床，即聚式流化床
第6页，共9页。
二、流化床的优缺点
优点
1.易于连续化生产 和自动化控制
2.传热效率高，床 层温度均匀
第7页，共9页。
3.可以采用小颗粒
催化剂
二、流化床的优缺点
缺点
1. 返混严重，不易控制反应时间
2. 气固接触严重不足，影响转化率
第3页，共9页。
一、流化床的形成与类别
流化态的形成
U0~Umf 固定床阶段
Umf~Ut
流化床Байду номын сангаас段
>Ut
输送床阶段
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速度；
ut 最大流化速度，是指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 带走时的速度；
第4页，共9页。
一、流化床的形成与类别
3. 催化剂磨损
新鲜催化剂
催化剂粉尘
第8页，共9页。
谢谢观看
课程：石油炼制的运行与操控 知识点：流态化原理
江苏高校品牌专业——石油化工技术
第9页，共9页。
课程：石油炼制的运行与操控
知识点：流态化基本原理
江苏高校品牌专业——石油化工技术
第1页，共9页。
一、流化床的形成与类别
流化态定义
流化态是指固体颗粒在流体的作用下呈现出与流体相似的流动性能的现象
第2页，共9页。
一、流化床的形成与类别
一、流化床的形成与类别 返混严重，不易控制反应时间 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速度； 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速度； 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速度；
化工原理各章节知识点总结
第一章流体流动质点含有大量分子的流体微团,其尺寸远小于设备尺寸,但比起分子自由程却要大得多.连续性假定假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质.拉格朗日法选定一个流体质点,对其跟踪观察,描述其运动参数如位移、速度等与时间的关系.欧拉法在固定空间位置上观察流体质点的运动情况,如空间各点的速度、压强、密度等,即直接描述各有关运动参数在空间各点的分布情况和随时间的变化.定态流动流场中各点流体的速度u、压强p不随时间而变化.轨线与流线轨线是同一流体质点在不同时间的位置连线,是拉格朗日法考察的结果.流线是同一瞬间不同质点在速度方向上的连线,是欧拉法考察的结果.系统与控制体系统是采用拉格朗日法考察流体的.控制体是采用欧拉法考察流体的.理想流体与实际流体的区别理想流体粘度为零,而实际流体粘度不为零. 粘性的物理本质分子间的引力和分子的热运动.通常液体的粘度随温度增加而减小,因为液体分子间距离较小,以分子间的引力为主.气体的粘度随温度上升而增大,因为气体分子间距离较大,以分子的热运动为主.总势能流体的压强能与位能之和.可压缩流体与不可压缩流体的区别流体的密度是否与压强有关.有关的称为可压缩流体,无关的称为不可压缩流体.伯努利方程的物理意义流体流动中的位能、压强能、动能之和保持不变. 平均流速流体的平均流速是以体积流量相同为原则的.动能校正因子实际动能之平均值与平均速度之动能的比值.均匀分布同一横截面上流体速度相同.均匀流段各流线都是平行的直线并与截面垂直,在定态流动条件下该截面上的流体没有加速度,故沿该截面势能分布应服从静力学原理.层流与湍流的本质区别是否存在流体速度u、压强p的脉动性,即是否存在流体质点的脉动性.稳定性与定态性稳定性是指系统对外界扰动的反应.定态性是指有关运动参数随时间的变化情况.边界层流动流体受固体壁面阻滞而造成速度梯度的区域.边界层分离现象在逆压强梯度下,因外层流体的动量来不及传给边界层,而形成边界层脱体的现象.雷诺数的物理意义雷诺数是惯性力与粘性力之比.量纲分析实验研究方法的主要步骤:①经初步实验列出影响过程的主要因素；②无量纲化减少变量数并规划实验；③通过实验数据回归确定参数及变量适用范围,确定函数形式.摩擦系数层流区,λ与Re成反比,λ与相对粗糙度无关；一般湍流区,λ随Re增加而递减,同时λ随相对粗糙度增大而增大；充分湍流区,λ与Re无关,λ随相对粗糙度增大而增大.完全湍流粗糙管当壁面凸出物低于层流内层厚度,体现不出粗糙度过对阻力损失的影响时,称为水力光滑管.Re很大,λ与Re无关的区域,称为完全湍流粗糙管.同一根实际管子在不同的Re下,既可以是水力光滑管,又可以是完全湍流粗糙管.局部阻力当量长度把局部阻力损失看作相当于某个长度的直管,该长度即为局部阻力当量长度.毕托管特点毕托管测量的是流速,通过换算才能获得流量.驻点压强在驻点处,动能转化成压强称为动压强,所以驻点压强是静压强与动压强之和.孔板流量计的特点恒截面,变压差.结构简单,使用方便,阻力损失较大.转子流量计的特点恒流速,恒压差,变截面.非牛顿流体的特性塑性：只有当施加的剪应力大于屈服应力之后流体才开始流动.假塑性与涨塑性：随剪切率增高,表观粘度下降的为假塑性.随剪切率增高,表观粘度上升的为涨塑性.触变性与震凝性：随剪应力t作用时间的延续,流体表观粘度变小,当一定的剪应力t所作用的时间足够长后,粘度达到定态的平衡值,这一行为称为触变性.反之,粘度随剪切力作用时间延长而增大的行为则称为震凝性.粘弹性：不但有粘性,而且表现出明显的弹性.具体表现如：爬杆效应、挤出胀大、无管虹吸.第二章流体输送机械管路特性方程管路对能量的需求,管路所需压头随流量的增加而增加.输送机械的压头或扬程流体输送机械向单位重量流体所提供的能量J/N. 离心泵主要构件叶轮和蜗壳.离心泵理论压头的影响因素离心泵的压头与流量,转速,叶片形状及直径大小有关.叶片后弯原因使泵的效率高.气缚现象因泵内流体密度小而产生的压差小,无法吸上液体的现象.离心泵特性曲线离心泵的特性曲线指Hｅ～qV,η～qV, Pａ～qV.离心泵工作点管路特性方程和泵的特性方程的交点.离心泵的调节手段调节出口阀,改变泵的转速.汽蚀现象液体在泵的最低压强处叶轮入口汽化形成气泡,又在叶轮中因压强升高而溃灭,造成液体对泵设备的冲击,引起振动和侵蚀的现象.必需汽蚀余量NPSHr泵入口处液体具有的动能和压强能之和必须超过饱和蒸汽压强能多少离心泵的选型类型、型号①根据泵的工作条件,确定泵的类型；②根据管路所需的流量、压头,确定泵的型号.正位移特性流量由泵决定,与管路特性无关.往复泵的调节手段旁路阀、改变泵的转速、冲程.离心泵与往复泵的比较流量、压头前者流量均匀,随管路特性而变,后者流量不均匀,不随管路特性而变.前者不易达到高压头,后者可达高压头.前者流量调节用泵出口阀,无自吸作用,启动时关出口阀；后者流量调节用旁路阀,有自吸作用,启动时开足管路阀门.通风机的全压、动风压通风机给每立方米气体加入的能量为全压Pa=J/m3,其中动能部分为动风压.真空泵的主要性能参数①极限真空；②抽气速率.第三章液体的搅拌搅拌目的均相液体的混合,多相物体液液,气液,液固的分散和接触,强化传热.搅拌器按工作原理分类搅拌器按工作原理可分为旋桨式,涡轮式两大类.旋桨式大流量,低压头；涡轮式小流量,高压头.混合效果搅拌器的混合效果可以用调匀度、分隔尺度来度量.宏观混合总体流动是大尺度的宏观混合；强烈的湍动或强剪切力场是小尺度的宏观混合.微观混合只有分子扩散才能达到微观混合.总体流动和强剪切力场虽然本身不是微观混合,但是可以促进微观混合,缩短分子扩散的时间.搅拌器的两个功能产生总体流动；同时形成湍动或强剪切力场.改善搅拌效果的工程措施改善搅拌效果可采取增加搅拌转速、加挡板、偏心安装搅拌器、装导流筒等措施.第四章流体通过颗粒层的流动非球形颗粒的当量直径球形颗粒与实际非球形颗粒在某一方面相等,该球形的直径为非球形颗粒的当量直径,如体积当量直径、面积当量直径、比表面积当量直径等.形状系数等体积球形的表面积与非球形颗粒的表面积之比.分布函数小于某一直径的颗粒占总量的分率.频率函数某一粒径范围内的颗粒占总量的分率与粒径范围之比.颗粒群平均直径的基准颗粒群的平均直径以比表面积相等为基准.因为颗粒层内流体为爬流流动,流动阻力主要与颗粒表面积的大小有关.床层比表面单位床层体积内的颗粒表面积.床层空隙率单位床层体积内的空隙体积.数学模型法的主要步骤数学模型法的主要步骤有①简化物理模型②建立数学模型③模型检验,实验确定模型参数.架桥现象尽管颗粒比网孔小,因相互拥挤而通不过网孔的现象.过滤常数及影响因素过滤常数是指 K、qe.K与压差、悬浮液浓度、滤饼比阻、滤液粘度有关；qe与过滤介质阻力有关.它们在恒压下才为常数.过滤机的生产能力滤液量与总时间过滤时间和辅助时间之比.最优过滤时间使生产能力达到最大的过滤时间.加快过滤速率的途径①改变滤饼结构；②改变颗粒聚集状态；③动态过滤.第五章颗粒的沉降和流态化曳力表面曳力、形体曳力曳力是流体对固体的作用力,而阻力是固体壁对流体的力,两者为作用力与反作用力的关系.表面曳力由作用在颗粒表面上的剪切力引起,形体曳力由作用在颗粒表面上的压强力扣除浮力的部分引起.自由沉降速度颗粒自由沉降过程中,曳力、重力、浮力三者达到平衡时的相对运动速度.离心分离因数离心力与重力之比.旋风分离器主要评价指标分离效率、压降.总效率进入分离器后,除去的颗粒所占比例.粒级效率某一直径的颗粒的去除效率.分割直径粒级效率为50%的颗粒直径.流化床的特点混合均匀、传热传质快；压降恒定、与气速无关.两种流化现象散式流化和聚式流化.聚式流化的两种极端情况腾涌和沟流.起始流化速度随着操作气速逐渐增大,颗粒床层从固定床向流化床转变的空床速度.带出速度随着操作气速逐渐增大,流化床内颗粒全被带出的空床速度.气力输送利用气体在管内的流动来输送粉粒状固体的方法.第六章传热传热过程的三种基本方式直接接触式、间壁式、蓄热式.载热体为将冷工艺物料加热或热工艺物料冷却,必须用另一种流体供给或取走热量,此流体称为载热体.用于加热的称为加热剂；用于冷却的称为冷却剂.三种传热机理的物理本质传导的物理本质是分子热运动、分子碰撞及自由电子迁移；对流的物理本质是流动流体载热；热辐射的物理本质是电磁波. 间壁换热传热过程的三个步骤热量从热流体对流至壁面,经壁内热传导至另一侧,由壁面对流至冷流体.导热系数物质的导热系数与物质的种类、物态、温度、压力有关.热阻将传热速率表达成温差推动力除以阻力的形式,该阻力即为热阻.推动力高温物体向低温传热,两者的温度差就是推动力.流动对传热的贡献流动流体载热.强制对流传热在人为造成强制流动条件下的对流传热.自然对流传热因温差引起密度差,造成宏观流动条件下的对流传热.自然对流传热时,加热、冷却面的位置应该是加热面在下,制冷面在上,这样有利于形成充分的对流流动.努塞尔数、普朗特数的物理意义努塞尔数的物理意义是对流传热速率与导热传热速率之比.普朗特数的物理意义是动量扩散系数与热量扩散系数之比,在α关联式中表示了物性对传热的贡献.α关联式的定性尺寸、定性温度用于确定关联式中的雷诺数等准数的长度变量、物性数据的温度.比如,圆管内的强制对流传热,定性尺寸为管径d、定性温度为进出口平均温度.大容积自然对流的自动模化区自然对流α与高度h无关的区域.液体沸腾的两个必要条件过热度tw-ts、汽化核心.核状沸腾汽泡依次产生和脱离加热面,对液体剧烈搅动,使α随Δt急剧上升.第七章蒸发蒸发操作及其目的蒸发过程的特点二次蒸汽溶液沸点升高疏水器气液两相流的环状流动区域加热蒸汽的经济性蒸发器的生产强度提高生产强度的途径提高液体循环速度的意义节能措施杜林法则多效蒸发的效数在技术经济上的限制第八章气体吸收吸收的目的和基本依据吸收的目的是分离气体混合物,吸收的基本依据是混合物中各组份在溶剂中的溶解度不同.主要操作费溶剂再生费用,溶剂损失费用.解吸方法升温、减压、吹气.选择吸收溶剂的主要依据溶解度大,选择性高,再生方便,蒸汽压低损失小.相平衡常数及影响因素m、E、H均随温度上升而增大,E、H与总压无关,m 反比于总压.漂流因子P/PBm表示了主体流动对传质的贡献.气、液扩散系数的影响因素气体扩散系数与温度、压力有关；液体扩散系数与温度、粘度有关.传质机理分子扩散、对流传质.气液相际物质传递步骤气相对流,相界面溶解,液相对流.有效膜理论与溶质渗透理论的结果差别有效膜理论获得的结为k∝D,溶质渗透理论考虑到微元传质的非定态性,获得的结果为k∝.传质速率方程式传质速率为浓度差推动力与传质系数的乘积.因工程上浓度有多种表达,推动力也就有多种形式,传质系数也有多种形式,使用时注意一一对应.传质阻力控制传质总阻力可分为两部分,气相阻力和液相阻力.当mky<<kx 时,为气相阻力控制；当mky>>kx时,为液相阻力控制.低浓度气体吸收特点①G、L为常量,②等温过程,③传质系数沿塔高不变. 建立操作线方程的依据塔段的物料衡算.返混少量流体自身由下游返回至上游的现象.最小液气比完成指定分离任务所需塔高为无穷大时的液气比.NOG的计算方法对数平均推动力法,吸收因数法,数值积分法.HOG的含义塔段为一个传质单元高,气体流经一个传质单元的浓度变化等于该单元内的平均推动力.常用设备的HOG值～m.吸收剂三要素及对吸收结果的影响吸收剂三要素是指t、x2、L.t↓,x2↓,L↑均有利于吸收.化学吸收与物理吸收的区别溶质是否与液相组分发生化学反应.增强因子化学吸收速率与物理吸收速率之比.容积过程慢反应使吸收成容积过程.表面过程快反应使吸收成表面过程.第九章液体精馏蒸馏的目的及基本依据蒸馏的目的是分离液体混合物,它的基本依据原理是液体中各组分挥发度的不同.主要操作费用塔釜的加热和塔顶的冷却.双组份汽液平衡自由度自由度为2P一定,t～x或y；t一定,P～x或y；P 一定后,自由度为1.泡点泡点指液相混合物加热至出现第一个汽泡时的温度.露点露点指气相混合物冷却至出现第一个液滴时的温度.非理想物系汽液相平衡关系偏离拉乌尔定律的成为非理想物系.总压对相对挥发度的影响压力降低,相对挥发度增加.平衡蒸馏连续过程且一级平衡.简单蒸馏间歇过程且瞬时一级平衡.连续精馏连续过程且多级平衡.间歇精馏时变过程且多级平衡.特殊精馏恒沸精馏、萃取精馏等加第三组分改变α.实现精馏的必要条件回流液的逐板下降和蒸汽逐板上升,实现汽液传质、高度分离.理论板离开该板的汽液两相达到相平衡的理想化塔板.板效率经过一块塔板之后的实际增浓与理想增浓之比.恒摩尔流假设及主要条件在没有加料、出料的情况下,塔段内的汽相或液相摩尔流率各自不变.组分摩尔汽化热相近,热损失不计,显热差不计.加料热状态参数q值的含义及取值范围一摩尔加料加热至饱和汽体所需热量与摩尔汽化潜热之比,表明加料热状态.取值范围：q<0过热蒸汽,q=0饱和蒸汽,0<q<1汽液混和物,q=1饱和液体,q>1冷液.建立操作线的依据塔段物料衡算.操作线为直线的条件液汽比为常数恒摩尔流.最优加料位置在该位置加料,使每一块理论板的提浓度达到最大.挟点恒浓区的特征汽液两相浓度在恒浓区几乎不变.芬斯克方程求取全回流条件下,塔顶塔低浓度达到要求时的最少理论板数.最小回流比达到指定分离要求所需理论板数为无穷多时的回流比,是设计型计算特有的问题.最适宜回流比使设备费、操作费之和最小的回流比.灵敏板塔板温度对外界干扰反映最灵敏的塔板,用于预示塔顶产品浓度变化.间歇精馏的特点操作灵活、适用于小批量物料分离.恒沸精馏与萃取精馏的主要异同点相同点：都加入第三组份改变相对挥发度；区别：①前者生成新的最低恒沸物,加入组分从塔顶出；后者不形成新恒沸物,加入组分从塔底出.②操作方式前者可间歇,较方便.③前者消耗热量在汽化潜热,后者在显热.多组分精馏流程方案选择选择多组分精馏的流程方案需考虑①经济上优化；②物性；③产品纯度.关键组分对分离起控制作用的两个组分为关键组分,挥发度大的为轻关键组分；挥发度小的为重关键组分.清晰分割法清晰分割法假定轻组分在塔底的浓度为零,重组分在塔顶的浓度为零.全回流近似法全回流近似法假定塔顶、塔底的浓度分布与全回流时相近第十章气液传质设备板式塔的设计意图①气液两相在塔板上充分接触,②总体上气液逆流,提供最大推动力.对传质过程最有利的理想流动条件总体两相逆流,每块板上均匀错流.三种气液接触状态鼓泡状态：气量低,气泡数量少,液层清晰.泡沫状态：气量较大,液体大部分以液膜形式存在于气泡之间,但仍为连续相.喷射状态：气量很大,液体以液滴形式存在,气相为连续相.转相点由泡沫状态转为喷射状态的临界点.板式塔内主要的非理想流动液沫夹带、气泡夹带、气体的不均匀流动、液体的不均匀流动.板式塔的不正常操作现象夹带液泛、溢流液泛、漏液.筛板塔负荷性能图将筛板塔的可操作范围在汽、液流量图上表示出来. 湿板效率考虑了液沫夹带影响的塔板效率.全塔效率全塔的理论板数与实际板数之比.操作弹性上、下操作极限的气体流量之比.常用塔板类型筛孔塔板、泡罩塔板、浮阀塔板、舌形塔板、网孔塔板等. 填料的主要特性参数①比表面积ａ,②空隙率ε,③填料的几何形状.常用填料类型拉西环,鲍尔环,弧鞍形填料,矩鞍形填料,阶梯形填料,网体填料等.载点填料塔内随着气速逐渐由小到大,气液两相流动的交互影响开始变得比较显着时的操作状态为载点.泛点气速增大至出现每米填料压降陡增的转折点即为泛点.最小喷淋密度保证填料表面润湿、保持一定的传质效果所需的液体速度. 等板高度HETP分离效果相当于一块理论板的填料层高度.填料塔与板式塔的比较填料塔操作范围小,宜处理不易聚合的清洁物料,不易中间换热,处理量较小,造价便宜,较宜处理易起泡、腐蚀性、热敏性物料,能适应真空操作.板式塔适合于要求操作范围大,易聚合或含固体悬浮物,处理量较大,设计要求比较准确的场合.第十一章液液萃取萃取的目的及原理目的是分离液液混合物.原理是混合物各组分溶解度的不同.溶剂的必要条件①与物料中的Ｂ组份不完全互溶,②对Ａ组份具有选择性的溶解度.临界混溶点相平衡的两相无限趋近变成一相时的组成所对应的点.和点两股流量的平均浓度在相图所对应的点.差点和点的流量减去一股流量后剩余的浓度在相图所对应的点.分配曲线相平衡的yA ~ xA曲线.最小溶剂比当萃取相达到指定浓度所需理论级为无穷多时,相应的S/F为最小溶剂比.选择性系数β=yA/yB/xA/xB.操作温度对萃取的影响温度低,B、S互溶度小,相平衡有利些,但粘度大等对操作不利,所以要适当选择.第十二章其他传质分离方法溶液结晶操作的基本原理溶液的过饱和.造成过饱和度方法冷却,蒸发浓缩.晶习各晶面速率生长不同,形成不同晶体外形的习性.溶解度曲线结晶体与溶液达到相平衡时,溶液浓度随温度的变化曲线. 超溶解度曲线溶液开始析出结晶的浓度大于溶解度,溶液浓度随温度的变化曲线为超溶解度曲线,超溶解度曲线在溶解度曲线之上.溶液结晶的两个阶段晶核生成,晶体成长.晶核的生成方式初级均相成核,初级非均相成核,二次成核.再结晶现象小晶体溶解与大晶体成长同时发生的现象.过饱和度对结晶速率的影响过饱和度ΔC大,有利于成核；过饱和度ΔC 小,有利于晶体成长.吸附现象流体中的吸附质借助于范德华力而富集于吸附剂固体表面的现象.物理吸附与化学吸附的区别物理吸附靠吸附剂与吸附质之间的范德华力,吸附热较小；化学吸附靠吸附剂与吸附质之间的化学键合,吸附热较大. 吸附分离的基本原理吸附剂对流体中各组分选择性的吸附.常用的吸附解吸循环变温吸附,变压吸附,变浓度吸附,置换吸附.常用吸附剂活性炭,硅胶,活性氧化铝,活性土,沸石分子筛,吸附树脂等. 吸附等温线在一定的温度下,吸附相平衡浓度随流体相浓度变化的曲线. 传质内扩散的四种类型分子扩散,努森扩散,表面扩散,固体晶体扩散. 负荷曲线固定床吸附器中,固体相浓度随距离的变化曲线称为负荷曲线. 浓度波固定床吸附器中,流体相浓度随距离的变化曲线称为浓度波.透过曲线吸附器出口流体相浓度随时间的变化称为透过曲线.透过点透过曲线中,出口浓度达到5%进口浓度时,对应的点称为透过点.饱和点透过曲线中,出口浓度达到95%进口浓度时,对应的点称为饱和点. 膜分离基本原理利用固体膜对流体混合物各组分的选择性渗透,实现分离.分离过程对膜的基本要求截留率,透过速率,截留分子量.膜分离推动力压力差,电位差.浓差极化溶质在膜表面被截留,形成高浓度区的现象.阴膜阴膜电离后固定基团带正电,只让阴离子通过.阳膜阳膜电离后固定基团带负电,只让阳离子通过.气体混合物膜分离机理努森流的分离作用；均质膜的溶解、扩散、解吸.第十四章固体干燥物料去湿的常用方法机械去湿、吸附或抽真空去湿、供热干燥等.对流干燥过程的特点热质同时传递.主要操作费用空气预热、中间加热. tas与tW在物理含义上的差别 tas由热量衡算导出,属于静力学问题；tW 是传热传质速率均衡的结果,属于动力学问题.改变湿空气温度、湿度的工程措施加热、冷却可以改变湿空气温度；喷水可以增加湿空气的湿度,也可以降低湿空气的湿度,比如喷的是冷水,使湿空气中的水分析出.平衡蒸汽压曲线物料平衡含水量与空气相对湿度的关系曲线.结合水与非结合水平衡水蒸汽压开始小于饱和蒸汽压的含水量为结合水,超出部分为非结合水.。
固体流态化
第二节 固体流态化(Fluidization)
2、流化区域D点附近曲线略向上倾斜。这表明气 体通过床层时的压降除绝大部分用于平衡床层颗 粒的重力外，还有少部分能量消耗于颗粒之间的 碰撞及颗粒与容器壁面之间的摩擦。
3、A'C'和C'D分别表示流化床阶段和固定床阶段。 两线的交点C'为临界点，对应有、临界流化速度 umf，临界空隙率εmf，它比原始固定床的空隙率ε 稍大。
第二节 固体流态化(Fluidization)
4、C'D'线的上下各有一条虚线，表示气体流化床 的压强降波动范围，C'D为两条虚线的平均值。之所 以波动是由于气泡在向上运动的过程中不断长大， 到床面破裂。在气泡运动、长大、破裂的过程中产 生压强降的波动。
第二节 固体流态化(Fluidization) 四、流化床的操作范围 ⒈起始流化速度umf －流化床操作的下限：
（b）
第二节 固体流态化(Fluidization) ⒉流化床阶段：
（2）流化床
当流速继续增加，床层L亦不断升 高，此即为流化床。液固系统床层 平稳渐增，如图（c）； 气固系统则出现鼓泡和气体 沟流现象，搅动剧烈，固体 颗粒运动活跃，像沸腾的液 体，因此亦称沸腾床。如图 （ d）
第二节 固体流态化(Fluidization) ⒊颗粒输送阶段：
d2 P
u
（B）
起始流化时，（A）＝（B）（L=Lmf ，ε＝εmf），则：
u mf
2 ε3 d P ( s )g mf 180(1- mf )
第二节 固体流态化(Fluidization)
说明：
①该式适用于ReP <10的起始流化速度的计算；
R eP d P uρ μ u - - - 空床速度
流态化原理
? 两相密度差小的 系统趋向散式流 化，大部分液 固流化属于散式 流化
? 气-固流化系统 多属于聚式流化
自由沉降 ? 自由沉降：是指单个颗粒在流体中的沉降过程。
干扰沉降
? 干扰沉降：若颗粒数量较多，相互间距离较近，则颗 粒沉降时相互间会干扰。
流态化技术的应用
流态化技术在强化某些单元操作和反 应过程以及开发新工艺方面，起着重 要作用，广泛应用于化学、石油、冶 金、原子能等工业的焙烧、干燥、吸 附、气化、催化反应和催化裂化等许 多过程中。
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。 处理方法：应对物料预先进行干燥并适当 加大气速，另外分布板的合理设计也是十 分重要的。还应注意风帽的制造、加工和 安装，以免通过风帽的流体阻力相差过大 而造成布气不均。
颗粒输送阶段 ? u>ut
散式流化
? 流化床内固体颗 粒均匀分布在流 动流体中，并在 各个方向上作随 机运动，床层中 各部分密度几乎 相等，床层上界 面平稳而清晰， 这种现象被称为 散式流化。
聚式流化
特性
? 聚式流化也称鼓 泡流化，是床层 中出现组成不同 的两个相，即含 固体颗粒甚少的 不连续气泡相， 以及含固体颗粒 较多、分布较均 匀的连续乳化相， 乳化相内的液固 运动状况和空隙 率接近初始流化 状态
固定床阶段 流化床阶段
? u<ut ? 颗粒基本静止不动
? 当流体速度增大到一定程度后，颗粒松动、 调整，床层膨胀，处于起始或临界流化态。 如果流体的流升高到使全部颗粒刚好悬浮 于向上流动的流体中而能做随机运动，此 时流体与颗粒之间的摩擦阻力恰好与其净 重力相平衡。此后，床层高度L 将随流速 提高而升高，这种床层成为流化床。
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流化床中气泡运动
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冷态流 化特性曲 线，十分形 象地说明了 在起始流态 化过程中， 床层压降与 流化速度的 关系。它同 时也说明 了，流化床 中的不同流 化状态。
冷态流化特性曲线
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起始流态化的形成过程
起始流态化形成的基本条件： 1、底部具有能使气流均匀流入的布风 装置的容器（或炉膛）； 2、容器内或炉膛内有一定高度的粒径 及其粒径分布均匀的固体颗粒（或床 料）； 3、具有一定压力的空气；
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循环流化床锅炉的工作过程
[水、汽] 给水泵来水→锅炉房→省煤 器 13 （提高水温）→汽包 11 →下降管 →水冷壁／翼墙下联箱→水冷壁／翼 墙（吸热，变成汽水混合物）→回到 汽包 11 （进行汽水分离）→分离出的 蒸汽→对流烟道膜式壁过热器 12 →对 流过热器 10 （加热成过热蒸汽）→主 蒸汽管道→汽轮机。
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第一节：流态化现象及其基本特征 流态化的类型 1－气固流态化； 2－液固流态化； 3－气液固三相流态 化；
》课程讲义 -循环流化床燃烧技术 《洁净燃烧技术 洁净燃烧技术》 课程讲义第一节：流态化现象及其基本特征
气、 液、 固 三 相 流 态 化
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第一节：流态化现象及其基本特征 形成流态化现象的几个要素： 1－一定质量的固体颗粒； 2－流体均匀流过固体粒层； 3－固体颗粒的受力达到平衡；
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第一节：流态化现象及其基本特征 流态化的定义： 流体以一定速度 流过固体颗粒层， 流体对颗粒所产生 的曳力与颗粒所受 到的其它作用力相 平衡的状态，就叫 流态化。
沟流现象
如果进入流化床内 的气流，集中在某一个 很小的床截面内快速通 过床层，就形成沟流现 象。 沟流是一种不正常的流 化现象。 当布风板阻力太小时， 就会产生沟流现象。
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循环流化床
在循环流化床锅炉中，循环流化床状态 包括 湍流床、快速流化床和密相气力输送 ；
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终端沉降速度
终端沉降速度： 固体颗粒在静止空气中，自由下落时，所能达到的最大 速度。 终端沉降速度值的意义： 颗粒被气流带走的最小速度。 即：气流速度达到颗粒终端沉降速度，则颗粒将随气流 一起流动，并不会重新落入床内。
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2013-6-26
重庆大学动力工程学院
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第一节：流态化现象及其基本特征 第二节：广义流态化 第三节：几个重要的流态化参数 第四节：流态化技术在燃煤锅炉上 的应用
》课程讲义 -循环流化床燃烧技术 《洁净燃烧技术 洁净燃烧技术》 课程讲义第一节：流态化现象及其基本特征 流态化现象及其定义 在一个开口容器 中，放入一定质量的固 体颗粒，使流体（液体 或气体）从容器底部均 匀地流入容器中，当流 体速度达到一个临界值 后，容器中的固体颗粒 就会在容器中漂浮起 来，处于一种拟悬浮状 态，呈现出一种上下翻 腾的现象，这种现象就 叫流态化现象。
》课程讲义 -循环流化床燃烧技术 《洁净燃烧技术 洁净燃烧技术》 课程讲义气固流化床的特性 床内固体颗粒可以象液体一样，从底部或侧面的 孔口中排出。 密度高于床层表观密度的物体在床内会下沉，密 度小的物体会浮在床面上。例如，一个钢球会沉在床 底，而羽毛球会浮在床层表面。
》课程讲义 -循环流化床燃烧技术 《洁净燃烧技术 洁净燃烧技术》 课程讲义气固流化床的特性 当其它操作参数相同时，将两个不同床面高度的流化床 用一根连通管相连，床面较高的流化床中的固体颗粒会 自动流向床面较低的流化床中，直至两个流化床中的床 面高度相同。 床内颗粒混合良好，当加热床层时，整个床层的温 度基本上是均匀的。
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节（腾）涌流化床
当流化风速或床层 高度增加时，气泡尺寸 也随之增大。如果床截 面较小而又较深时，气 泡尺寸可能会增大到与 床直径或床宽度相差不 大的程度，此时气泡会 以节涌的形式（类似于 一个运动的活塞）通过 床层。
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（准）散式流化床
其特征是：当流化风速超过临界流化风速 后，床层会随流化风速增大而继续膨胀，床内基 本无气泡产生。一直到流化风速达到一个临界速 度Umb后，床内才产生气泡。 （准）散式流化床只存在于细颗粒组成的流 化床中。
循环流化床锅炉本体及系统的组成 二、锅炉辅助系统 1．给煤／给石系统 2．送风／排烟系统 3．给水系统 4．除渣／除灰系统 5．锅炉附件
循环流化床锅炉设备与技术 循环流化床锅炉的工作过程 [煤] 由煤场来煤经运输车间输煤皮带→ 碎煤机（一级或二级）→煤斗 1 →给煤 机6→炉膛2。 [风] 主要分为一次风、二次风和高压风 三种。 [一次风] 冷风→一次风机→空预器14→ 流化风室9和上一次风道20→炉膛2； [二次风] 冷风→二次风机→空预器14→ 二次风道19和播煤风道→炉膛2； [高压风] 冷风→高压风机→回料阀4
》课程讲义 -循环流化床燃烧技术 《洁净燃烧技术 洁净燃烧技术》 课程讲义第二节：广义流态化 气固流动状态可分为： 1－固定床（移动床）； 2－鼓泡流化床；包括： 鼓泡流化床； （准）散式流化床； 节（腾）涌流化床； 3－循环流化床； 4－密相气力输送； 5－稀相气力输送；
》课程讲义 -循环流化床燃烧技术 《洁净燃烧技术 洁净燃烧技术》 课程讲义固定床（移动床） 固体颗粒组成的床层静止于一个多孔的网格 上（比如，层燃锅炉的炉排），气体通过这个多 孔网格上行，床料基本不随气体运动（极个别细 粉除外），固体颗粒之间没有相对运动。这种床 层称之为固定床。 当气体流经固体颗粒时，它对颗粒产生曳力 （颗粒对气体产生磨擦阻力），因此气体流经床 层时会产生压力损失。 移动床也是与固定床的气固流动特性基本相 同的一种流化床。在移动床中，床层固体颗粒整 体相对于器壁产生移动，但床层颗粒之间没有相 对运动。
》课程讲义 -循环流化床燃烧技术 《洁净燃烧技术 洁净燃烧技术》 课程讲义固定床（移动床）的特征 固体物料基本不随气体运动（极个别细粉除 外），固体颗粒之间没有相对运动。 当气体流经固体颗粒时，会产生压力损失。 且压力损失随流体速度增大而增加。 在移动床中，床层固体颗粒整体相对于器壁 产生移动，但床层颗粒之间没有相对运动。 立管（料脚）中颗粒的流动状态，就属于移 动床状态。
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床层压降
床层压降： 在布风板之上测得的流化床的压降，称为床层压降。它与 流化速度和颗粒浓度有关。 在鼓泡流化床内，由于超过临界流化风量的气体以气泡 形式通过床层，使流过颗粒间隙的流速基本不变，从而床层 压降不随流化风量而变。 床层压降值的重要性：是判断锅炉是否应该排渣的依 据；也是表征炉内流化质量的依据。 床层压降的测量方法： 1－测风室压力；2－测炉膛压力；
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湍流床
当床内达到鼓泡流化状态后，随着流化 风速继续增大，气泡产生、合并和破裂都相 应增大，床内呈现较强烈的气固运动，气固 接触良好；床层表面有大量的气泡破裂，床 层的压力降快速地脉动，大量床料颗粒被抛 入床层上方的悬浮空间，床层仍有表面但已 相当弥散，这种床层称之为湍流流化床。 湍流床的运行风速会高于细颗粒的终端 沉降速度，而低于粗颗粒的终端沉降速度。
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冷态流化特性曲线
三个重要的特性 参数： 1－临界流化速度 2－床层压降 3－终端沉降速度
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临界流化速度
临界流化速度： 确保床内刚好达到起始流态化 时的流化速度。 临界流化速度的重要性： 决定了循环流化床锅炉运行风 速的下限值。 临界流化风速与气－固密度差、 固体颗粒密度、颗粒平均直径 有关。
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鼓泡流化床
其特征是超过临界流化风 速的空气以气泡形式流过床 层，床内存在明显的密相界面。 气泡从布风板处产生，在上升 过程中不断与其它气泡合并或 分裂，到达床面后气泡破裂并 飞溅，同时将少量床料颗粒抛 向床层上方的悬浮空间。类似 于沸腾着的开水。 这是工业应用中常见的一 种流化现象，也叫聚式流化床。
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经典流化床
如果通过固定床的气体流量增加，气体通过 固定床而产生的压降会持续增大，直至达到一个 临界值――最小流化风速Umf为止。在此状态下， 颗粒似乎是“无重量”的，此时固定床转化为初始流 态化状态。在该状态下，固体颗粒呈液体的特性。 若继续增大流化风速，则根据不同的固体颗 粒特性和流化床结构，床内有可能呈现以下三种 流化状态中的一种： 1－鼓泡流化床，2－（准）散式流化床， 3－节（腾）涌流化床
》课程讲义 -循环流化床燃烧技术 《洁净燃烧技术 洁净燃烧技术》 课程讲义气固流化床的特性 由固体颗粒和流过固体颗粒层的气体组成的气固流化 床，具有类似于静止状态的液体的基本性质。 床内任一高度的静压，近似等于在此高度上单位床截 面内固体颗粒的重量； 当流化床本体发生倾斜时，床表面总是保持水平，床 内气固混合物的总体形状也保持流化床容器的形状。