固体流态化实验指导书

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1、固体流态化实验装置实验指导书固体流态化实验・实验目的1.观察聚式和散式流态化的实验现彖。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他而转变成类似于流体状态的操作。近年來，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、燉烧和气一固反应等过程中，都广泛地应用了流态化技术。1.固体流态化过程的基木概念如果流体口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，mi2-i所示。(a)固定床(b)

2、流化床(c)气力输送图12—1流态化过程的儿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，使颗粒空隙屮流体的真实速度5小于颗粒的沉降速度5,则颗粒基本上保持静止不动，颗粒称为固定床。如图12-1(a)o流化床阶段当流体的表观速度U加大到某一数值时，真实速度比颗粒的沉降速度山大了,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人。但随着床层的膨胀，床内空隙率£也增大，而U1=U/J所以，真实速度山随后乂下降，直至降到沉降速度u(为止。也就是说,在一定的表观速度下，颗粒床层膨胀到一•定程度后

3、将不再膨胀，此时颗粒悬浮于流体中，床层有一个明显的上界面，与沸腾水的表面相似，这种床层称为流化床。如图12-1(b)o因为流化床的空袭率随流体表观速度增人而变人，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人于起始流化速度，乂要小于带出速度，而这两个临界速度一般均由实验测岀。颗粒输送阶段如果继续提高流体的表观速度u,使真实速度山大于颗粒的沉降速度g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)o1.固体流态化的分类流态化按其性状的不同，对以分成

4、两类，即散式流态化和聚式流态化。散式流态化一般发牛在液一固系统。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一固系统，这也是冃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，但其膨胀程度却不人。因为气体与固体的密度差别很人，气流要将固体颗粒推起來比较闲难，所以只有小部分气体在颗粒间通过，人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

5、不定。床层内的颗粒则很少分散开来各口运动，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屮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，就容易产牛•气泡的和互聚合，而成为大气泡，在气泡直径长大到少床径相等时，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，部分颗粒乂重新回落，这即是腾涌，乂称节涌。腾涌严重地降低床层的稳定性，使气一固Z间的接触状况恶化，并使床层受到冲击，发生震动，损坏内部构件,加剧颗粒的磨损与带岀。沟流现象在人直径床层屮，r

6、ti于颗粒堆积不匀或气体初始分布不良，可在床内局部地方形成沟流。此时，大量气体经过局部地区的通道上升，而床层的其余部分仍处于固定床阶段而未被流化（死床）。显然，当发生沟流现彖吋，气体不能与全部颗粒良好接触，将使工艺过程严重恶化。1.流化床压降与流速关系床层一旦流化，全部颗粒处于悬浮状态。现取床层为控制体，并忽略流体与容器壁面间的摩擦力,对控制体作力的衡算，则(12-1)(12-2)pA=mxg^mlg式屮，△〃一床层的压力差，N/m2；A—空床截面积，n?；化.一床层颗粒的总质量，kg；“一床层内流体的质量，kgo而—

7、(AL)pPp式中，厶一床层高度，m；卩一流体密度，kg/m3；Q〃一固体颗粒的密度，kg/m将式（12—2）代入（12—1）,并引用广义压力概念，整理得(12-3)由于流化床屮颗粒总量保持不变，故广义压差△「恒定不变，与流体速度无关，在图12-3中可用一水平线表示，如BC段所示。注意，图中BC段略向上倾斜是由于流体与器壁及分布板间的摩擦阻力随流速增大而造成的。又由流体的机械能衡算方程nJ知，Ar数值上等于流体通过床层的阻力损失。图12-3流化床压力降与气速关系图中AB段为固定床阶段，由于流体在此阶段流速较低，通常处于

8、层流状态，广义压差与表观速度的一次方成正比，因此该段为斜率等于1的直线。图屮A，B段表示从流化床回复到固定床时的广义压差变化关系，由于颗粒由上升流体中落下所形成的床层较人工装填的疏松一些，因而广义压差也小一些，故A，B线段处在AB线段的下方。图中CD段向下倾斜，表示此时由于某些颗粒开始为上升流体所带走，床内颗粒量减少