臨界流化床速度實驗報告

1、實驗報告 題目：測定3um石英砂臨界流化速度 組別：第3組 日期：2016年1月26日 流化床臨界速度的測量實驗報告一、實驗?zāi)康?）觀察流態(tài)化的實驗現(xiàn)象，學(xué)習(xí)通過顆粒床層流動特性的測量方法；2）了解測量臨界流化速度的方法和儀器的使用；3）測定臨界流化速度，并作出流化曲線圖；二、實驗原理流態(tài)化是一種使用固體顆粒通過與流體接觸而轉(zhuǎn)變成類似于流體狀態(tài)的操作。近年來，這種技術(shù)發(fā)展很快，許多工業(yè)部門在處理粉粒狀物料的輸送、混合、涂層、換熱、干燥、吸附、煅燒和氣-固反應(yīng)過程等過程中，都廣泛地應(yīng)用了流態(tài)化技術(shù)。固體流態(tài)化過程的基本概念如果流體自下而上地流過顆粒層，則根據(jù)流速的不同，會出現(xiàn)三種不同的階段，如下

2、圖所示： 固定床 流化床 氣力輸送 流化過程的幾個階段1） 固定床階段如果流體通過顆粒床層的表觀速度（即空床速度）U較低，使顆?？障吨辛黧w的真實速度U1 ,則小于顆粒的沉降速度Ut 則顆粒基本上保持靜止不動，顆粒稱為固定床。2） 流化床階段當(dāng)流體的表觀速度U加大到某一數(shù)值時，真實速度U1比顆粒的沉降速度Ut大了，此時床層內(nèi)較小的顆粒將松動或“浮起”，顆粒層高度也有明顯增大。但隨著床層的膨脹，床內(nèi)空隙率也增大，而U1=U/，所以，真實速度U1隨后又下降，直至降到沉降速度Ut為止。也就是說，在一定的表觀速度下，顆粒床層膨脹到一定程度后將不再膨脹，此時顆粒懸浮于流體中，床層有一個明顯的上界面，與沸騰

3、水的表面相似，這種床層稱為流化床。因為流化床的空隙率隨流體表觀速度增大而變化，因此，能夠維持流化床狀態(tài)的表觀速度可以有一個較寬的范圍。實際流化床操作的流體速度原則上要大于起始流化速度，又要小于帶出速度，而這兩個臨界速度一般均有實驗得出。3） 顆粒輸送階段如果繼續(xù)提高流體的表觀速度U，使真實速度U1大于顆粒的沉降速度Ut，則顆粒將被氣流帶走，此時床層上界面消失，這種狀態(tài)稱為氣力輸送。2、固體流態(tài)化的分類 流化床按其性狀的不同，可以分為兩類，即散式流態(tài)化和聚式流態(tài)化。 散式流態(tài)化一般發(fā)生在液固系統(tǒng)，此種床層從開始膨脹直到氣力輸送，床內(nèi)顆粒的擾動程度是平緩的加大的，床層的上界面較為清晰。聚式流態(tài)化一

4、般發(fā)生在氣固系統(tǒng)，這也是目前工業(yè)上應(yīng)用較多的流化床形式，從開始流態(tài)化開始，床層的波動逐漸加劇，但其膨脹程度卻不大。因為氣體與固體的密度差別較大，氣體要將固體顆粒推起來比較困難，所以只有小部分氣體在顆粒間通過，大部分氣體則匯成氣泡穿過床層，而氣泡穿過床層時造成床層波動，它們在上升過程中逐漸長大和相互合并，到達床層頂部則破裂而將該處的顆粒濺散，使得床層上界面起伏不定。床層內(nèi)的顆粒則很少分散開來各自運動，而多是聚結(jié)成團地運動，成團地被氣泡推起或擠開。聚式流態(tài)化聚式流態(tài)化床中有以下兩種不正常現(xiàn)象：騰涌現(xiàn)象 如果床層高度與直徑的比值過大，氣速過高時，就容易產(chǎn)生氣泡的相互聚合，而成為大氣泡，在氣泡直徑長大

5、到與床徑相等時，就將床層分為幾段，床內(nèi)物料以活塞推進的方式向上運動，在達到上部后氣泡破裂，部分顆粒又重新回落，這既是騰涌，又稱為節(jié)涌。騰涌嚴(yán)重地降低床層的穩(wěn)定性，使氣固之間的接觸狀況惡化，并使床層受到?jīng)_擊，發(fā)生振動，損壞內(nèi)部構(gòu)件，加劇顆粒的磨損與帶出。溝流現(xiàn)象 在大直徑床層中，由于顆粒堆積不勻或氣體初始分別不良，可在床內(nèi)局部地方形成溝流。此時，大量氣體經(jīng)過局部地區(qū)的通道上升，而床層的其余部分仍處于固定床階段而未被流化（死床）。顯然，當(dāng)發(fā)生溝流現(xiàn)象時，氣體不能與全部顆粒良好接觸，將使工藝過程嚴(yán)重惡化。3、流化床壓降與流速的關(guān)系流化速度定義： 流化數(shù)： n=U/Umf流化形成的條件和流態(tài)化的基本特

6、征： （1）流態(tài)化是一種由于流體向上流過固體顆粒堆積的床層，使得顆粒具有一般流體性質(zhì)的現(xiàn)象。（2） 當(dāng)流體速度較低時，床層處于固定床狀態(tài)，此時，流體與床層壓降的關(guān)系可用Ergun公式（Ergun，1949）表示。Ergun公式是流態(tài)化原理中十分重要的一個公式： P床層壓降 H床高 床層空隙率 流體動力粘度 u表觀流速 dv顆粒等體積當(dāng)量直徑 f流體密度當(dāng)流體流速達到臨界流化速度后，P與流速的關(guān)系不再遵從Ergun公式。 均勻粒度沙粒床層的壓降與氣速的關(guān)系：寬篩分粒度床層的壓降與氣速的關(guān)系：當(dāng)床料處于臨界流化狀態(tài)時： 上式與Ergun公式聯(lián)立，并考慮顆粒球形度s后可得： Wen C. Y.和Yu

7、 Y. H.試驗發(fā)現(xiàn)： 代入前式得到: 即： 式中，C133.7，C20.0408當(dāng)顆粒較細，Remf較小時，Ergun公式中的粘性力項占主導(dǎo)，慣性力項可忽略，即：時 當(dāng)顆粒較粗，Remf較大時，Ergun公式中的慣性力項占主導(dǎo)，粘性力項可忽略，即： 時 采用Grace公式（C1=27.2;C2=0.0408）計算得到的Remf與壓力條件下的測試結(jié)果比較吻合： Grace公式： 三、實驗方法實驗過程中，由于測壓是測的布風(fēng)板以下和裝置出口的壓力，所以測的壓力多了布風(fēng)板的壓力，得到的總壓為：P=P布風(fēng)板+P物料因此，實驗前先測定布風(fēng)板總壓P布風(fēng)板，再測定有物料時候的總壓P物料。這樣就計算出實際要測

8、定的總壓。四、實驗裝置和儀器 實驗裝置 主要儀器：冷態(tài)流化床實驗裝置，空氣壓縮機，U形壓差管，燒杯，電子秤。 五、實驗步驟1、首先用燒杯稱取500g石英砂，篩分直徑為0.03um，作為實驗備用；2、檢查實驗設(shè)備的連接是否完好的；3、開始測空床布風(fēng)板的壓差，啟動風(fēng)機，調(diào)整流量到0，穩(wěn)定之后再調(diào)到250，穩(wěn)定后記錄，然后按照壓差差值為250逐漸上調(diào)，依次記錄數(shù)據(jù)，直到調(diào)到2500，然后再以250的差值往下調(diào)，調(diào)到250，記錄數(shù)據(jù)。實驗重復(fù)測定三次。停止風(fēng)機運行。4、測定完布風(fēng)板壓力后，開始裝入物料。啟動風(fēng)機，調(diào)整流量到0，穩(wěn)定之后再調(diào)到250，穩(wěn)定后記錄，然后按照壓差差值為250逐漸上調(diào)，依次記錄

9、數(shù)據(jù)，并觀察流化態(tài)的生成過程，預(yù)測臨界點，在臨界點出作微調(diào)，然后再以250的差值調(diào)，直到調(diào)到2500，然后再以250的差值往下調(diào)，同樣在臨界點作微調(diào)，然后再以250的差值調(diào)到250，記錄數(shù)據(jù)。并記錄下實驗過程中出現(xiàn)流化態(tài)時的圖片，實驗重復(fù)測定三次。5，測定完物料壓力后，停止運行，取出物料，整理數(shù)據(jù)。六、實驗數(shù)據(jù)1、 空床壓差空床流量1組上行1組下行2組上行2組下行3組上行3組下行上行均值下行均值2503040406050604053.3350040705070707053.337075080110801208012080116.671000120180160180140180140180125

10、02002602202602102302102501500310340290340280330293.33336.671750400420400420390410396.67416.6720005005204505304905104805202250610630600610600610603.33616.672500740740700700710710716.67716.672、 物料壓差加物料流量1組上行1組下行2組上行2組下行3組上行3組下行上行均值下行均值250930650600640620630716.6764050018501180124010201200115014301116.6

11、775018801730182014301610159017701583.3310002020195019401920194019501966.67194012502140203020302010202020202063.3202015002150215021402080211021402133.32123.3317502300222022202220224022502253.32230200023502350234523402340236023452350225024502450247024302460245024602443.33250025502550252025202550256025

12、402543.333、 物料高度差2500.125m5000.125m7500.125m8000.125m9000.125m9500.125m10000.135m12500.147m15000.15m17500.17m20000.18m22500.20m25000.21m七、實驗數(shù)據(jù)整理1，原始數(shù)據(jù)：流量計單位m3/h，最大量程2.5m3/h，溫度20°（室溫），流化床直徑60*5mm（60是外徑，內(nèi)徑50），U形管里面介質(zhì)是水，石英砂質(zhì)量為500g,篩分直徑為300um。2,由于實驗的上行數(shù)據(jù)存在遲滯效應(yīng)，所以所以結(jié)果采用下行數(shù)據(jù)，其中實際需要測量的壓差為：P=P布風(fēng)板+P物料，所

13、以臨界流化壓差為P物料=P-P布風(fēng)板，實驗數(shù)據(jù)整理如下： 流量P下行均值P布風(fēng)板下行均值P物料實際壓力值25064053.33586.675001116.67701046.677501583.33116.671466.6710001940180176012502020250177015002123.33336.671786.6717502230416.671813.3320002350520183022502443.33616.671826.6725002543.33716.671826.673數(shù)據(jù)處理得到的折線圖：4實驗圖片 八、數(shù)據(jù)分析與結(jié)果根據(jù) 由所以所得數(shù)據(jù)，可知在流量為950m3/h的時候，為臨界流化狀態(tài)開始的臨界點，這個時候的壓差均值在1830pa。由公式 umf=Q/F=950/0.05*3.142*3600=0.54 m2/s再由Grace公式計算： 其中Ar為阿基米德數(shù)：Ar=Lgl(-l)/2 得到 umf=0