固體流態(tài)化技術(shù)

1、2022-7-41壓力流體壓力流體固體流態(tài)化：將大量固體顆粒懸浮于運動的流體之中，從而使顆固體流態(tài)化：將大量固體顆粒懸浮于運動的流體之中，從而使顆粒具有類似于流體的某些表觀特性，這種流固接觸狀態(tài)稱為固體粒具有類似于流體的某些表觀特性，這種流固接觸狀態(tài)稱為固體流態(tài)化。流態(tài)化。固體流態(tài)化技術(shù)固體流態(tài)化技術(shù)2022-7-42 將大量固體顆粒懸浮于運動的流體之中，從而使顆粒具有將大量固體顆粒懸浮于運動的流體之中，從而使顆粒具有類似于流體的某些表觀特性，這種流固接觸的狀態(tài)稱為固體流類似于流體的某些表觀特性，這種流固接觸的狀態(tài)稱為固體流態(tài)化。這種床層稱為流化床。態(tài)化。這種床層稱為流化床。 反應(yīng)器、焙燒爐、

2、干燥器等反應(yīng)器、焙燒爐、干燥器等重力場中，顆粒處于流體介質(zhì)中，顆粒與介質(zhì)之間的相對速重力場中，顆粒處于流體介質(zhì)中，顆粒與介質(zhì)之間的相對速度度ut （設(shè)是層流狀態(tài)，并規(guī)定重力的方向為正。）（設(shè)是層流狀態(tài)，并規(guī)定重力的方向為正。） 18p2ptgdu 與流體介質(zhì)運動與否沒有關(guān)系。與流體介質(zhì)運動與否沒有關(guān)系。如果流體介質(zhì)靜止，則顆粒垂直向下的運動速度就是如果流體介質(zhì)靜止，則顆粒垂直向下的運動速度就是 ut 。1、流化床的基本概念、流化床的基本概念為什么顆粒能夠懸浮于流體中呢？這要從顆粒的沉降速度、為什么顆粒能夠懸浮于流體中呢？這要從顆粒的沉降速度、流體的運動速度分析起。流體的運動速度分析起。2022

3、-7-43 如果顆粒鄰近的流體介質(zhì)以方向向上的流速如果顆粒鄰近的流體介質(zhì)以方向向上的流速 u1 運動起來，運動起來，則顆粒的絕對速度（表觀速度）（以固定點為參照點）則顆粒的絕對速度（表觀速度）（以固定點為參照點）up (規(guī)定規(guī)定向上的方向為正）為向上的方向為正）為t1puuu u1ut顆?？障吨辛黧w的實際流速顆粒空隙中流體的實際流速u1 。顆粒的絕對。顆粒的絕對運動速度運動速度 up ，床層表觀流速，床層表觀流速u ，即空床流速。，即空床流速。其關(guān)系：其關(guān)系：考察單位床層截面上流體的體積流量考察單位床層截面上流體的體積流量：11uuqv uu 124DquV 流體流體空隙率即等于橫截面上空隙面

4、積的分率?？障堵始吹扔跈M截面上空隙面積的分率。2022-7-44（1）固定床階段）固定床階段t1puuu 如果流體介質(zhì)靜止或者如果流體介質(zhì)靜止或者上升上升流速流速u1 ，u1umf時，則出現(xiàn)時，則出現(xiàn)u1ut ,即即up0 ，則，則顆粒向顆粒向上運動。同時引起床層空隙率的改變上運動。同時引起床層空隙率的改變（增加）。（增加）。床內(nèi)的顆粒將床內(nèi)的顆粒將“浮起浮起” ，顆粒層將，顆粒層將“膨脹膨脹”，床內(nèi)空隙率，床內(nèi)空隙率增大。增大。起始流化速度：起始流化速度：umf=umax 此時此時 u1=ut（2）流化床）流化床bedfixedtmf uuut1uu uu 1如為均勻顆粒，其如為均勻顆粒，其

5、ut 已知已知2022-7-47 uu 1t1uu又又可可能能出出現(xiàn)現(xiàn)0uuut1p 出現(xiàn)暫時的顆?；芈洮F(xiàn)象，又出現(xiàn)床層空隙率減小。出現(xiàn)暫時的顆?；芈洮F(xiàn)象，又出現(xiàn)床層空隙率減小。t1uu 顆粒再次上升，床層又膨脹，空隙率再次增顆粒再次上升，床層又膨脹，空隙率再次增大。當(dāng)床層膨脹到一定程度大。當(dāng)床層膨脹到一定程度，空隙率穩(wěn)定在，空隙率穩(wěn)定在某一數(shù)值上，空隙中流體的流速某一數(shù)值上，空隙中流體的流速u1 穩(wěn)定于顆穩(wěn)定于顆粒的粒的ut 時，顆粒懸浮于流體中，便形成了流時，顆粒懸浮于流體中，便形成了流化床化床 。（2）流化床）流化床 uu 1隨著流體流量的增加隨著流體流量的增加 和和 空隙率的減小，又出

6、現(xiàn)空隙率的減小，又出現(xiàn)因此，在流化床的范圍內(nèi)，每一個表觀氣速因此，在流化床的范圍內(nèi)，每一個表觀氣速u對應(yīng)一個空隙率，對應(yīng)一個空隙率，表觀氣速越大，空隙率也越大。只要顆粒懸浮狀態(tài)，表明流體表觀氣速越大，空隙率也越大。只要顆粒懸浮狀態(tài)，表明流體通過空隙時的實際速度通過空隙時的實際速度u1不變，始終為顆粒的不變，始終為顆粒的ut 。 u注意：注意：2022-7-48（2）流化床）流化床需要特別指出的是，流化床原則上應(yīng)有一個明需要特別指出的是，流化床原則上應(yīng)有一個明顯的上界面。在此界面之下的顆粒，顯的上界面。在此界面之下的顆粒，u1=ut 。假設(shè)某個懸浮的顆粒由于某種原因離開了床層假設(shè)某個懸浮的顆粒由

7、于某種原因離開了床層而進(jìn)入界面以上的空間，在該空間中（而進(jìn)入界面以上的空間，在該空間中（=1.0）該顆粒的表觀速度該顆粒的表觀速度u即為其真實速度即為其真實速度u1 u=u1ut 故顆粒必然回落到界面上。故顆粒必然回落到界面上。流體流體由此可見，由此可見，流化床存在的基礎(chǔ)流化床存在的基礎(chǔ)是大量顆粒的群是大量顆粒的群居。群居的大量顆粒可以通過床層的膨脹以調(diào)居。群居的大量顆?？梢酝ㄟ^床層的膨脹以調(diào)整空隙率，從而能夠在一個相當(dāng)寬的表觀速度整空隙率，從而能夠在一個相當(dāng)寬的表觀速度范圍內(nèi)懸浮于流體之中。這就是流化床之可能范圍內(nèi)懸浮于流體之中。這就是流化床之可能存在的物理基礎(chǔ)。存在的物理基礎(chǔ)。2022-7

8、-49很顯然，如果將流體的流量（流速）逐漸減小，則將由流化床很顯然，如果將流體的流量（流速）逐漸減小，則將由流化床轉(zhuǎn)化為固定床。轉(zhuǎn)化為固定床。如果流體（氣體）流量繼續(xù)增加，始如果流體（氣體）流量繼續(xù)增加，始終出現(xiàn)終出現(xiàn)u1ut的關(guān)系，始終的關(guān)系，始終up0 ，則顆粒被帶出床外，此時，稱為顆粒則顆粒被帶出床外，此時，稱為顆粒輸送階段。此時的流體表觀速度輸送階段。此時的流體表觀速度u稱稱為帶出速度。在帶出狀態(tài)下床截面上為帶出速度。在帶出狀態(tài)下床截面上的空隙率即認(rèn)為是的空隙率即認(rèn)為是1.0 ，此時，此時u=u1 。顯然，帶出速度顯然，帶出速度u數(shù)值上等于數(shù)值上等于ut 。據(jù)。據(jù)此原理，可以實現(xiàn)固體顆

9、粒的氣力輸此原理，可以實現(xiàn)固體顆粒的氣力輸送或液力輸送。送或液力輸送。流化床的操作范圍：流化床的操作范圍： umfut （3）顆粒輸送階段）顆粒輸送階段流體流體2022-7-4105.4.2 實際的流化現(xiàn)象實際的流化現(xiàn)象散式流化散式流化 聚式流化（鼓泡流化）聚式流化（鼓泡流化） 兩類兩類散式流化散式流化 ： 一般發(fā)生于液一般發(fā)生于液固系統(tǒng)固系統(tǒng)床內(nèi)固體顆粒充分混合，流化床的上界面清晰，接近于理想流床內(nèi)固體顆粒充分混合，流化床的上界面清晰，接近于理想流化床?；?。聚式流化聚式流化 ：一般發(fā)生于氣：一般發(fā)生于氣固系統(tǒng)固系統(tǒng)當(dāng)表觀氣速超過起始流化速度當(dāng)表觀氣速超過起始流化速度umf而開始流化后，床內(nèi)

10、出現(xiàn)一些而開始流化后，床內(nèi)出現(xiàn)一些空穴，氣體將優(yōu)先取道穿過各個空穴至床層頂部逸出。由于空穴，氣體將優(yōu)先取道穿過各個空穴至床層頂部逸出。由于“氣泡氣泡”在界面處破裂，床層上界面頻繁地起伏波動，界面以在界面處破裂，床層上界面頻繁地起伏波動，界面以上的空間也會存在一定量的固體顆粒。流化床界面以上的區(qū)域上的空間也會存在一定量的固體顆粒。流化床界面以上的區(qū)域稱為稀相區(qū)，流化床界面以下的區(qū)域稱為濃相區(qū)。稱為稀相區(qū)，流化床界面以下的區(qū)域稱為濃相區(qū)。2022-7-411AgmAmgPPp121 流體流體L1P2P 5.4.3 流化床的主要特性流化床的主要特性-恒定的總壓降恒定的總壓降流化床的橫截面積流化床的橫

11、截面積A ,床層高度床層高度L ，床，床內(nèi)所有顆粒的質(zhì)量內(nèi)所有顆粒的質(zhì)量m ，顆粒的密度，顆粒的密度p流體的密度流體的密度，截面，截面1的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)P1 ，截面，截面2的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)P2 。 方向向上的力之和方向向上的力之和=方向向下的力之和方向向下的力之和如果忽略如果忽略浮力浮力AmgPP 21特別注意：總床層高度上的壓降近似等于單位特別注意：總床層高度上的壓降近似等于單位截面床內(nèi)固體顆粒的重量，與流體速度無關(guān)，截面床內(nèi)固體顆粒的重量，與流體速度無關(guān)，是定值。但是，單位床層高度上的壓降隨著流是定值。但是，單位床層高度上的壓降隨著流體速度增加而減小。體速度增加而減小。mgAPgmAPp 21 總

12、床層總床層高度上高度上的壓降的壓降2022-7-412例例54床層固存量的近似估計床層固存量的近似估計注意：在流化床的范圍內(nèi)，隨著氣體速度的增加，床層高度注意：在流化床的范圍內(nèi)，隨著氣體速度的增加，床層高度L逐逐漸增加，盡管總床的壓降基本不變。但是，單位床層高度上的漸增加，盡管總床的壓降基本不變。但是，單位床層高度上的壓降是變化（減?。┑?。壓降是變化（減?。┑摹Ｔ谀骋桓魈幘鶆驙顟B(tài)的流化床中，在某一各處均勻狀態(tài)的流化床中，LL1Lf,Lf,11mmLLpp AgmpL Lf,2022-7-413 gLAgLAAgVAgVAgmAmgPpppbedpspf)(1)(1)(1)(1 根據(jù)第根據(jù)第4章

13、中的歐根方程，對于小顆粒章中的歐根方程，對于小顆粒(Rep20）又可以利用固）又可以利用固定床壓降的計算式（定床壓降的計算式（5-40）（1）流化床的壓降）流化床的壓降 395 （2）固定床的壓降）固定床的壓降此時，床層壓降既符合固定床計算式，又符合流化床計算式。此時，床層壓降既符合固定床計算式，又符合流化床計算式。 設(shè)流化床的床層高度為設(shè)流化床的床層高度為L，床層空隙率為，床層空隙率為，則此時，床層，則此時，床層壓降既符合固定床計算式，又符合流化床計算式。壓降既符合固定床計算式，又符合流化床計算式。5.4.4流化床的操作范圍流化床的操作范圍1、起始流化速度、起始流化速度umf udLp2ev

14、232f1150 405 2022-7-414Xi-各種粒度的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。各種粒度的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 p p gdu p2evmf3mf2mf-11502022-7-415 p1650g)(dup2emf 425 161P2022-7-416起始流化速度起始流化速度umf (5-42)式，最小帶出速度式，最小帶出速度ut ， 此速度范圍稱此速度范圍稱為為流化速度范圍流化速度范圍。流化床的實際操作速度與起始流化速度。流化床的實際操作速度與起始流化速度umf之比稱為之比稱為流化數(shù)流化數(shù)。P162 例例56流化床的操作范圍流化床的操作范圍tmf uu壓力流體壓力流體2022-7-417流化質(zhì)量流化質(zhì)量 是指

15、流化床內(nèi)流體分布及流是指流化床內(nèi)流體分布及流-固兩相接觸的均勻程度。固兩相接觸的均勻程度。提高流化質(zhì)量的措施：提高流化質(zhì)量的措施：1、增加分步板的阻力、增加分步板的阻力(達(dá)到流體分布均勻達(dá)到流體分布均勻)，2、采用內(nèi)部構(gòu)件、采用內(nèi)部構(gòu)件(設(shè)置水平擋板和垂直構(gòu)件設(shè)置水平擋板和垂直構(gòu)件,限制大尺度的空穴限制大尺度的空穴)，3、采用寬粒徑分步的顆粒、采用寬粒徑分步的顆粒(小顆粒帶出小顆粒帶出,經(jīng)過旋風(fēng)分離器收集后，經(jīng)過旋風(fēng)分離器收集后，再通入流化床中）。再通入流化床中）。4、采用細(xì)顆粒、較高氣速的操作條件。、采用細(xì)顆粒、較高氣速的操作條件。5.4.5 流化質(zhì)量流化質(zhì)量2022-7-4185.5 氣力

16、輸送氣力輸送 （簡介）（簡介）利用氣體在管內(nèi)的流動來輸送粉狀固體的方法稱為氣力輸送。利用氣體在管內(nèi)的流動來輸送粉狀固體的方法稱為氣力輸送?？諝馐亲畛Ｓ玫妮斔徒橘|(zhì)，但若是輸送易燃、易爆粉料時，則空氣是最常用的輸送介質(zhì)，但若是輸送易燃、易爆粉料時，則用惰性氣體。用惰性氣體。氣力輸送的主要優(yōu)點：氣力輸送的主要優(yōu)點：1、系統(tǒng)密閉，可避免物料飛揚，減少物料損失，同時改善了勞、系統(tǒng)密閉，可避免物料飛揚，減少物料損失，同時改善了勞動條件。動條件。2、輸送管線不受地形限制，在無法鋪設(shè)道路或安裝輸送機(jī)械的、輸送管線不受地形限制，在無法鋪設(shè)道路或安裝輸送機(jī)械的地方尤為適宜。地方尤為適宜。3、設(shè)備緊湊，易于實現(xiàn)連續(xù)化、自動化操作，便于同連續(xù)的化、設(shè)備緊湊，易于實現(xiàn)連續(xù)化、自動化操作，便于同連續(xù)的化工過程相銜接。工過程相銜接。4、在氣