03.7固体流态化及气力输送

缺点：压力损失大、用水量大。
（3）塔式除尘 在某些逆流塔式传质设备中，尘粒与水滴相互凝聚，使
尘粒成团状，靠重力作用而沉降下来，随液流由塔底排出。
常用的塔式除尘设备有： 湍球塔、泡沫洗涤塔、 旋流塔板。
1－栅板 2－喷嘴 3－除雾器 4－人孔 5－供水管 6－视境
3.7 固体流态化及气力输送 3.7.1 床层的流态化过程
三个阶段：固定床、流化床、颗粒输送。
（a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Lm mfL
L L
气体或液体 气体或液体 （低速）
液体
气体
气体或液体 （高速）
图3-30 不同流速下床层状态的变化：（a）固定床（b）流化开始 （c）散式流化床（d）聚式流化床（e）水力或气力输送
稀 相
区
得：Rc

L Lmf
1 mf 1
浓 相 区
② 稀相区高度（分离高度 ）：浓相区上界面到稀相区颗粒浓度 恒定处的距离。
◆ 分离高度取决于颗粒的粒度分布、颗粒的密度和气体的密度、 粘度及结构尺寸和气速。
◆ 目前，尚无可靠的计算公式。
◆ 气速愈大，分离高度愈大。
(2) 流化床的直径 确定好流化床的操作气速后，即可根据气体的处理量确定流化 床所需的直径D 。
优点：有效地扑集0.1μm甚至更小的烟尘或雾滴， 分离效率可高达99.99%； 阻力小、气体处理量大。
缺点：设备费和运转费均较高、安装管理要求严格。
3.8.4 湿式除尘器
使含尘气体与水或其他液体相接触，利用水滴和尘粒的惯性 碰撞及扩散、粘附等作用把尘粒从气流中分离出来的设备。
（1）水膜除尘器
1－外壳；2－螺旋倒流片；3－内芯；4－灰浆斗
优点：能除去1μm以下的微尘、除尘效率高 缺点：投资费用高、清灰麻烦、用于处理湿度高的气体时，
应注意气温须高于露点。 适用：在旋风分离器后作为末级除尘设备。
3.8.3 静电除尘器
利用直流高压电源使尘粒沉降的设备，基本部分为两个 高压电极。 原理：在放电电极周围产生电离圈，气体通过电离区时发生
电离，电离产生的正负离子在向两极运动过程中撞击 粉尘粒子，使尘粒带上电荷被两极吸引而从气体中分 离出去。
b
c,d
水力或气力输送
△p,mmH2O
a
e
夹带开始
a'
斜率=1 umf
ut
1 23 5
10 20 30 40 50 100
空气流速 u cm/s
流化床阻力损失与流速的关系（空气、沙粒系统）
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
（1）腾涌
① 现象：气泡长大将床层分成相互分开的气泡和颗粒层 颗粒层象活塞一样被气泡向上推动， 到达床层上界面，气泡崩裂，颗粒分散下落。
② 原因：气-固流化床中床层高度与直径的比值过大或气速 过高。 ③ 后果：床层阻力大幅度波动，器壁被颗粒磨损加剧，
设备振动，甚至将床中构件冲坏
（2）沟流现象
① 现象：气体通过床层时形成短路，床层内密度分布不 均匀，气、固接触不良，部分床层变成死床。
利用惯性、过滤、静电等作用，从气体或蒸气中除去所 含固体颗粒或液滴而使之净化 ，或者用液体对气体进行洗涤， 即所谓的湿法净制。
3.8.1 惯性分离器
原理：利用气体与颗粒密度不同的性质，在气体的流动路径上 设置挡板以使气体在流动时发生突然的转向，由于颗粒的惯性 大，不易改变流动方向，因而可从气体中分离出来。 适用：从气体中分离出固体颗粒或液滴。 优点：结构简单、阻力小; 缺点：分离效率不高，用作预除尘。
u umf时，床层高度，空隙率
同时孔道中流速不变：u

u


ut
空床流速一定时，有一个稳定的床层上界面 。
(3) 颗粒（气力或液力）输送 当u =ut时，颗粒被带走。 带出速度流化床类似液体的特性
流化床类似液体的性质
（1） 密度比床层密度小的物体能浮在床层的上面; （2） 床层倾斜，床层表面仍能保持水平； （3） 床层中任意两截面间的压差可用静力学关系式
表示（△p=ρgL,）； （4） 有流动性，颗粒能像液体一样从器壁小孔流出； （5） 联通两个高度不同的床层时，床层能自动调整平衡。
3.7.3 流体通过流化床的阻力
固定床阶段，阻力服从欧根方程，如图中a段； 流化床阶段，床层压降基本恒定，如图中cd 段； 气流输送阶段，压降减小，如图中e段
固定床
流化床
较小颗粒： ut / umf 91.7
较大颗粒： ut / umf 8.62
流化数

实际操作速度 临界流化速度
3.7.6 流化床的高度与直径
(1) 流化床的高度 高度=浓相区高度+稀相区高度
① 浓相区（床层）高度：床层上界面以下的床层高度。
物料衡算： ALmf (1 mf )s AL(1 )s
大颗粒：umf
2

dp
s g
24.5
说明：公式误差较大，一般应以实验数据为准。
(2) 带出速度 ut 颗粒被流体带走时，
表观流速 颗粒沉降速度， 1
注意：计算不均匀颗粒床层的带出速度 用最小颗粒直径，保证操作可靠性。
(3) 流化床操作范围 操作范围： umf u ut
② 原因：与颗粒的特性、堆积情况、床层直径及气体分 布板有关。
③ 发生沟流现象时，床层阻力较正常值低
3.7.5 流化床的操作
(1) 临界流化速度 临界流化状态：可按固定床计算（欧根方程）
一般的， 1 14,

3 mf
1 mf

2
3 mf
11
小颗粒：umf

d
2 p
s


g
1650
D 4V
u
V - 气体的处理量，m3/s ； u - 流化床的实际操作气速，m/s。
3.7.7 气力输送的一般概念
气力输送：利用气体进行颗粒输送的过程。常用介质：空气。 优点： ① 系统密闭，可避免物料飞扬，减少物料损失，改善劳动条件； ② 输送管线受地形与设备设置的限制小； ③ 输送的同时易于进行物料的干燥、加热、冷却等操作； ④ 设备紧凑，易于实现过程的连续化与自动化。 缺点： ① 动力消耗大、颗粒尺寸受一定限制； ② 在输送过程中颗粒易破碎； ③ 管壁受到磨损； ④ 不适用于含水量大、有粘附性或高速运动时易产生静电的物料。
挡板
尘灰
惯性分离器组 说明：颗粒的直径及密度越大、气速越大、气体转折的曲率
半径越小，则除尘效果越好。
3.8.2 袋滤器
使含尘气体穿过袋 状滤布，以除去其中 的尘粒的设备。
1－排气口；2－上 部箱体；3－喷射管； 4－文氏管；5－控 制器；6－气包；7 －控制阀；8－脉冲 阀；9－进气口；10 －滤袋；11－框架； 12－中部箱体；13 －灰斗；14－排灰 阀
3.7.8 气力输送的类型
气力输送类型：稀相输送、密相输送。 固气比R：单位质量气体单位时间内所输送的固体质量。 （1）稀相输送
固气比 R <25以下（通常为0.1~5)的气力输送， 输送距离不长,一般为100m以下。
(2) 密相输送 固气比 R >25的气力输送； 用高压气体压送物料。
3.8 气体的其他净化方法
p f L
(1 )( s )g
气 固流化床： s
p f L
(1 )s g
p f LA(1 )s g / A mg / A
即：流化床层阻力=单位面积床层中颗粒的总重力， 因此流化床阶段，床层压降基本恒定。
3.7.4 流化床的不正常现象
优点：除尘效率高、阻力小、结构简单； 缺点：设备体积大、占地多、金属消耗量大。
（2）文氏管除尘器 由文氏管和除沫器组成。
1－进气管；2－喷水装置；3－收缩 管；4－喉管；5－扩散管；6－连接 风管；7－除沫器
优点：能除去1μm以下的微尘、除尘效率高、结构简单、 维修管理方便、可用于除雾、降湿、吸收及蒸发等操作。
(1) 固定床阶段
颗粒静止（流体空床流速小，颗粒受曳力 小）； 床层高度 、空隙率，均保持不变；
阻力服从欧根方程( u , p f ）。
(2) 流化床( 沸腾床 ) 阶段 空床流速↑，颗粒受曳力↑，把颗粒托起；
临界流化状态(起始流化状态）：
最小流化速度
umf
u
u

ut
床层增高为 Lmf，空隙率为 mf