05 固体流态化

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流化床的操作范围

要使固体颗粒床层在流化状态下操作，必须使气速高于临
界流速ｕmf

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而最大气速又不得超过颗粒的沉降速度，以免颗粒被气流 带走

颗粒带出速度即颗粒的沉降速度，即:
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影响流化质量的因素

流化质量是指流化床均匀的程度，即气固接触的均匀程度 一般来说，流化床内形成的气泡愈小，气固接触的情况愈 好
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流化床阶段

流速继续↑超过Ｃ点，颗粒悬浮在流体中自由运动，床层高度↑，床层 压强降＝等于单位面积床层净重力，Δｐ与ｕ的关系如图中的CE段示

如果流化床气速↓ ，则床层高度、空隙率↓ ，Δｐ与ｕ关系仍沿ＥＣ线 返回，当到Ｃ点，固体颗粒互相接触、静止固定床

与Ｃ点相应的流速成为临界流化速度ｕmf——最小流化速度
每一个空塔速度对应一个相应的床层空隙率原则上流化床有一个明显的上界面实现固体颗粒的气力或液力输送稀相输送床层a固定床b流化床c气力输送流态化过程的几个阶段随着气速气体通过床层的摩擦阻力如图ab段示当气速至某一定值床层压强降恰单位面积床层净重力气体在垂直方向上给予床层的作用力刚好能够把全部床层颗粒托起床层变松并略有膨胀但固体颗粒仍保持接触而没有变化如图中的bc段所示流速继续超过c点颗粒悬浮在流体中自由运动床层高度床层压强降等于单位面积床层净重力p与u的关系如图中的ce段示如果流化床气速则床层高度空隙率p与u关系仍沿ec线返回当到c点固体颗粒互相接触静止固定床与c点相应的流速成为临界流化速度umf最小流化速度流化床阶段流化床阶段为表观速度增大至一定程度mf为起始流化速度时此时此时床内全部颗粒将浮起颗粒层将更膨胀床层高度增大至l床层内颗粒可以在流体中作随机运动并同时发生固体颗粒沿不同的回路作上下运动固体颗粒的这种运动就好像液体沸腾故流化床也称沸气流输送阶段u继续增大且则颗粒将获得向上升的速度其大小为uu当流速至某一数值后床层上界面消失床层空隙率增大颗粒悬浮在气流中并被气流带走气流中颗粒浓度降低由密相转为稀相形成了两相气固同向流动的状态气流输送阶段气流输送阶段起点的空塔速度带出速度或最大流化速度是流化床操作所允许的理论上的最大气速要使固体颗粒床层在流化状态下操作必须使气速高于临界流速umf而最大气速又不得超过颗粒的沉降速度以免颗粒被气流带走

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气体与固体颗粒之间的传热、传质速率高
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流态化过程的几个阶段

固定床阶段：

流体速度较低时，流体只是穿过静止颗粒之间的空隙而流动
起始（临界）流化床；散式流化床；聚式流化床 每一个空塔速度对应一个相应的床层空隙率，原则上流化床有一个明显的 上界面 流体在床层中的实际流速超过颗粒的沉降速度，流化床上界面消失 实现固体颗粒的气力或液力输送，稀相输送床层

流化床阶段：


颗粒输送阶段：

(a)固定床
(b)流化床
(c)气力输送
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流态化过程的几个阶段
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固定床阶段

当空床速度（表观速度）u较低，此时
u1 u2 (u1 u / )
气体速度较低，床层静止不动，气体从颗粒空隙中流过 随着气速↑ ，气体通过床层的摩擦阻力↑ ，如图AB段示 当气速↑至某一定值，床层压强降恰＝单位面积床层净重力，气体在垂 直方向上给予床层的作用力刚好能够把全部床层颗粒托起，床层变松 并略有膨胀，但固体颗粒仍保持接触而没有变化，如图中的BC段所示
细沙
水淀 粉
固体流态化
化学工程系
固体流态化

固体流态化：

将大量固体颗粒悬浮于流动的流体中，在流体作用下使颗粒翻滚运 动，类似于液体的沸腾。

目的：

强化传热、传质、实现化学反应

物理加工或颗粒输送
颗粒流动平稳、类似液体流动，易于实现连续化、自动化

流态化技术优点：

床层温度均匀，便于调节和维持
流化床内颗粒与流体之间的摩擦力恰好与颗粒的净重力（重力G-浮力Fb） 相平衡，且u ↑，L ↑，但Δp基本不变。
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气流输送阶段
u继续增大，且 u>ut，则颗粒将获
得向上升的速度，
其大小为（u-ut） 当流速↑，至某一数值后，床层上界面消失，床层空隙率增大，颗粒悬

浮在气流中并被气流带走

气流中颗粒浓度降低，由密相转为稀相，形成了两相（气固）同向流 动的状态——气流输送阶段 气流输送阶段起点的空塔速度（带出速度或最大流化速度）是流化床 操作所允许的理论上的最大气速
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流化床阶段
流化床阶段为表观速
度增大至一定程度， u=umf（umf为起始流 化速度）时，此时 u1=ut
此时床内全部颗粒将“浮起”，颗粒层将更膨胀，床层高度增大至L，
床层内颗粒可以在流体中作随机运动，并同时发生固体颗粒沿不同的回 路作上下运动，固体颗粒的这种运动就好像液体沸腾，故流化床也称沸
腾床。