鼓泡流化床异质颗粒混合特性微观研究

化学反应工程第八章流化床反应器

2. 聚式流态化与散式流态化使用不同的流体介质，固体流态化可分为：

散式流态化（particulate fluidization）聚式流态化（aggregative fluidization）
2. 聚式流态化与散式流态化

理想流态化是固体颗粒之间的距离随着流体流速增加而均匀地增加，颗粒均匀地悬浮在流体中，所有的流体都流经同样厚度的颗粒床层，保证了全床中的传质、传热和固体的停留时间都均匀，对化学反应和物理操作都十分有利。理想流态化的流化质量（fluidization quality）是最高的。在实际的流化床中，会出现颗粒及流体在床层中的非均匀分布，越不均匀，流化质量越差。液体作流化介质时，液体与颗粒间的密度差较小，在很大的液速操作范围内，颗粒都会较均匀地分布在床层中，比较接近理想流态化，称为散式流态化。
(2) 聚式流态化

由于气泡在床层径向截面上不均匀分布，诱发了床内密相的局部以致整体的循环流动，气体的返混加剧。这种流型称为鼓泡流态化（bubbling fluidization），气-固接触效率和流化质量比散式流态化低得多。气泡上升到床层表面时的破裂将部分颗粒弹出床面。在密相床上面形成一个含有少量颗粒的自由空域（freeboard）。一部分在自由空域内的颗粒在重力作用下返回密相床，而另一部分较细小的颗粒就被气流带走，只有通过旋风分离器的作用才能被捕集下来，经过料腿而返回密相床内。
快床颗粒的径向分布
颗粒含率高度实际分布模型分布
气流输送快床湍流床鼓泡流化床 0.2 0.4 0.6 密度
图：各种状态流化床沿床高密度变化
2. 高气速气-固流态化中的流型

流化床燃烧技术

鼓泡流化床燃烧技术的主要特点如下。
① 流化床床内混合剧烈，燃烧稳定，其燃料适应性很强，几乎可以燃烧所有燃料。 ② 低温燃烧特性可以实现炉内加脱硫剂进行直接脱硫，而且可以利用低灰熔点的燃料。 ③ 低温燃烧和分级燃烧可以较好地控制煤燃烧过程中NOx的生成。 ④ 通常燃用宽筛分燃料颗粒（如0-8mm，0-10mm），床料的组成也比较复杂。 ⑤ 流化床运行速度较低，一般在2-4m/s之间，燃烧室内运行在鼓泡流化状态，可以明显分为下部高颗粒浓度的流化床区（密相区）和上部颗粒浓度很低的稀相区（悬浮段）。
1.2.3 循环流化床的气固两相流体动力特性
一般来说，循环流化床锅炉炉膛截面积形状大都是矩形或方形的，其高度与截面当量直径之比要小得多，而且炉膛通常布臵垂直的膜式水冷壁以吸收热量。循环流化床锅炉的炉内床料是宽筛分的粗颗粒，如中国循环流化床锅炉常用的煤粒粒径为0-10mm。
项目截面形状直径/m 高度与当量直径比反应器壁面床料分布及平均直径/mm 循环流化床锅炉大都为矩形 4-8(当量直径） <5(10) 膜式水冷壁（垂直管和鳍片）约0.2
为了克服这些问题，通过把燃烧室内的流化床速度从原来的2-4m/s提高到4-6m/s甚至更高后，把更多的床料颗粒从燃烧室下部的密相区带到了上部稀相区，这样不仅使得更多的燃料在上部稀相区燃烧，而且也通过这些携带的大量细灰颗粒从密相区带出了大量热量，从而使得燃烧室上部颗粒浓度增加，燃烧室温度分布均匀，而密相区内则不再需要布臵埋管受热面吸热。同时通过布臵飞灰颗粒分离及回送装臵，把携带出燃烧室细灰颗粒中不完全燃烧的燃烧颗粒或未完全反应的脱硫剂颗粒重新送回到燃烧室内循环燃烧或利用，从而大大提高燃料燃烧效率和脱硫剂利用率。这种状态运行的流化床燃烧技术称为循环流化床燃烧技术，近三十年内得到快速发展的一种新型燃烧技术。

固废流化床异型颗粒与床料共流化特性

10． 3969 / j． issn． 1001 － 0505． 2012． 03． 010］
http： / / journal． seu． edu． cn
448
东南大学学报（自然科学版）
第 42 卷
我国是世界上最大的能源消耗大国和二氧化碳排放国［1］，同时也是世界上最大的废弃物产生国［2］．为了缓解煤炭供需的压力，同时减少固体废弃物对我国环境、生态的破坏和人体健康的危害，促进多元化能源结构的形成，可燃固体废弃物已成为我国能源动力系统不可忽视的能源．流化床热转化技术，如燃烧［3］、热解 / 气化等［4］，由于效率高、减容明显、能回收热能等特点，已成为国内外可燃固体废弃物规模化清洁高效能源化利用处置发展方向．然而，目前对可燃固体废弃物流化床技术的掌握还远不能满足日益广泛的工业应用要求．引进的国外设备与我国现有固体废弃物情况不适应，自主研发的产品存在放大设计的技术瓶颈，已有的工程项目大多存在能量转化品位低、二次污染严重以及一系列安全问题［2］，急需针对固体废弃物流化床的气固流动特性、反应特性和污染物控制等开展较系统深入的基础研究．
第 42 卷第 3 期 2012 年 5 月
东南大学学报（自然科学版）
JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY （ Natural Science Edition）
doi： 10． 3969 / j． issn． 1001 － 0505． 2012． 03． 010
Vol． 42 No． 3 M ay 2012
固废流化床异型颗粒与床料共流化特性
邵应娟胡颢金保昇钟文琪陈曦任冰沙春发

气固鼓泡流化床非稳态升温过程的实验研究

气固鼓泡流化床非稳态升温过程的实验研究摘要：气固鼓泡流化床是一种复杂的真空热处理装置，其运行过程特别是非稳态升温过程中物料的传热传质特性有很强的时变性。

本文以气固鼓泡流化床非稳态升温过程为研究对象，实验观察了非稳态升温过程中，物料在床层中的温度分布特性，以及由两种气体分别带动物料运动的情况下，物料的传热效果及动态运动特性。

结果表明，物料在床层中的温度分布特性受到气体带动的影响很大，物料的传热效果随着气体的流速变化而变化，气体的流向也会影响物料的传播路径。

因此，在气固鼓泡流化床非稳态升温过程中，正确的操作参数及调整方法是获得较高的传热效率和传质效率的关键。

关键词：气固鼓泡流化床；非稳态升温；传热；传质1.言气固鼓泡流化床（FBHD）是一种真空热处理装置，它结合了熔融混合和传热传质技术，能够很好地满足工业生产中物料的选择性混合、传热和传质等复杂工艺要求[1]。

这种装置主要是将物料和气体混合在一起，形成有一定密度的悬浮液，从而控制热能的传递和传质[2]。

气固鼓泡流化床的运行过程，特别是非稳态升温过程中，物料的传热传质特性有很强的时变性。

因此，正确的操作参数及热传过程的调整方法，对获得较高的传热效率和传质效率具有重要意义[3]。

本文以气固鼓泡流化床非稳态升温过程为研究对象，通过实验观测了物料在床层中的温度分布特性，以及由两种气体分别带动物料运动的情况下，物料的传热效果以及动态运动特性。

2.料与方法2.1验装置本次实验采用的气固鼓泡流化床实验装置如图1所示，包括两个元件：传热独立仪表部分（A部分）和真空加热部分（B部分）。

传热独立仪表部分（A部分）主要用于实时监控实验过程中物料的变化，包括温度变化、静态粘度变化和流场温度场三种特性参数。

真空加热部分（B部分）主要负责控制空气进入实验系统，以及对升温过程中物料的传热和传质。

图1固鼓泡流化床实验装置2.2验参数本次实验的主要参数如下：真空系统的真空度=4Pa，加热温度=600C；气体一（氧气）的进入压力=200KPa，流速=100L/min；气体二（氮气）的进入压力=150KPa，流速=50L/min。

循环流化床锅炉原理和特性

循环流化床锅炉燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置有水冷壁用于吸收燃烧所产生的部分热量。由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛。
循环流化床燃烧锅炉的基本技术特点：
(1)低温的动力控制燃烧
(1)燃料适应性广
这是循环流化床锅炉的主要优点之一。在循环流化床锅炉中按重量计，燃料仅占床料的1～3％，其余是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣等。因此，加到床中的新鲜煤颗粒被相当于一个“大蓄热池”的灼热灰渣颗粒所包围。由于床内混合剧烈，这些灼热的灰渣颗粒实际上起到了无穷的“理想拱”的作用，把煤料加热到着火温度而开始燃烧。在这个加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千分之几，因而对床层温度影响很小，而煤颗粒的燃烧，又释放出热量，从而能使床层保持一定的温度水平，这也是流化床一般着火没有困难，并且煤种适应性很广的原因所在。
(9)燃料预处理系统简单
循环流化床锅炉的给煤粒度一般小于13mm，因此与煤粉锅炉相比，燃料的制备破碎系统大为简化。
(10)给煤点少
循环流化床锅炉的炉膛截面积小，同时良好的混合和燃烧区域的扩展使所需的给煤点数大大减少。既有利于燃烧，也简化了给煤系统。
(2)燃烧效率高
循环流化床锅炉的燃烧效率要比鼓泡流化床锅炉高，通常在95～99％范围内，可与煤粉锅炉相媲美。循环流化床锅炉燃烧效率高是因为有下述特点：气固混合良好；燃烧速率高，其次是飞灰的再循环燃烧。
(3)高效脱硫
由于飞灰的循环燃烧过程，床料中未发生脱硫反应而被吹出燃烧室的石灰石、石灰能送回至床内再利用；另外，已发生脱硫反应部分，生成了硫酸钙的大粒子，在循环燃烧过程中发生碰撞破裂，使新的氧化钙粒子表面又暴露于硫化反应的气氛中。这样循环流化床燃烧与鼓泡流化床燃烧相比脱硫性能大大改善。当钙硫比为1.5～2.0时，脱硫率可达85～90％。而鼓泡流化床锅炉，脱硫效率要达到85～90％，钙硫比要达到3～4，钙的消耗量大一倍。与煤粉燃烧锅炉相比，不需采用尾部脱硫脱硝装置，投资和运行费用都大为降低。

循环流化床课程4

循环流化床炉中物料平衡
炉内气固两相流动状态
较低的气流速度下的床内颗粒运动在较低的气流速度下，在较低的气流速度下，流化床中的空气以气泡的形式向上运动，以气泡的形式向上运动，小气泡在运动中不断地形成较大的气泡，中不断地形成较大的气泡，床内颗粒的混合主要依靠气泡运动所带来的扰动。混合主要依靠气泡运动所带来的扰动。当气泡上浮时，当气泡上浮时，其尾迹附近局部压力降低，空缺出的空间立即由周围的颗粒所补充。补充。上浮的气泡由于气泡尾迹迁移的作用，作用，使床层下部的颗粒被携带到床层上部。在大量气泡上浮时，上部。在大量气泡上浮时，又导致固体颗粒的纵向移动，促进了床内的混合。颗粒的纵向移动，促进了床内的混合。
气固两相流中的颗粒特性
颗粒终端速度—— 颗粒在无限大的静止介质中，下降加速度为零时的速度
气固两相流中的颗粒特性
颗粒终端速度
流态化
当气体或液体以一定的速度向上流过固体颗粒层，固体颗粒层会呈现出类似于流体状态，这种状态称为流态化现象。
流态化
流态化现象
散式流态化——固体颗粒均匀地分散于床层中
炉内颗粒浓度分布炉内颗粒浓度分布
沿高度分布规律循环流化床炉内颗粒浓度一般呈上稀下浓的不均匀分布，的不均匀分布，即在床层底部为颗粒密相区，在床层顶部为颗粒稀相区，粒稀相区，在浓稀相间存在一个拐点，间存在一个拐点，其位置随运行风速、位置随运行风速、颗粒循环流率以及整个循环回路的存料量而上下变化。上下变化。
炉内气固两相流动状态
颗粒的扬析和夹带夹带——在单一颗粒或多组分系统中， ——在单一颗粒或多组分系统中夹带——在单一颗粒或多组分系统中，气流从床层中带走固体颗粒的现象。的现象。扬析——混合物中分离和带走细粉的现象。 ——混合物中分离和带走细粉的现象扬析——混合物中分离和带走细粉的现象。这一现象不论高于或低 TDH时都存在时都存在。于TDH时都存在。

第二章循环流化床的基本理论

义为TDH。
2020年4月2日
第二节流态化及其典型形态
一、流态化
1. 流态化现象
固体颗粒在流体作用下表现出类似流体状态的现象（气体和液体作为流化介质）
2. 流态化
由于固体颗粒群与气体（或液体）接触时固体颗粒转变成类似流体的状态
3、气固流态化
在流化床锅炉燃烧中，流化介质为气体，固体煤颗粒及其燃烧后的灰渣被流化
➢ （2）腾涌（节涌 —— 发生腾涌时，床面以某种有规律的频率上升、破裂，风压剧烈波动，燃烧不稳定，在床料断层下部易引起结焦
2020年4月2日
第三节循环流化床的流体动力特性
循环流化床装置
下部颗粒密相区和上部上升段稀相区的循环流化床、气固物料分离装置、固体物料回送装置等三个部分组成的闭路循环系统
六、夹带和扬析
3. 夹带、扬析的重要性
➢ 合理组织燃烧和传热 ➢ 保证足够的循环物料 ➢ 烟气中灰尘达到排放标准
4. 输送分离高度（TDH，Transport Disengaging Height）
➢ 粗颗粒ut> u0 →经过一定的分离高度后重新返回床层 ➢ 细颗粒ut< u0 →被夹带出床体 ➢ 自由空域内所有粗颗粒都能返回床层的最低高度（高度从床层界面算起）定
2020年4月2日
一、颗粒浓度分布
1. 各种流态化形态下的颗粒浓度分布
➢ （4）颗粒混返（固体物料内循环） • a. 小颗粒随气流上升，部分碰撞下落，总趋
势向上 • b. 大颗粒中心处上升，一定高度时在边壁处
下落 • c. 床层各截面上，颗粒平均速度沿轴向增大
直至趋于恒定（床层足够高） • d. 若R一定，平均颗粒速度随u0增大而增大；
2020年4月2日

流化床的基本原理课件

特点
流化床生物质燃烧可实现生物质的清洁燃烧，同时具有高燃烧效率、低污染排放和能源利用效率高等优点，是当前生物质能利用领域的研究热点之一。
应用案例三：废弃物处理
原理
流化床废弃物处理是将废弃物破碎后，在流化床内与空气混合燃烧的技术。
特点
流化床废弃物处理可实现废弃物的减量化、无害化和资源化处理，同时具有处理量大、燃烧效率高和能源利用效率高等优点，是当前废弃物处理领域的研究热点之一。
应用领域
流化床广泛应用于能源、化工、环保等领域。
流化床的组成
床层
由固体颗粒组成，提供反应或传热表面。
气体分布板
使气体均匀分布，避免形成沟流。
气体和固体输送系统
用于向床层中加入或排出气体和固体。
控制系统
监测和控制温度、压力等参数。
流化床的工作原理
01
02
03
04
流态化现象
当气体或液体通过固体颗粒床层时，颗粒会呈现类似流体状
对流传热
通过流体流动时与固体表面之间的摩擦作用，将热能从流体的一部分传递到另一部分。
辐射传热
通过电磁波将热能从一个物体传递到另一个物体。
流化床的传热过程
01
02
03
04
热气体通过流化床底部入口进入，与床内固体颗粒充分混合
。
固体颗粒被加热到接近气体温度，形成均匀温度分布。
热气体和固体颗粒之间的传热导致固体颗粒被进一步加热。
05 流化床的应用与案例分析
工业应用领域
能源领域
流化床在能源领域中有着广泛的应用，如煤燃烧、生物质燃烧等，可用于生产电力和热力。
环保领域
流化床技术也可用于废弃物处理，如生活垃圾、工业废弃物等，可实现废弃物的减量化、无害化和资源化处理。

鼓泡流化床流动特性的数值仿真和实验研究

图２所示。
ＴＡＮＧｈｎ－ｌ，ＡＮＧｏｇ，ＳｅｇｉＷＣｈｎＬＶｎＰＨｏｇ，ＥＮＧｅＷｉ
（ｏｅｅｏｏｅｎｉｅｒｇＣｏｇｉｇＵｉｅｓｙＣｏｇｉｇ４０４ＣｉａＣｌｇｆｗｒｇｅｉ，ｈｎｑｎｎｖｒｉ，ｈｎｑｎ００４，ｈｎ）ｌＰＥｎｎｔ
：０
（）２
、
上式中，√代表直角空间坐标的方向，代表相所占ｉｓ各
的空间体积份数，Ｐ代表各相的密度（ｇｍ）Ｕ代表在该方ｋ／，
向上的速度矢量（／）下角标ｇ表示气相，代表颗粒相（ｍｓ，Ｓ下
同）。
由于是应用双流体模型，且拟仿真的流化床中只有气体与颗粒两相，以在某一有限单元体内各相的体积份数之和所
此需要对气固流体动力特性、流化现象规律加深认识。近年
来，在对鼓泡床内的流体动力特性进行研究中，多数学者大
的初始床层高度提供理论依据。
侧重于研究鼓泡流化床的速度条件』温度条件对鼓泡流、化床内气固两相流体动力特性的影响，对其它初始条件下而鼓泡流化床内气固两相流体动力特性变化研究较少。因此，
ＣＤ数值仿真软件在对流化床气固两相流动中得到了Ｆ充分运用［７。本文采用双流体模型的数值仿真，４］－并结合实验对不同初始床层分布下床内气泡尺寸、床层压力分布和气体泄漏率等进行研究，而了解不同初始床层高度下鼓泡流从化床内气固两相流体动力特性，为实际运行过程中确定合适

流化床内生物质石英砂双组分混合流动混沌递归分析

Ｒｅｃｕｒｒｅｎｃｅｐｌｏｔａｎｄｒｅｃｕｒｒｅｎｃｅｑｕａｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｌｆｕｃｔｕａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌ，ａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｌｆｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｔｄｉｆｅｒｅｎｔｎｕｍｂｅｒｓｏｆｂｉｏｍａｓｓ，ｑｕａｔｚｒｓｎｄａｓａｎｄｄｉｆｅｒｅｎｔｇａｓｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｑｕａ￣ｚｓａｎｄｓｗｉｔｈｔｈｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆ０．８ｅａｒｌａｎｄｃｙｌｉｎｄｅｒ－ｓｈａｐｅｄｂｉｏｍａｓｓｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｉｔｈｂＯｔｌｌｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄｌｅｎｇｔｈｏｆ１０ｍｍｗｅｒｅｕｓｅｄａｓｂｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｉｎｔｈｅｂｕｂｂｌｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎｔｈｅｐｅｉｒｏｄｉｃｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｄｅｃｒｅａｓｅｄｉｆｒｓｔａｎｄｈｅｔｎｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｐｒｏｐｏｔｒｉｏｎｏｆｂｉｏｍａｓｓ．Ｉｎｔｈｅｓｌｕｇｇｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎ，ｒｅｃｕｒｒｅｎｃｅｐｌｏｔｓ

流化床的基本原理

5.3.4 流态化气泡特征
气泡的尾涡与尾迹
1常、气见泡的的三产种生气与泡运动尺与寸颗定粒义的性质、风板、流化床的尺寸有关气(；1泡)投的影尺尺寸寸—与—d速b；度
2、((相12))床同气层的泡高颗弓度玄粒增尺，加寸，相—气同—泡的d增bh流；加化；速度、相同的深宽比具有相同气泡与颗粒流型；
((23)) 流体态积化尺速寸度—增—加dbv，；气泡增加；
气泡外形成一层不与乳相中流体相混合的区域。这一层为气泡云，在其中，气泡内的气体与固体颗粒获得了有效的接触，得到反应。气泡越大，气泡的上升速度越快，气泡云也就越薄，气泡云的作用也就减弱。
气泡的作用
1、是床层运动的动力，加剧气-固两相相对运动； 2、造成床层内颗粒的剧烈搅拌，使流化床具有很高的颗粒与气体、床料与表面的换热速率，因此流化床具有等温的特征；
流态化的基本特征最小流态化速度最小鼓泡速度流态化气泡特征 Geldart颗粒分类
5.3.1 流态化的基本特征
1、床层物料具有很高的颗粒表面积 2、床层内有大量的不同尺寸的气泡 3、颗粒损失大 4、容易实现连续控制
流态化曲线——床层孔隙率（或床层高度）、压降与流体表观流速的关系曲线。
流体通过流化床的阻力
upu1ut
颗粒空隙中流体的实际流速u1 。颗粒的绝对运动速度 up ，床层表观流速u ，即空床流速。其关系：
考察单位床层截面上流体的体积流量：
空隙率即等于横截面上空隙面积的分率。
qv1uu1
u
qV D2
4
u
u1
u1
ut
流体
பைடு நூலகம்1）固定床阶段
upu1ut
颗粒的直径一定，在流体介质中的沉降速度ut 一定。

两相流答案(终极版)

《两相流理论》学习思考题一、填空题1、按状态划分，流态化可分为散式流态化、聚式流态化（鼓泡流态化）、三相流态化三种。

2、气固颗粒系统中，非正常流态化主要有腾涌、沟流、分层、气泡过大。

3、传热的动因是存温度差，传质的动因是物质浓度不均匀。

传热有热传导、热对流、热辐射三种基本形式。

4、流化床中的传热可分为低温对流和沸腾高温传热两种情形，后者又包括对流和辐射两类。

5、气固流化床床层与容器壁面或其它埋设传热表面间的传热由、、三部分组。

6、外力场流态化系统有振动流态化、磁场流态化、搅拌流态化等。

（电场流态化、脉动流态化、离心力场流态化）7、气体分布器的主要类型有直孔式分布板、弧形分布板、填充式分布板、喷嘴与泡帽型分布板、管式分布器、无分布板的旋流式喷嘴等。

8、分布板的压降和开孔率是设计布风板时主要确定的参数。

9、布风板的临界压降指能使流体均匀分布，并具有良好稳定性的最小压降。

10、流化床的主要测量参数有床层密度、气泡、固体颗粒流量、压力等。

11、气固流化床的压力和压降通常用U型管压力计来测量，需在压力计插口配置过滤器，以防止粉尘进入。

12、当振动周期小于形成一个完整气泡所需时间时，振动流化床可以最大限度地抑制破碎气泡的生成。

二、简述和论述题1、两相流类型及主要研究方法。

两相流类型：通常根据构成系统的相态分为气液系、液液系、液固系、气固系等。

气相和液相可以以连续相形式出现，如气体-液膜系统；也可以以离散的形式出现,如气泡-液体系统，液滴-气体系统。

固相通常以颗粒或团块的形式处于两相流中。

研究方法：大量理论工作采用的是两类简化模型：①均相模型。

将两相介质看成是一种混合得非常均匀的混合物，假定处理单相流动的概念和方法仍然适用于两相流，但须对它的物理性质及传递性质作合理的假定；②分相模型。

认为单相流的概念和方法可分别用于两相系统的各个相，同时考虑两相之间的相互作用。

两种模型的应用都还存在不少困难，但在计算技术发展的推动下颇有进展。

流化床颗粒的分类及其流化特性

流化床颗粒的分类及其流化特性流化床颗粒的分类及其流化特性：1973年geldart根据多年对颗粒大小对流化床流化特性的研究，将颗粒的流化特性与颗粒平均径的关s分成a、b、c和d四大类，并将它们表绘在以dp为横坐标，以固体密度ρp与流化气体密度ρg的差（ρpcρg）为纵坐标的图上（参看下面的geldart颗粒分类图）。

以便可供根据物理或反应过程的特性对流化特性的建议，以采用适合于自己工业化的特点的颗粒粒径及原产。

a类颗粒了（充气流化特性）：a类颗粒的特点是颗粒的平均尺寸较小，颗粒的密度较低。

由图可知，a类颗粒一般颗粒的平均粒径＜100微米，颗粒密度小于1400kg/m3，这类颗粒由于凝聚性较小，因此颗粒间充气性好，床层膨胀比（r≡床层流化时的高度hf/床层静止时的高度h0）大，当床层气速达到起始流化速度时，床内还不会产生气泡（即床层的起始鼓泡速度大于起始流化速度），当气速进一步增加时，床内虽产生了气泡，但气泡较小，气泡的聚恪⒎至阉俣纫部臁ｋ以，这类颗粒应该说是流化特性较好的一类颗粒。

（说明：起始流化速度umf即是流化床开始流化时的最小速度。

起始鼓泡速度umb即是流化床内出现笫一个气泡时的气体速度。

）在工业上采用时应尽可能采用这类颗粒。

在石化行业中的催化裂化装置上首先被采用，在这个行业中，催化剂中必须所含一定量的小颗粒，大于44微米被称作关键组分。

这类颗粒以后在丙烯氨水解制丙烯腈等流化床中也获得了应用领域。

b类颗粒（沙状流化特性）：由图可知，b类颗粒一般颗粒的平均粒径＜40微米＜500微米，颗粒密度＜1400kg/m3＜4000kg/m3。

这类颗粒在气速达到或稍高于颗粒的起始流化速度时，床染统鱿至似泡，床层膨胀比r较a类颗粒小，气泡聚阆窒笱现兀气泡直径也迅速变大，且气泡随床高而变大，当气泡达到床层表面时破裂，从而影响了流化质量，影响了床层与传热面间的传热和相间的传质。

这类颗粒在工业上应用领域也较多，例如醋酸乙烯、农药百菌清和苯酐行业都存有采用。

旋转流化床粉体混合机混合效果数值模拟和实验验证

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2018年第37卷第9期·3294·化工进展旋转流化床粉体混合机混合效果数值模拟和实验验证陈程1，刘雪东1,2，罗召威1，崔树旗1，谈志超1（1常州大学机械工程学院，江苏常州 213164；2江苏省绿色过程装备重点实验室，江苏常州 213164）摘要：为了对旋转流化床粉体混合机进行优化设计，采用CFD-DEM 联合仿真的方法，对旋转流化床粉体混合机内球形颗粒的混合过程进行数值模拟，通过Lacey 指数具体评价颗粒的混合效果，研究了进气管倾斜角度、进气管布置方式、进气方式对球形颗粒混合效果的影响，并进行球形颗粒混合实验验证。

结果表明，进气管最合适的倾斜角度应保证气流作用区域面积恰好为底部颗粒物料区域面积的一半。

进气管水平布置时能够保证很好的混合质量及较快的混合速率。

脉冲及连续方式进气均能实现均匀混合，脉冲进气方式比连续进气方式耗气量更低。

颗粒混合实验有很好的混合效果，与数值模拟的结果具有较高的一致性，从而获得了一种混合效果优越的结构形式，进气管倾斜角度α=35°，水平布置。

关键词：旋转流化床；数值模拟；CFD-DEM 联合仿真；混合；优化设计中图分类号：TQ027.1 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）09–3294–09 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0039Numerical simulation and experimental verification of mixing effect inrotating fluidized bed powder mixerCHEN Cheng 1，LIU Xuedong 1,2，LUO Zhaowei 1，CUI Shuqi 1，TAN Zhichao 1（1School of Mechanical Engineering ，Changzhou University ，Changzhou 213164，Jiangsu ，China ；2Jiangsu KeyLaboratory of Green Process Equipment ，Changzhou University ，Changzhou 213164，Jiangsu ，China ）Abstract ：In order to get structure optimal design of a rotating fluidized bed powder mixer, the mixing progress of spherical powder granules in a rotating fluidized bed powder mixer was simulated by a combined approach of computational fluid dynamics (CFD) and discrete element method (DEM). Lacey mix index was used to quantitatively analyze the mixing degree of granules in the mixer. The effects of different parameters including the tilt angle of the intake pipe, the arrangement of the intake pipe and intake method were studied respectively. To verify the mixing performance of the rotating fluidized bed powder mixer, a granule mixing experiment was carried out. Simulation results showed that the most appropriate angle of intake pipe should ensure the area of airflow is just half of the area of granular materials in the bottom of the mixer. Besides, if the intake pipe is horizontal arranged, effective mixing quality and mixing rate could be achieved. Moreover, whether the intake is continuous or pulsed, spherical granules could achieve uniform mixing. Compared with the continuous intake ，the air comsumption of pulsed intake was less. Finally, the powder mixing experimental results showed a positive mixing quality, which were in good agreement with the numerical data. It could be drawn that it is a structure with superior mixing effect if the intake pipe is tilted at an angle of 35 degrees and horizontal arranged.Key words ：rotating fluidized bed ；numerical simulation ；computational fluid dynamics - discrete element method coupling ；mixing ；optimal design研发。

鼓泡流化床设计计算

鼓泡流化床设计计算摘要：一、鼓泡流化床的概述二、鼓泡流化床的设计计算方法1.设计原则2.设计参数3.设计计算步骤三、鼓泡流化床设计计算的应用1.工业生产中的应用2.环保领域的应用四、鼓泡流化床设计计算的发展趋势正文：鼓泡流化床是一种重要的气固反应装置，广泛应用于化工、石油、冶金、环保等领域。

本文将对鼓泡流化床的设计计算方法进行详细阐述。

一、鼓泡流化床的概述鼓泡流化床是一种采用气体使固体颗粒物料呈流化状态的反应器。

在鼓泡流化床中，气体从床底部通入，在上升过程中与固体颗粒物料充分接触，提高传质、传热效果。

鼓泡流化床具有较高的气固接触效率、较宽的操作范围和较低的设备投资等优点。

二、鼓泡流化床的设计计算方法1.设计原则鼓泡流化床的设计应遵循以下原则：确保气固接触良好、传质传热效果高；合理选择床层高度，以兼顾气固反应效果和设备投资；合理设计气体分布器，以实现均匀的气体分布。

2.设计参数鼓泡流化床的设计参数主要包括：床层高度、气体分布器形式、气体流量、固体颗粒粒径等。

这些参数将影响鼓泡流化床的气固接触效果、反应性能和设备投资。

3.设计计算步骤（1）确定设计原则和设计参数；（2）根据床层高度、气体分布器形式等参数，进行床内气体流动模拟；（3）根据气体流动模拟结果，分析气固接触效果和反应性能；（4）根据分析结果，调整设计参数，直至满足设计要求。

三、鼓泡流化床设计计算的应用1.工业生产中的应用鼓泡流化床在工业生产中的应用广泛，如用于石油催化裂化、化肥生产、氧化铝生产等。

通过鼓泡流化床设计计算，可优化生产过程，提高产品质量和产量。

2.环保领域的应用鼓泡流化床在环保领域也有广泛应用，如用于废气处理、污水处理等。

通过鼓泡流化床设计计算，可降低污染物的排放浓度，减轻环境污染。

四、鼓泡流化床设计计算的发展趋势随着计算机技术的不断发展，鼓泡流化床设计计算将更加依赖于数值模拟方法。

此外，随着新型固体颗粒物料的开发，鼓泡流化床设计计算也将面临新的挑战。

流化床的工作原理

流化床的工作原理1、流化床定义将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有流体的某些表观特征，这种流固接触状态称为固体流态化，即流化床。

当流体通过床层的速度逐渐提高到某值时，颗粒出现松动，颗粒间空隙增大，床层体积出现膨胀。

如果再进一步提高流体速度，床层将不能维持固定状态。

此时，颗粒全部悬浮于流体中，显示出相当不规则的运动。

随着流速的提高，颗粒的运动愈加剧烈，床层的膨胀也随之增大，但是颗粒仍逗留在床层内而不被流体带出。

床层的这种状态和液体相似称为流化床。

其中，流化床的种类有：最小流化床，鼓泡流化床，腾涌流化床。

2、流化床主要特性充分流态化的床层表现出类似于液体的性质。

密度比床层平均密度小的流体可以悬浮在床面上；床面保持水平；床层服从流体静力学关系，即高度差为L的两截面的压差△p=ρgL；颗粒具有与液体类似的流动性，可以从器壁的小孔喷出；两个联通的流化床能自行调整床层上表面使之在同一水平面上。

上述性质使得流化床内颗粒物料的加工可以像流体一样连续进出料，并且由于颗粒充分混合，床层温度、浓度均匀使床层具有独特的优点得以广泛的应用。

流化床的工作原理在床层内事先装入一定量的颗粒作晶种。

空气经过送风机或引风机，通过加热器使温度保持一定范围，再通过流化气供给室，使流化气均匀的分布通过筛板，在热风的作用下把粉体保持悬浮流化状态。

由流化床内中心位置的喷嘴使粘结剂雾化，并使喷雾液滴与粉体接触，逐渐凝集成粒。

散式流态化与聚式流态化在床层内的流体和颗粒两相运动中，由于流速、流体与颗粒的密度差、颗粒粒径及床层尺寸的不同，可呈现出不同的流化状态，但主要分为散式流化态与聚式流化态两类。

流化床散式流化态颗粒均匀地分布在整个流化床内且随着流速增加床层均匀膨胀，床内孔隙率均匀增加，床层上界面平稳，压降稳定、波动很小。

因此，散式流化态是较理想的流化状态。

一般流-固两相密度差较小的体系呈现散式流态化特征，如液-固流化床。

流化床聚式流化态颗粒在床层的分布不均匀，床层呈现两相结构：一相是颗粒浓度与空隙率分布较为均匀且接近初始流态化状态的连续相，称为乳化相；另一相则是以气泡形式夹带少量颗粒穿过床层向上运动的不连续的气泡相，因此又称为鼓泡流态化。

基于LBM-DEM的鼓泡床内气泡-颗粒动力学数值模拟

基于LBM-DEM的鼓泡床内气泡-颗粒动力学数值模拟李斌;张尚彬;张磊;滕昭钰;王佑天【摘要】将修正后的格子Boltzmann方法(LBM)与离散单元法(DEM)相结合,建立LBM-DEM四向耦合模型对单口射流鼓泡床中气泡运动进行模拟.其中,流体相采用格子Boltzmann方法中经典的D2Q9模型,颗粒相求解采用离散单元软球模型,颗粒曳力求解采用Gidaspow模型,流固耦合基于牛顿第三定律.应用Fortran语言编程对上述模型进行求解,模拟得到了鼓泡床内气泡演化过程,并与相关实验进行对比,有效验证了当前模型的准确性.同时,分析了床层内颗粒速度、颗粒体积分数以及能量分布.结果表明:颗粒时均速度分布不仅能体现颗粒运动强弱,也可以反映气泡运动过程;床内空隙率与颗粒体积分数分布在预测床层膨胀高度上具有高度的一致性;初始堆积效应使得床内颗粒势能始终大于颗粒动能;随颗粒密度增加,势能增大,动能逐渐减小.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2018(069)009【总页数】8页(P3843-3850)【关键词】两相流;格子Boltzmann方法;离散单元法;流固耦合;数值模拟【作者】李斌;张尚彬;张磊;滕昭钰;王佑天【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定 071003;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定 071003;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定 071003;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定 071003【正文语种】中文【中图分类】TQ051.1鼓泡反应是气固流化床内的重要现象之一[1]，在生物制药、能源化工和工业生产等领域得到了广泛应用[2-6]。

由于气泡的形成会直接影响流化床内颗粒流动、传热传质以及动量交换，因此，从气泡形成至破灭这一气固流动过程进行深入研究对流化反应发生器的设计具有重要意义。

基于DDPM+DEM的建筑鼓泡流化床流动特性模拟

基于DDPM+DEM的建筑鼓泡流化床流动特性模拟王育红【摘要】为对恒压及恒定进口流速条件下鼓泡流化床流场的分布特性及颗粒的运动情况进行研究,采用了密集离散相模型(DDPM)和离散相欧拉碰撞模型(DEM)分析了鼓泡流化床中流体扩散及颗粒的碰撞情况.同时采用实验测试手段对表面颗粒的速度进行检测,实验测试数据与模拟结果进行对比验证.从而对于理解流化床工作机理优化各项参数提供理论依据.【期刊名称】《工业加热》【年(卷),期】2019(048)001【总页数】3页(P42-44)【关键词】DDPM;DEM;流化床;数值模拟【作者】王育红【作者单位】陕西铁路工程职业技术学院,陕西渭南714000【正文语种】中文【中图分类】TB333流化床是一种气固反应设备，其在化工、矿冶、燃料电池等诸多领域受到广泛应用[1-2]。

流化床分为两种：鼓泡流化床锅炉和循环流化床锅炉，相比较而言鼓泡流化床的热能利用率更高，因此鼓泡流化床的使用更加的广泛[3-5]。

但是由于鼓泡流化床反应器内部存在这稠密相、稀疏相、气相，因此整个过程属于多相作用的问题，这给流化床的分析带来了很多困难。

而流化床工作过程中气泡的生成速率、颗粒相的运动情况对于整个反应至关重要，因此必须建立合理的分析模型对流化床中物质运动规律进行研究从而优化反应器设计参数，提高生产效率。

本文针对上述问题采用FLUENT中的离散相欧拉碰撞模型（DEM）应用于稠密颗粒流动中，该模型使用密集离散相模型（DDPM）在初级阶段求解颗粒堵塞的影响[6-7]。

结合自编UDF程序对流化床工作过程中气泡的上升速率、颗粒的碰撞运动情况进行分析研究。

1 模型建立1.1 几何模型如图1所示为流化床几何模型示意图，从图中可以看出，流化床主要包括了三个部分：空气进口、颗粒层、压力出口，流化床整体结构为0.2m×0.2m×0.4m的长方形区域内。

气体以0.5 m/s的表观速度通过颗粒层，监测床层压降。

流化床实验教学讲义

多功能循环流化床实验实验教学讲义适用专业：化学工程与工艺实验学时：2执笔人：刘梦溪一、实验的目的循环流化床特色实验装置是化工学院为提高大学生动手能力和科研能力而设计的一套大型冷模实验装置，可作为化工原理〔本科〕、流态化〔研究生〕等课程的实验内容，也可作为研究生、博士生科研、大学生科技创新的实验平台。

通过改变不同的操作气速，装置内床层可经历由起始流化到鼓泡床、湍流床、快速床直至气力输送等多个床型。

在装置内可开展压力梯度、密度分布、速度分布和旋风别离器压降、颗粒流动特性、气控阀操作特性、颗粒混合、别离器内气相流场等实验，根据实验数据可进行全装置压力衡算。

因此，可根据不同的需要设计不同的实验，是一个设计型的实验装置。

为了使学生能够清楚的看到装置内颗粒的流化状态，装置主体由有机玻璃制成。

装置上的测量点也经过精心的设计，当采用测量仪器如光纤颗粒密度/速度测量仪等仪器时，可直接利用现有测量点进行测量。

通过试验，使学生了解和掌握循环流化床的基本原理与控制过程，激发学生的学习兴趣。

二、实验原理循环流化床系统主要由提升管反应器及伴床〔有时以用作反应器〕所构成。

为了使颗粒在提升管与伴床之间循环，在底部有颗粒循环控制装置，在顶部有气固别离器与之相连接。

此外，根据实际需要，通常还有颗粒储罐，除尘过滤设备以及必要的测试系统。

在设计循环流化床反应器时，应考虑以下主要因素。

当选择提升管反应器的设计时，首先根据所需气体处理量，确定操作气速及反应器直径。

选择的操作气速必须满足快速流化操作条件的要求，同时又能保证过程所必需的气、固接触时间。

反应器高度确实定主要依据停留时间的要求。

颗粒循环速率确实定分两种情况：第一种是当提升管内进行的过程为传热控制时，或固体颗粒的循环是为了带出或带入热量时，颗粒循环速率应由传热量的要求而决定，此时应该很好了解气、固传热的知识；在第二种情况下，当提升管内进行的为催化反应，而催化剂随反应的进行，失活很快时〔如FCC过程〕，颗粒的循环速率应由催化剂失活特性来确定，合适的颗粒循环速率应能保证新鲜〔经再生的〕催化剂的不断补入及已失活的催化剂的不断移出。