流化床中介质的流态化特性研究郭晓慧
流化床中介质的流态化特性研究
Ａ
变更 部 分 的流 程 如 图 ２所 示 。
１ 一罗茨鼓风机 ；２ —气体流量计 ；３ 一 流化床 反应器 ；４ —布风板 ；５ 一ｕ 型压差计
圈２ 冷态试 验台的工艺流程
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２— ０ ６—１ １ 基金项 目： 国家林业局“ ９ ４ ８ ” 引进项 目（ 编号 ： ２ ０ １ ２— ４—１ ９） ； 国家农
（ 北京林业大学工学院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ）
摘要 ： 在生物质热裂解技术 中 ， 介质作为流化床中生物质反应 的载体 ， 其流态化特性的好坏是制取 高品质生物 油 的决 定性 因素之一 。分别对石英砂 、 陶瓷球 、 高铝矾土 ３种 常用介质进行不 同粒径条件下 的冷态流化 特性试验 ， 比较
技术 ， 它能够将难以利用 的固体生物质转 化为液态生物油 ， 这 种油经过处理可代替石油做化 工原料和燃料 等 ， 有 助于缓解
能源压力 ， 同时减少环境污染 。生物质 热裂解 的副产 品清洁
燃气和 固体炭 ， 可用来做气体燃料 、 活性炭和 固体燃料 ， 整个
热裂解过程基本无废物排放 ， 发展生 物质热裂解技术 具有广
． ． — —２ ４ ３－ － — —
入流化状态 ， 压 差 在 大 于 临 界 流 化 速 度之 后 几 乎 不 再变 化 ， 呈
２ ． １ ． １ 试验原理
流态化是 一种 因流 体 由下 向上流过 固
水平直线 。但在试验过程中发现石英砂（ ０ ． ２ ０— ０ ． ４ ５ ｍ ｍ） 在 聚式流态化阶段时 已有部分砂子 飞出 ， 将 连接在后 面的过滤
１ ６ ３． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
介质的流态化特性 主要影响因素是介质 的种类及其粒径
固体流态化的流动特性实验
固体流态化的流动特性实验（示范实验）1、实验目的在环境工程专业，经常有流体流经固体颗粒的操作，诸如过滤、吸附、浸取、离子交换以及气固、液固和气液固反应等。
凡涉及这类流固系统的操作，按其中固体颗粒的运动状态，一般将设备分为固定床、移动床和流化床三大类。
近年来，流化床设备得到愈来愈广泛的应用。
固体流态化过程又按其特性分为密相流化和稀相流化。
密相流化床又分为散式流化床和聚式流化床。
一般情况下，气固系统的密相流化床属于聚式流化床，而液固系统的密相流化床属于散式流化床。
①通过本实验，认识与了解流化床反应器运行。
掌握解流化床反应器启动中物料的连续流化方法及其测定的主要内容，掌握流化床与固定床的区别，掌握鼓泡流化床与循环流化床在本质上的差异。
②测定流化床床层压降与气速的关系曲线本实验的目的，通过实验观察固定床向流化床转变的过程，以及聚式流化床和散式流化床流动特性的差异；实验测定流化曲线和流化速度，并试验验证固定床压降和流化床临界流化速度的计算公式。
通过本实验希望能初步掌握流化床流动特性的实验研究方法，加深对流体流经固体颗粒层的流动规律和固体流态化原理的理解。
2、实验装置与实验原理介绍流化床反应器是一种易于大型化生产的重要化学反应器。
通常是指反应物料悬浮于从下而上的气流或者液流之中，气体或者液体中的成分在与反应物料的接触中发生反应。
流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉（见煤气化炉）。
目前，流化床反应器已在电力、化工、石油、冶金、核工业等行业得到广泛应用。
与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是：①可以实现固体物料的连续输入和输出；②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制，特别适用于强放热反应；③便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程的进行，石油流化床催化裂化的迅速发展就是这一方面的典型例子。
然而，由于流态化技术的固有特性以及流化过程影响因素的多样性，对于反应器来说，流化床又存在明显的局限性：①由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动，无论气相或固相都存在着相当广的停留时间分布，导致不适当的产品分布，阵低了目的产物的收率；②反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了反应转化率；③由于固体反应物料在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使物料加速粉化，加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量细粒反应物料的带出，造成明显的反应物料流失；④床层内的复杂流体力学、传递现象，使过程处于非定常条件下，难以揭示其统一的规律，也难以脱离经验放大、经验操作。
流化床反应器的特性测定
流化床反应器的特性测定前言流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。
在用于气固系统时，又称沸腾床反应器。
流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉（见煤气化炉）；但现代流化反应技术的开拓，是以40年代石油催化裂化为代表的。
目前，流化床反应器已在化工、石油、冶金、核工业等部门得到广泛应用。
一、实验目的流化床反应器的重要特征是细颗粒催化剂在上升气流作用下作悬浮运动,固体颗粒剧烈地上下翻动。
这种运动形式使床层内流体与颗粒充分搅动混和，避免了固定床反应器中的热点现象，床层温度分布均匀。
然而，床层流化状态与气泡现象对反应影响很大，尽管有气泡模型与两相模型的建立，但设计中仍以经验方法为主。
本实验旨在观察和分析流化床的操作状态，目的如下：(1) 观察流化床反应器中的流态化过程(2) 掌握流化床压降的测定并绘制压降与气速的关系图(3) 计算临界流化速度及最大流化速度,并与实验结果作比较二、实验原理与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是：①可以实现固体物料的连续输入和输出；②流体和颗粒的运动使床层具有良好，关系图的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制,特别适用于强放热反应；③便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程的进行，石油馏分催化流化床裂化的迅速发展就是这一方面的图 1-1 气体流化床的实际ΔP -u 典型例子。
流化床存在的局限性:①由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动，无论气相或固相都存在着相当广的停留时间分布，导致不适当的产品分布，阵低了目的产物的收率；②反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了反应转化率；③由于固体催化剂在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使催化剂加速粉化，加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量细粒催化剂的带出，造成明显的催化剂流失。
流化床颗粒接收器内流动与传热特性数值模拟研究
流化床颗粒接收器内流动与传热特性数值模拟研究太阳能作为一种清洁可再生能源未来很有可能代替传统的化石燃料,太阳能热利用技术应运而生,其中聚光太阳能发电技术近年来得到迅速发展,提供了一种可再生能源转换系统。
接收器是聚光太阳能发电系统的关键部分,决定着整个系统的热电转换效率。
目前对于接收器的研究主要集中于如何通过改进接收器结构来改善传热介质的流动特性,从而获得高温介质,提高接收器热电转换效率。
本文对流化床颗粒接收器内颗粒流动特性进行相关性的研究,采用数值模拟方法分别研究了稀疏和稠密颗粒相在流化床接收器内的流动和传热特性。
基于欧拉-拉格朗日方法对太阳能流化床颗粒接收器中的气固两相流动进行建模,分别采用离散颗粒模型(Discrete Phase Model,DPM)和稠密离散颗粒模型(Dense Discrete Phase Model,DDPM)对接收器中稀疏和稠密颗粒进行描述,在稠密颗粒流中考虑了颗粒碰撞,模型中通过离散单元模型(Discrete Element Model,DEM)进行封闭。
辐射源相和接收器内辐射场的相互作用通过Solar Load 模型和离散坐标模型(Discrete Ordinate,DO)描述。
基于DPM方法对内循环流化床内稀疏颗粒流动和传热过程进行数值模拟,分析了稀疏颗粒在接收器内的宏观运动以及颗粒运动特性对温度场的影响,对比分析了不同气体质量流量下的颗粒运动和传热特性。
得出在气体进口流量增大时,颗粒和气体在接收器内的再循环特性增强,传热效果也增强。
传热介质的热传递系数和颗粒的吸收系数随颗粒体积分数增加而增加。
基于DDPM-DEM方法对双腔式内循环流化床接收器内的稠密颗粒运动和传热过程进行数值模拟,模型中考虑了颗粒的流动、碰撞和传热作用。
分析了稠密颗粒在该接收器内的流动特性,以及稠密颗粒循环流对传热效果的影响。
得出稠密颗粒内循环流动可以增强接收器列颗粒与气体之间的热传递效果,同时接收器内的温度分布也更加的均匀,颗粒温度和气体温度得到很大提高,分别达到1400K和1200K。
实验2 气固流化床反应器的流化特性测定
3100105025 化工1003 李文博实验二 气固流化床反应器的流化特性测定一、 实验目的1. 观察了解气固流化床反应器中不同气速下固体粒子的流化状况，建立起对流态化过程的感性认识。
2. 了解和掌握临界流化速度U mf 的测量原理、方法和步骤，明确细粒子流化床的基本特性。
3. 进一步理解两相理论以及临界流化速度与起始鼓泡速度的区别。
二、实验原理1．在气固流化床反应器中，气体通过床层的压力降△P 与空床速度U 0之间的关系能够很好地描述床层的流化过程。
如图1所示：气体自下向上流过床层。
当气速很小时，气体通过床层的压力降△P 与空床速度U 0在对数坐标图上呈直线关系（图1中的AB 段）；当气速逐渐增大到△P 大致等于单位面积的重量时，△P 达到一极值（图1中P 点）；流速继续增大时，△P 略有降低；此后床层压力降△P 基本不随流速而变。
此时将流速慢慢降低，开始时与前一样△P 基本不变，直到D 点以后，△P 则随流速的降低而降低，不再出现△P 的极大值，最后，固体粒子又互相接触，而成静止的固定床。
2．在一正常速度下，处于正常流化的流化床，如果突然关闭气源，则由于床层中有气泡存在，以气泡形式存在的气体首先迅速逸出床层，床层高度迅速下降；而后是浓相中的气体逸出，床层等速下降；最后是粒子的重量将粒子间的部分气体挤出，床层高度变化很小。
由此可得其床层高度随时间变化的崩溃曲线（如图2所示）。
因此，可以设想，如果床层中图1 △P ～ U 关系log Ul o g △P1 2 3 4 6 5 t (sec) 260 270 280290300H TH D H D图2 H T ～ t 关系没有气泡，则床层一开始就随时间等速下降，所以，将上述崩溃曲线中的等速部分外推到t=0处时的床层高度，即为浓相床层的高度H D 。
这样，只要重复上述过程，多做几条崩溃曲线，总可以找到一条曲线，这条曲线正好无气泡逸出段，开始就是等速下降的起点。
流化床内颗粒流体两相流的CFD模拟
万方数据万方数据万方数据万方数据万方数据第９期张锴等：流化床内颗粒流体两相流的ＣＦＤ模拟时难以获得颗粒的真实堆积率，因此研究者们需要假设最大颗粒堆积率，如洪若瑜等［４９’５６巧７１采用ｏ．５５，Ｃｈｅｎ等№１４３取ｏ．６０，Ｌｅｔｔｉｅｒｉ等［４５］选Ｏ．６２。
３．１液固体系在Ｏ．５ｍ（高）×０．１ｍ（宽）的二维流化床考察了液（ＩＤｌ＝１０００ｋｇ・ｍ一，产ｌ一１．ｏ×１０－３Ｐａ・ｓ）固（佛＝３０００ｋｇ・ｍ～，或一２．５×１０－３ｍ）体系内网格尺度、时间步长和收敛判据对床层固含率分布特性的影响。
结果表明：（１）从整体来看网格数目和时间步长对床层固含率分布的影响不大，但是从局部放大图可以发现，当网格数目（１０×５０和１５×７５）较少时，平衡时垂直方向上的固含率出现振荡，且１０×５０网格的振荡幅度大于１５×７５的网格，而网格数目（２０×１００和３０×１５０）较多时，床层固含率趋于均匀分布特征；（２）通过对０．０１、Ｏ．００５、０．００１、Ｏ．Ｏ００５ｓ和Ｏ．ｏ００１ｓ时间步长的模拟表明，ｏ．００１ｓ时间步长给出了更适宜的模拟结果；（３）收敛判据取１０一、１０－６和１０＿。
，所得模拟结果几乎完全一致，详细结果见文献［５８］。
３．２气固体系首先采用摄像法考察了图２所示中心孔口为Ｏ．０１０ｍ的２．Ｏｍ（高）×Ｏ．３ｍ（宽）拟二维流化床内射流形成及发展过程、射流穿透深度和射流频率。
实验以常温和常压下的空气为流化介质，ＧｅｌｄａｒｔＢ类物料的玻璃珠（佛＝２５５０ｋｇ・ｍ一，矾一２５０～３００肛ｍ，“ｍｆ一０．０７ｍ・ｓ－１）为固体。
通过对射流气速为７．０７ｍ・ｓ。
１的１２００张图像进图２实验装置流程示意图Ｆｉｇ．２｛ｋｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｐｐａｒａｔｕｓ行逐帧分析，发现当时间为ｏ．０２５ｓ时射流已经形成并开始逐渐长大，到ｏ．１５０ｓ时，该射流在分布器上方脱落形成气泡，并有新的射流产生。
流化床内颗粒与流体间传热研究进展
流化床内颗粒与流体间传热研究进展王伟文;谢建照;董纪鹏;张自生【摘要】The heat transfer between fluid and particles is mainly in the import section of the fluidized bed,and the coefficient of heat transfer between fluid and particles is closely related to the flow state around the granule.Through a large number of experiments,researchers expressed the coefficient of heat transfer between the fluid and particle by dimensionless quantity of hydromechanics,fluid physical parameters and heat transfer.Four methods about research of the coefficient of heat transfer between particles-fluid,heat transfer mechanism of gas-solid two-phase flow and heat transfer coefficient correlations which has been widely applied were summarized,the research direction and difficulty were put forward at the end.%流化床中流体与颗粒间的传热主要发生在流化床的进口部分,流体与颗粒间传热系数的大小与流体在颗粒周围空隙间的流动状态密切相关.研究者们经过大量实验,采用流体流动准数、流体物性参数和传热准数拟合回归出表达颗粒与流体间的传热系数的关联式.总结了四种研究颗粒与流体间传热系数的方法、气固两相流的传热机理和应用较为广泛的传热系数关联式,并进一步提出了研究目标和难点.【期刊名称】《化工科技》【年(卷),期】2017(025)004【总页数】5页(P65-69)【关键词】流化床;两相流;传热系数;关联式【作者】王伟文;谢建照;董纪鹏;张自生【作者单位】青岛科技大学化工学院,山东青岛266042;青岛科技大学化工学院,山东青岛266042;青岛科大隆腾科技发展有限公司,山东青岛266042;青岛科技大学化工学院,山东青岛266042【正文语种】中文【中图分类】TQ051.1+3从第一台流态化工业装置Winkler煤气化炉出现至今，对流态化技术的研究已有近百年历史。
不同干燥方式对颗粒粉体性质的影响
不同干燥方式对颗粒粉体性质的影响马秀娟ꎬ付清爽ꎬ路静ꎬ成佳慧(山东齐都药业有限公司ꎬ山东淄博２５５４００)摘要:目的㊀探究不同干燥方式对颗粒粉体性质的影响ꎮ方法㊀采用相同的处方进行制粒ꎬ采用真空干燥ꎬ烘箱干燥及流化床干燥ꎬ测定不同干燥方式所得颗粒的流动性指数ꎬ综合评价不同干燥方式所得颗粒的粉体性质ꎮ结果㊀三者中烘箱干燥产物的流动性最好ꎬ可压性无明显区别ꎮ结论㊀不同干燥工艺造成了干燥产物粉体性质的差异ꎮ关键词:真空干燥ꎻ流化床干燥ꎻ烘箱干燥ꎻ粉体性质中图分类号:ＴＱ４６０.６㊀文献标志码:Ａ㊀文章编号:２０９５－５３７５(２０２３)０６－０３７７－００４ｄｏｉ:１０.１３５０６/ｊ.ｃｎｋｉ.ｊｐｒ.２０２３.０６.００４ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｒｙｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇｒａｎｕｌａｒｐｏｗｄｅｒＭＡＸｉｕｊｕａｎꎬＦＵＱｉｎｇｓｈｕａｎｇꎬＬＵＪｉｎｇꎬＣＨＥＮＧＪｉａｈｕｉ(ＳｈａｎｄｏｎｇＱｉｄｕＰｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＺｉｂｏ２５５４００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ㊀Ｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｒｙｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇｒａｎｕｌａｒｐｏｗｄｅｒ.Ｍｅｔｈｏｄｓ㊀Ｕｓｅｔｈｅｓａｍｅｐｒｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｆｏｒｇｒａｎｕｌａｔｉｏｎꎬｖａｃｕｕｍｄｒｙｉｎｇꎬｏｖｅｎｄｒｙｉｎｇａｎｄｆｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄｄｒｙｉｎｇꎬｔｈｅｆｌｕｉｄｉｔｙｉｎｄｅｘｅｓｏｆｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｒｙｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｍｅａｓｕｒｅｄꎬａｎｄｔｈｅｐｏｗｄｅｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｒｙｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙｅｖａｌｕａｔｅｄ.Ｒｅｓｕｌｔｓ㊀Ａｍｏｎｇｔｈｅｔｈｒｅｅꎬｔｈｅｆｌｕｉｄｉｔｙｏｆｏｖｅｎ－ｄｒｉｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓｉｓｔｈｅｂｅｓｔꎬａｎｄｔｈｅｒｅｉｓｎｏｏｂｖｉｏｕｓｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙ.Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ㊀Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｒｙｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓｃａｕｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｔｈｅｐｏｗｄｅｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｄｒｉｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＶａｃｕｕｍｄｒｙｉｎｇꎻＦｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄｄｒｙｉｎｇꎻＯｖｅｎｄｒｙｉｎｇꎻＰｏｗｄｅｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ㊀㊀干燥是利用热能使物料中的湿份(水分或其他溶剂)汽化除去ꎬ从而获得干燥物品的工艺操作ꎮ干燥常应用于药物的除湿ꎬ新鲜药材的除水ꎬ以及片剂㊁胶囊剂㊁颗粒剂㊁散剂等的工业生产ꎮ干燥的目的在于使物料便于加工运输㊁贮藏和使用ꎬ保证药品的质量和提高药物的稳定性ꎮ干燥方法与设备种类繁多ꎬ常用的干燥方式主要有常压干燥㊁减压干燥及沸腾干燥ꎮ常压干燥最常用的是烘干ꎬ即将物料置于热源装置的烘房㊁烘柜或烘箱内ꎬ利用热源装置供给热能促使物料干燥的方法ꎮ此法干燥温度可以进行控制ꎬ干燥速度较快ꎬ主要用于片剂颗粒㊁胶囊剂颗粒㊁散剂㊁颗粒剂的干燥ꎮ减压干燥常用于需要干燥但又不耐高温的药物ꎮ此法除能够加速干燥ꎬ降低温度ꎬ还能使干燥产品疏松和易于粉碎ꎮ此外ꎬ由于抽去空气ꎬ从而保证了易氧化药物的稳定性ꎮ减压干燥效果取决于负压的高低(真空度)和被干燥物料的堆积厚度ꎮ沸腾干燥又叫流化干燥ꎮ主要用于湿粒状物料的干燥ꎮ此法是利用热空气流使颗粒悬浮ꎬ呈现沸腾状态ꎬ物粒的跳动增加了蒸发面ꎬ热空气在湿颗粒间通过ꎬ在动态下进行热交换ꎬ带走了水气ꎬ达到干燥目的ꎮ具有效率高ꎬ速度快ꎬ产量大的特点ꎬ对单一产品可连续生产ꎬ沸腾干燥室密封性好ꎬ产品纯度易于保证[１]ꎮ制粒作为药品生产中的关键加工单元ꎬ其质量会随着生产工艺传递至最终产品ꎬ进而影响产品质量[２]ꎮ干燥同样是药品生产过程中的关键加工单元ꎬ不同的干燥方式会对颗粒造成不同的影响ꎮ颗粒的物理属性是颗粒质量的重要方面ꎬ包括粒径㊁密度㊁孔隙率等微观特征ꎬ以及由这些微观特征所决定的均一性㊁堆积特性㊁流动性等宏观特性ꎮ其中ꎬ松密度ꎬ振实密度常常作为粉体的质量指标ꎬ休止角㊁压缩度等可以反映粉体的流动性ꎬ颗粒中的水的质㊀作者简介:马秀娟ꎬ女ꎬ主管药师ꎬ研究方向:药物制剂研发ꎬＥ－ｍａｉｌ:３４８５０１３１３＠ｑｑ.ｃｏｍ通信作者:付清爽ꎬ男ꎬ工程师ꎬ研究方向:药物制剂研发ꎬTel:183****4160ꎬE－ｍａｉｌ:ｑｄｒｄｆｕｑｉｎｇｓｈｕａｎｇ＠１６３.ｃｏｍ量分数也是表征粉体质量的重要参数[３]ꎮ粉体学性质不仅可考察物料固有理化性质ꎬ更能为制剂的处方设计和工艺筛选提供指导ꎮ颗粒的流动性好ꎬ可阻止压片过程中各成分的离析ꎬ增加片剂含量的均匀度ꎻ流动性差ꎬ则压片时ꎬ填充㊁混匀效果不理想ꎮ颗粒可压性好ꎬ可使片剂具有适宜的机械性质ꎻ可压性差ꎬ则易发生裂片㊁碎片[４]ꎮ本试验结合质量源于设计(ＱＢＤ)的理念ꎬ以颗粒质量为目标ꎬ其流动性㊁可压性为关键质量属性ꎬ分析不同干燥方式对颗粒质量的影响ꎬ现介绍如下ꎮ１㊀仪器与试药１.１㊀仪器㊀ＨＬＳＧ－３０Ｐ高效制粒混合机(浙江明天机械有限公司)ꎻ２０２型电热恒温鼓风干燥箱(山东潍坊精鹰医疗器械有限公司)ꎻＤＺＦ－６０２０真空干燥箱(北京雅士林实验设备有限公司)ꎻＷＢＦ－２Ｇ型多功能流化床(重庆英格造粒包衣技术有限公司)ꎻＦＺＢ－１５０粉碎整粒机(浙江小伦制药机械有限公司)ꎻＺＰ１０Ａ旋转式压片机(北京国药龙立科技有限公司)ꎻＳＹ－３片剂多用测定仪(上海黄海药检仪器有限公司)ꎻＢＴ－１００１智能粉体特性测试仪(丹东百特仪器有限公司)ꎻＬＨＳ１６－Ａ烘干法水分测定仪(上海精密科学仪器有限公司)ꎻＰＬ４０３电子天平[梅特勒－托利多仪器(上海)有限公司]ꎮ１.２㊀试药㊀微晶纤维素(安徽山河药用辅料股份有限公司ꎬ批号:２００６１１)ꎻ乳糖(ＦｒｉｅｓｌａｎｄＣａｍｐｉｎａＤＭＶＢ.Ｖ.ꎬ批号:１０５０ＦＲＫ)ꎻ聚维酮(安徽山河药用辅料股份有限公司ꎬ批号:２００６２３)ꎻ交联羧甲基纤维素钠(ＪＲＳＰｈａｒｍａＧｍｂＨ＆Ｃｏ.ＫＧꎬ批号:３２０１０１９３１３５)ꎻ硬脂酸镁(厂家:安徽山河药用辅料股份有限公司ꎬ批号:２１０２２８)ꎮ２㊀方法与结果２.１㊀工艺介绍２.１.１㊀制粒㊀使用ＨＬＳＧ－３０Ｐ高效制粒混合机进行制粒ꎬ将微晶纤维素㊁乳糖㊁聚维酮㊁交联羧甲基纤维素钠投入制粒机中ꎬ低速搅拌㊁剪切３ｍｉｎꎬ加入适量纯化水ꎬ继续低速搅拌㊁剪切４ｍｉｎꎬ最后ꎬ高速搅拌㊁剪切１ｍｉｎꎬ得湿颗粒ꎮ将湿颗粒均匀分为３份ꎮ２.１.２㊀烘箱干燥㊀将其中一部分湿颗粒使用电热恒温鼓风干燥箱进行干燥ꎬ将湿颗粒均匀分散在托盘上ꎬ采用４０ħ进行干燥ꎬ开启鼓风ꎬ１５ｍｉｎ翻料１次ꎬ干燥至水分为３.２％停止干燥ꎬ记为样品１ꎮ２.１.３㊀减压干燥㊀将其中一部分湿颗粒使用ＤＺＦ－６０２０真空干燥箱进行干燥ꎬ将湿颗粒均匀分散在托盘上ꎬ采用４０ħ进行干燥ꎬ压力为２.６７ｋＰａꎬ干燥至水分为３.０％停止干燥ꎬ记为样品２ꎮ２.１.４㊀流化床干燥㊀将其中一部分湿颗粒使用ＷＢＦ－２Ｇ型多功能流化床进行干燥ꎬ干燥温度为４０ħꎬ干燥至水分为３.２％ꎬ停止干燥ꎬ记为样品３ꎮ２.１.５㊀粉碎混合㊀采用ＦＺＢ－１５０粉碎整粒机进行粉碎整粒ꎬ样品１㊁样品２与样品３均使用相同的整粒频率㊁整粒筛网进行整粒ꎮ加入相同量的硬脂酸镁后ꎬ采用相同参数进行混合ꎮ２.２㊀粉体特性检测及综合评价２.２.１㊀流动性㊀采用智能粉体特性测试仪测定颗粒的休止角㊁压缩度㊁平板角(也称抹刀角)㊁均齐度等指标ꎬ计算流动性指数ꎬ综合评价颗粒的流动性ꎮ２.２.１.１㊀松密度(Ｄ０)㊀松密度(固定体积法):取干净１００ｍＬ量杯放在天平上进行称量ꎬ读取空杯质量ꎮ将称量后的空杯放到仪器中的接料盘上ꎬ开启进料ꎬ样品通过出料口落入量杯中ꎬ当样品充满量杯并溢出后ꎬ停止进料ꎬ用刮板将多余的料刮出ꎬ并用毛刷将量杯外的粉扫除干净ꎬ用天平称量量杯与粉体的总质量ꎬ仪器自动计算出松密度ꎮ重复上述操作ꎬ测定３次ꎬ数据见表１ꎮ表１㊀样品松密度(ｇ ｃｍ－３)样品样品１样品２样品３第一次测量０.５７９１０.５２３１０.５９６６第二次测量０.５８１４０.５１４６０.５９１１第三次测量０.５７９２０.５２２２０.５８３６平均值０.５８０００.５２０００.５９００２.２.１.２㊀振实密度(Ｄｆ)㊀振实密度(固定体积法):取干净１００ｍＬ量杯放在天平上进行称量ꎬ将１００ｍＬ量杯与１００ｍＬ延长筒连接ꎬ向量杯中加入样品(样品量要达到延长筒的一半以上)ꎬ盖上盖(防止样品飞溅)ꎬ再将量杯固定到振动组件上ꎬ放到仪器指定位置中ꎮ振动５ｍｉｎ后ꎬ用刮板将多余的料刮出ꎬ并用毛刷将量杯外的粉扫除干净ꎬ用天平称量量杯与粉体的总质量ꎬ仪器自动计算出振实密度ꎮ重复上述操作ꎬ测定３次ꎬ数据见表２ꎮ表２㊀样品振实密度(ｇ ｃｍ－３)样品样品１样品２样品３第一次测量０.６７３３０.６７３６０.６８５２第二次测量０.６７９６０.６６９８０.６９５１第三次测量０.６８０８０.６７２１０.６８７９平均值０.６７８００.６７２００.６８９０２.２.１.３㊀休止角㊀将样品添加至加料漏斗中ꎬ启动进料ꎬ样品经出料口洒落到休止角平台上并逐渐形成锥体ꎮ当样品落满样品平台呈对称的圆锥体且在平台周围都有粉体落下时停止加料ꎮ进料完成后ꎬ仪器将自动拍摄图像并计算休止角ꎮ重复上述操作ꎬ测定３次ꎬ数据见表３ꎮ表３㊀样品休止角(ʎ)样品样品１样品２样品３第一次测量３５.１８６４１.１５８３８.３６９第二次测量３６.１０６４２.５５４３９.１１２第三次测量３５.２２５４２.７２０３８.８９９平均值３５.５０６４２.１４４３８.７９３２.２.１.４㊀平板角㊀平板角:用小勺将待测样品轻轻撒在接料盘中埋没平板ꎬ埋没平板粉的厚度要达到或超过堆料组件边沿的高度ꎮ注意加料时保持样品的自然松散状态ꎬ不要压或者整理接料盘中样品堆积的形状ꎮ开始测量后ꎬ接料盘会自动下落ꎬ拍摄平板上的粉体图像并进行分析计算ꎬ然后会进行１次敲击并再次拍摄图像并计算ꎮ重复上述操作ꎬ测定３次ꎬ数据见表４ꎮ表４㊀样品平板角(ʎ)样品样品１样品２样品３第一次测量３９.１５２４８.５７９４８.３３２第二次测量４０.０１２４７.９８４４７.３２１第三次测量３９.２３６５０.４６０４７.６９５平均值３９.４６７４９.００８４７.７８３２.２.１.５㊀粒度分布㊀按照顺序输入每级筛子的孔径ꎬ从第七层到第一层依次为１４００㊁８５０㊁３５５㊁２５０㊁１８０㊁１５０㊁７５μｍꎮ称量每一级筛子的重量ꎬ然后按照顺序安装固定在仪器上ꎮ称取１０ｇ样品ꎬ加入最上层ꎬ开启振动ꎮ结束后ꎬ再将每层筛子慢慢取下ꎬ依次在天平上称重ꎮ都读取完成后ꎬ便可得到筛分结果ꎬ数据见表５ꎮ表５㊀样品粒度分布(μｍ)样品样品１样品２样品３Ｄ１０Ｄ６０Ｄ１０Ｄ６０Ｄ１０Ｄ６０结果８９.９６２５５.５３７６.５４２４４.３６５５.２９２２０.３３２.２.１.６㊀压缩度㊀压缩度指粉体被压缩的能力ꎬ根据公式(１)计算压缩度ꎮ压缩度＝Ｄｆ－ＤｏＤｏˑ１００％(１)压缩度反映了粉体的流动性ꎬ压缩度小于２０％时ꎬ粉体的流动性好ꎬ压缩度增大时流动性下降[５]ꎬ结果如表６ꎮ表６㊀样品压缩度(％)样品样品１样品２样品３结果１４.４５４２９.２３１１６.７８０２.２.１.７㊀均齐度㊀均齐度指颗粒粒度分布的宽度ꎬ根据公式(２)计算均齐度ꎬ结果如表７ꎮ２.２.１.８㊀流动性评价[６]㊀使用Ｃａｒｒ指数法(见表８)计算粉体流动性指数ꎮ根据颗粒休止角㊁压缩度㊁平板角㊁均齐度等指标测定结果ꎬ计算颗粒流动性指数(ＦＷ)ꎬ来综合评价颗粒的流动性ꎮ均齐度＝Ｄ６０/Ｄ１０(２)表７㊀样品均齐度样品样品１样品２样品３结果２.８４０３.１９３３.９８５表８㊀流动性指数流动性评价流动性指数ＦＷ休止角/ʎ压缩度(％)平板角(ʎ)均齐度测试值指数Ｆ１测试值指数Ｆ２测试值指数Ｆ３测试值指数Ｆ４好９０~１００<２５２６~２９３０２５２４２２.５<５６~９１０２５２３２２.５<２５２６~３０３１２５２４２２.５１２~４５２５２３２２.５８０~８９３１３２~３４３５２２２１２０１１１２~１４１５２２２１２０３２３３~３７３８２２２１２０６７８２２２１２０７０~７９３６３７~３９４０１９.５１８１７.５１６１７~１９２０１９.５１８１７.５３９４０~４４４５１９.５１８１７.５９１０~１１１２１９１８１７.５６０~６９４１４２~４４４５１７１６１５２１２２~２４２５１７１６１５４６４７~５６６０１７１６１５１３１４~１６１７１７１６１５４０~５９４６４７~５４５５１４.５１２１０２６２７~３０３１１４.５１２１０６１６２~７４７５１４.５１２１０１８１９~２１２２１４.５１２１０２０~３９５６５７~６４６５９７５３２３３~３６３７９.８７５７６７７~８９９０９.５７５２３２４~２６２７９.５７５差０~１９６６６７~８９９０４.５２０３８３９~４５>４５４.５２０９１９２~９９>９９４.５２０２８２９~３５>３５４.５２０㊀㊀根据公式(３)计算流动性指数ＦＷꎮＦＷ＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４(３)式中:ＦＷ为流动性指数ꎬＦ１为休止角指数ꎬＦ２为压缩度度指数ꎬＦ３为平板角指数ꎬＦ４为均齐度指数ꎮ使用不同的干燥方式对粉体流动性的影响较大ꎬ使用烘箱干燥颗粒流动性最佳ꎬ使用流化床干燥颗粒流动性次之ꎬ使用减压干燥颗粒流动性最差ꎮ２.２.２㊀可压性㊀可压性与粉体颗粒形变机制㊁颗粒形状大小有关ꎬ颗粒间结合面积越大ꎬ则粉体的压缩性越好[７]ꎮ成型性表示药物粉体在一定压力下紧密结合成片剂的能力ꎬ通常采用一定压力下抗张强度和施加于粉体的压力之间的关系进行评价ꎬ一定压力下ꎬ能形成较高抗张强度的粉体ꎬ具有较好的成型性[８]ꎮ成型性与粉体颗粒表面性质有关ꎬ颗粒间结合强度越高则粉体成型性越好[９]ꎮ表９㊀流动性评价样品样品１样品２样品３流动性指数８３６７７５㊀㊀采用ＺＰ１０Ａ旋转式压片机进行压片ꎬ采用ＳＹ－３片剂多用测定仪对片剂的硬度进行检测ꎬ通过计算抗张强度ꎬ对颗粒进行可压性评价ꎮ２.２.２.１㊀抗张强度㊀抗张强度ꎬ即片剂破裂或断裂前能抵抗的最大张力ꎬ被广泛用来评价片剂的强度ꎬ其大小反映了物料结合力和压缩成型性的好坏ꎬ相同压力下ꎬ抗张强度越大ꎬ成型性越好[１０]ꎮ采用ＺＰ１０Ａ旋转式压片机在相同的压力下压片ꎬ置于干燥器中２４ｈꎬ待完全弹性复原后测量平片的径向破碎力Ｆ㊁直径Ｄ㊁厚度Ｌꎬ利用以下公式(４)计算片剂的抗张强度ꎮ数据如下表(ｎ＝６)ꎮＴＳ＝２ＦπＤＬ(４)表１０㊀样品抗张强度样品样品１样品２样品３直径/ｍｍ９９９厚度/ｍｍ６.１８６.２２６.２４破碎力/Ｎ７８.４７９.１７７.４抗张强度/ＭＰａ０.８９８０.９０００.８７８２.２.２.２㊀可压性评价㊀通过采用相同的压力㊁相同的冲模进行压片ꎬ并测量径向破碎力及片厚ꎮ通过对比ꎬ样品１㊁样品２及样品３的抗张强度基本一致ꎮ不同的干燥方式不会对物料的可压性造成影响ꎮ３ 讨论通过对不同干燥方式获得的粉体进行研究ꎬ对比三者的流动性及可压性ꎮ干燥方式的不同会影响物料的流动性ꎬ烘箱干燥样品流动性最优ꎬ流化床干燥样品流动性次之ꎬ减压干燥样品的流动性最差ꎮ干燥方式对物料的可压性影响较小ꎬ三者的抗张强度几乎没有差异ꎮ烘箱干燥对温度控制准确ꎬ干燥速率较快ꎬ得到的颗粒性质最优ꎬ但效率低于流化床干燥ꎮ流化床干燥具有效率高ꎬ速度快ꎬ产量大的特点ꎬ对单一产品可连续生产ꎬ但得到的颗粒比较小ꎬ流动性一般ꎮ减压干燥常用于不耐高温的样品干燥ꎬ得到的颗粒流动性最差ꎮ参考文献:[１]㊀张炳胜ꎬ王峰.药物制剂技术[Ｍ].北京:中国医药科技出版社ꎬ２０１５:６２－６５.[２]ＭＡＤＥＲＵＥＬＯＣꎬＺＡＲＺＵＥＬＯＡꎬＬＡＮＡＯＪＭ.Ｃｒｉｔｉｃａｌｆａｃｔｏｒｓｉｎｔｈｅｒｅｌｅａｓｅｏｆｄｒｕｇｓｆｒｏｍｓｕｓｔａｉｎｅｄｒｅｌｅａｓｅｈｙ￣ｄｒｏｐｈｉｌｉｃｍａｔｒｉｃｅｓ[Ｊ].ＪＣｏｎｔｒｏｌＲｅｌｅａｓｅꎬ２０１１ꎬ１５４(３):２－１９.[３]刘涛ꎬ付春梅ꎬ唐玉ꎬ等.不同干燥方式对桑枝提取物物理指纹图谱及其总黄酮含量的影响[Ｊ].中国实验方剂学杂志ꎬ２０１８ꎬ２４(２０):６５－６９.[４]韩天燕ꎬ刘强ꎬ张万年ꎬ等.仙曲片粉体学性质考察及处方设计[Ｊ].中成药ꎬ２０２０ꎬ４２(８):１９８２－１９８６. [５]李洁ꎬ杜若飞ꎬ冯怡.中药浸膏粉物理性质与干法制粒工艺的相关性研究[Ｊ].中国中药杂志ꎬ２０１１ꎬ３６(１２):１６０６－１６０９.[６]国家市场监督管理总局.ＧＢ/Ｔ３１０５７.３－２０１８颗粒材料物理性能测试第３部分:流动性指数的测量[Ｓ].北京:中国标准出版社ꎬ２０１９.[７]王晨光ꎬ邓丽ꎬ施春阳ꎬ等.药物粉体可压性影响因素及改善策略[Ｊ].中国药学杂志ꎬ２０１３ꎬ４８(１１):８４５－８４９. [８]ＵＰＡＤＨＹＡＹＰＰꎬＳＵＮＣＣꎬＢＯＮＤＡＤ.Ｒｅｌａｔｉｎｇｔｈｅｔａｂｌｅｔｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｐｉｒｏｘｉｃａｍｐｏｌｙｔｙｐｅｓｔｏｔｈｅｉｒｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｕｓｉｎｇｅｎｅｒｇｙ ｖｅｃｔｏｒｍｏｄｅｌｓ[Ｊ].ＩｎｔＪＰｈａｒｍꎬ２０１８ꎬ５４３(１/２):４６－５１.[９]何英蒙ꎬ皮超ꎬ魏郁梦.粉体粒子的物理性质对片剂压缩成型性的影响[Ｊ].中国医药工业杂志ꎬ２０１９ꎬ５０(５):４７８－４８９.[１０]岳国超ꎬ陈丽华ꎬ管咏梅ꎬ等.新型直压辅料的粉体学性质评价[Ｊ].中国药房ꎬ２０１４ꎬ２５(９):８３３－８３６.(收稿日期:２０２３－０１－１４)。
流化床内生物质石英砂双组分混合流动混沌递归分析
流化床结晶器中流体动力学状态影响因素的分析
ϕα Sα + ∑ cαβ (Φβ − Φα ) + ∑ (mαβΦβ − m βα Φα )
β =1 β =1
Np
Np
⋅
⋅
(1)
式中： α 和 β 分别表示不同的相； Np 为相的数目； U为 矢量流速； φ 为相的体积分数． Cαβ(Φβ-Φα)为α 和 β 相间参数 Φ 的相间传递通量． 因而 cαα ＝ 0 ， cαβ ＝ cβα． 因此， 所有相的相间转移之和为 0． 在多相流模型中， 每个相的体积分数， 即每个 相所占空间， 可以通过质量守恒定律来计算， 以α 相 为例描述质量平衡的连续性方程为 ∂ (2) (ϕα ρα ) + ∇ ⋅ [ϕα ραU α ] = 0 ∂t 描述 α 相流动速度的分布， 可以通过动量守恒 定律来计算， 方程为 ∂ (ϕα ραU α ) + ∇ ⋅ [ϕα ( ραU α ⊗ U α − ∂t μeff ,α (∇Uα + (∇U α )T )] =
1 模 型
CFD 使用有限体积法求解描述流体流动过程中 的动量、 热量和质量传递偏微分方程． 为了解结晶器 内的流体动力学状态及固体颗粒分布情况， 在模拟中 使用多相流场模型． 描述多相流场的主要方程可用下式表示： ∂ (ϕα ραΦα ) + ∇ ⋅ [ϕα ( ραU αΦα − Γα ∇Φα )] = ∂t
可以看出， 在导流筒附近明显存在着液体循环， 这有利于颗粒悬浮和晶体成长． 在结晶器上部可以发 现小漩涡 ， 随着 颗粒密度减 小 ， 漩涡越 来 越 明 显 ． 这 将导致过多晶体颗粒在此形成局部循环， 造成过多成 核； 并且会增加晶体在结晶器中的停留时间， 影响产 品的尺寸． 从图 3 能看出， 晶体的体积分数在导流筒 附近分布较为一致． 随着颗粒密度增加， 在导流筒附 近的积累值也随之增加， 但颗粒悬浮的最大高度随之 下降． 这意味着， 密度较高的颗粒在结晶器中有较多 的停留时间， 有利于晶体成长为粒径较大的产品．
污水处理循环流化床流动特性的数值模拟及结构优化设计
污水处理循环流化床流动特性的数值模拟及结构优化设计循环流化床是一种较新型的污水处理设备,具有良好的气-液-固三相混合效果和优越的循环流动性能,其应用范围也越来越广泛。
对循环流化床流化效果的研究,除了传统的理论分析方法外,主要是通过实验和基于计算流体力学的数值模拟两种方法。
近几十年来,随着计算技术的发展,数值模拟方法具有的研究周期短、成本低的优势更为凸显。
本文根据某污水处理企业的需求,运用数值模拟方法研究了循环流化床的流场分布,并对流化床的结构进行了优化设计。
建立了污水处理用曝气式循环流化床的三维几何模型,采用欧拉三相流物理模型进行瞬态计算。
根据计算结果,分析了进气速度等工艺参数及流化床的尺度效应对流化床内流场的影响规律。
结果表明:随着进气速度的增大,空气在导流筒内的扩散效果逐渐减弱。
流场的循环流速在一定范围内随着进气速度的增大而增大。
生物固体颗粒的密度越接近液体(即水)的密度,流化效果越好。
其次研究了流化床几何尺寸的变化对流场的影响。
随着结构尺寸的增大,需要提高进气速度,给流场提供更大的能量输入,保证流场形成整体的循环流动状态。
对曝气式循环流化床进行了结构优化设计,以提高循环流化床的流化效果,避免固体颗粒的聚集。
设计了顶部导流结构,数值模拟结果表明导流结构能有效降低顶部区域液相流速的损失,对流化床循环效率具有提升效果。
同时能改变固体颗粒在流场中心聚集的状态,改善了固体颗粒在流场中的混合效果。
设计了导流筒十字分割结构,可使空气在导流筒内的分布更均匀。
针对污水处理工艺中的深度处理工艺,建立了实际尺寸的液-固两相催化流化床反应器的流体力学模型,对反应器中的流动过程进行了数值模拟,研究了固体催化剂密度、粒径、初始高度以及废水入口速度对流化效果的影响。
结果表明:降低固相颗粒的密度,有利于提高催化剂的催化作用,但颗粒密度过小时,易造成固相颗粒流化高度超过出水口。
减小催化剂颗粒的粒径,利于提高催化剂在反应器中的流化效果。
实验4 流化床基本特性的测定
实验四流化床基本特性的测定流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并使固体颗粒具有某些流体特征的一种床型，它是流态化现象的具体应用，已在化工、能源、冶金、轻工、环保、核工业等部门得到广泛应用。
化工领域中，加氢、烯烃氧化、丙烯氨氧化、费-托合成及石油的催化裂化等均采用了该技术。
因此，它是极为重要的一种操作过程。
流化床反应器的重要特征是细颗粒催化剂在上升气流作用下作悬浮运动，固体颗粒剧烈地上下翻动。
这种运动形式使床层内流体与颗粒充分搅动混和、物料连续、结构紧凑、传质速度快、传热效率高、床层温度分布均匀，避免了固定床反应器中的热点现象，但操作中会造成固体磨损、床层粒子返混严重、反应中转化率不高等现象。
一、实验目的1．通过冷模观察聚式和散式流态化的实验现象，建立起对流态化过程的感性认识。
2．了解流化床的压降分布原理，通过冷模测定流化床的特定曲线。
3．通过冷模观察得到临界流化速度和带出速度，并计算出费劳德数Fr、膨胀比和流化数。
4．掌握流化床液体停留时间分布的测定方法及实验结果分析。
二、实验原理1．流化现象流体从床层下方流入，通过图1中虚线所示的分布板而进入颗粒物料层时，随着流体流速u0的不同，会出现不同的流化现象（图1）。
(a)(b)(c)(d)(e)固定床临界流态化散式流态化聚式流态化稀相流态化图1 流化现象（1）固定床阶段流体流速较低时，固体颗粒静止不动，即未发生流化，床层属于固定床阶段（图1（a）），阻力随流体流速增大而增大。
（2）临界流化阶段流体流速继续增大，颗粒在流体中的浮力接近或等于颗粒所受重力及其在床层中的摩擦力时，颗粒开始松动悬浮，床层体积开始膨胀，当流速继续增大，几乎所有的粒子都会悬浮在床层空间，床层属于初始流化或临界流化阶段（图1（b））。
此时的流速称为临界流化速度或最小流化速度u mf。
（3）流化阶段对于液固流化床，当液速u f>u mf时，由于液体与固体粒子的密度相差不大，此种床层从开始膨胀直到气力输送，床内颗粒的扰动程度是平缓的加大的，床层的上界面较为清晰，即床层膨胀均匀且波动较小，床层属于散式流化阶段（图1（c））。
声场强化微小流化床流动特性研究
第24卷第6期高校化学工程学报No.6 V ol.24 2010 年12月 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities Dec. 2010文章编号：1003-9015(2010)06-0929-07声场强化微小流化床流动特性研究郝俊怡, 郭庆杰(青岛科技大学化工学院清洁化工重点实验室, 山东青岛 266042)摘要：在内径4.3 mm微小流化床中，考察了声场对FCC及石英砂颗粒流化质量的影响。
重点讨论了声压级与频率对微小流化床最小流化速度的影响。
结果表明，声场能改善微小流化床流化质量。
尤其对于51 μm石英砂颗粒，声场可以使其消除沟流，实现稳定流化。
声压越大，声场对微小流化床流化质量改善越明显。
最小流化速度随声压增高呈单调下降趋势。
相同声场条件下，声波对微小流化床最小流化速度数值降低幅度大于大尺度流化床。
声场对微小流化床最小流化速度的影响存在最佳频率。
但不同颗粒的最佳频率不同。
内径4.3 mm流化床，51，67，83 μm石英砂颗粒与83 μm FCC颗粒对应的最佳频率分别为90，90，140和140 Hz。
在一定的声压与频率下，声场可以降低最小流化速度约9%~21%。
对于微小流化床，床径越小，则床层空隙率越大，越有利于实现外场强化，最小流化速度的降低幅度也逐渐增大。
关键词：微小流化床；声场；最小流化速度；流态化中图分类号：TQ021.1；TQ051.13 文献标识码：AFluidization Characteristics in Micro-scale Fluidized Beds with Acoustic IntensificationHAO Jun-yi, GUO Qing-jie(Key Laboratory of Clean Chemical Process, College of Chemical Engineering,Qingdao University of Science & Technology, Qingdao 266042, China)Abstract: In a micro-scale fluidized bed (MFB) with inner diameter of 4.3 mm, the effects of adding acoustic field on the minimum fluidization velocity and fluidization quality of quartz and FCC catalyst particles were investigated. The experiment results show that the sound field added can improve the fluidization quality of the MFB; especially for quartz sand particles of 51 μm, adding sound field can disrupt channeling and stabilize the fluidization. The stronger the sound pressure applied, the more evident the improvement of the fluidization quality in the MFB, and the minimum fluidization velocity decreases monotonously with the increase of the sound pressure level. Under the same applied sound field, the decrease range of the minimum fluidization velocity in MFB is bigger than that in fluidized bed with bigger size dimension. It was found that the minimum fluidization velocities of FCC (83 μm) and three kinds of quartz sand particles (51, 67 and 83μm) have their minimum value when the applied sound frequencies are 140, 90, 90 and 140 Hz, respectively. With the assistance of acoustic wave added, the minimum fluidization velocities in micro-scale fluidized beds with inner diameters of 4.3, 5.5, 10.5 and 15.5 mm can be decreased by 9%~21%. For the MFBs, the smaller the inner diameter, the bigger the bed voidage, the more beneficial the realization of the intensification by externally added sound field and the bigger the decrease range of the minimum fluidization velocity.Key words:micro-scale fluidized bed, acoustic assistant, minimum fluidization velocity, fluidization收稿日期：2009-12-17；修订日期：2010-05-11。
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。
液固流化床中颗粒流动特性的数值模拟_刘国栋
1
1. 1
液固两相流动的数学模型
连续性方程 （ ε ρ ） + ·（ ε i ρ i v i ） = 0 ． t i i
第7 期
刘国栋，等： 液固流化床中颗粒流动特性的数值模拟
· 1109·
v 其中： i 表示液相或颗粒相， ε 为 i 相体积浓度， t 为时间． 为速度矢量， ρ 为 i 相密度， 1. 2 液相动量守恒方程 （ ε ρ v ） + ·（ ε l ρ l v l v l ） = ε l ·τl + ε l ρ l g － t l l l ε l p － β （ v l － v s ） ． p 为液体压力， 其中： g 为重力加速度， β 为液 － 固 相间的曳力系数， τl 为液体应力张量． 液体的应力张量 τl 为
( ) μ = ( ·ε ) + c G σ
t 1 ε
k
ε － k
ρ l c2
ε ． k
2
2 μs ［ v s + （ v s ） ］ － （ ·v s ） I ． 3
T
{
}
其中： μ t 为湍流粘性系数； G k 为由平均速度梯度 所引起的湍动能的增量 μt = cμ ρl Gk = μt k2 ， ε u l +2 x
Simulation of hydrodynamics of particles in a liquidsolid fluidized bed
LIU Guodong，SHEN Zhiheng，WANG Shuai，WANG Jiaxing，LU Huilin
（ School of Energy Science and Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150001 ， China，gdliu@ hit． edu． cn）
低温振动流化床气固传热的实验研究
第16卷第2期 化学反应工程与工艺 Vo l16,N o2 2000年6月 Chemica l R ea ct ion Engineer ing and T echnolog y June, 2000文章编号:1001-7631(2000)02-0198-05研究简报低温振动流化床气固传热的实验研究梁焱1,郭有仪1,边冬军1,王晓新2(1.西安交通大学化学工程学院,陕西 西安710049;2.北京航空航天大学人机与环境工程研究所,北京 100083)摘 要: 在低温粉碎工程中,振动流化床常用于固体颗粒的预冷。
为了深入认识振动流化床低温下气固传热的特性,本文介绍了在不同的振幅、气流速度和料层厚度下低温实验的结果,通过分析实验结果首次得到振动流化床中低温气固的传热关联式N u=0.107Re1.01Gu2.01与普通流化床相比,由于引入了振动,振动流化床气固传热换热系数大幅度提高。
关键词:振动流化床;传热;实验;传热关联式中图分类号:TQ051.1 文献标识码:A1 引 言低温粉碎是利用韧性材料在低温状态下的冷脆性而极易粉碎的原理,获得粉状物料的一种技术。
近年来,低温粉碎技术已广泛用于化工、食品、制药等行业,尤其在废旧物资回收领域,该技术显示出了非常突出的优点:污染小,能耗低,经济效益和社会效益显著等,因此正在被用来替代传统的常温粉碎方法回收废旧轮胎、尼龙、塑料等各种韧性材料。
由于回收得到的产品品质优异,可以被直接用来制造新的产品,因此大量节约了原材料和能源,同时又可有效地防治污染,因此这项技术受到各国的重视。
在低温粉碎工艺流程中,固体物料的冷却是非常重要的一个步骤,必须寻求一种高效、经济、安全的方法实现气固之间的传热。
流态化技术是一种普遍使用的气固传热技术,但由于橡胶在初破碎之后的粒径仍然很大(当量直径为3～5m m),这样大的颗粒在普通流化床内是很难流态化的,因此可以采用移动床和振动流化床进行换热,由于移动床体积大,换热效率低[1],应此选择振动流化床进行气固传热。
双循环流化床石英砂颗粒流动特性研究
双循环流化床石英砂颗粒流动特性研究杨新;闫俊伏;麻哲瑞;许文良【摘要】流化介质的流动特性是影响双循环流化床稳定运行的关键.在自行搭建的双循环流化床系统上,分别进行提升管风速、气化室风速、初始床层物料量对颗粒循环流率、两床压降的影响的实验研究,发现:随着气化室风速增加,循环流率和气化室压降增加变化不明显,提升管压降呈现一定增加趋势;随提升管风速的增加,颗粒循环流率和气化室压降增加,但提升管压降减小;随初始床层物料增加,颗粒循环流率、提升管压降和气化室压降均呈现增加趋势.通过对流化介质流动特性影响因素的研究,可初步掌握系统内的物料浓度分布,为双循环流化床的运行控制提供一定的指导参考.%The key to the stable operation of double circulating fluidized bed is the flow characteristics of fluidizing medium.Based on a self-built dual circulating fluidized bed system,this paper studied the effects of riser wind speed,gasification chamber wind speed and initial bed material on particle circulating flow rate and pressure drop of the two beds.With the increase of gasification chamber wind speed,the variation of particles circulating flow rate and the pressure drop of the gasification chamber was not obvious,but the riser pressure drop was increased.With the increase of the riser wind speed,the particle circulation flow rate and the pressure drop of the gasification chamber increased,but the riser pressure drop decreased.With the increase of the initial bed material,the particle circulating flow rate,the riser pressure drop and the pressure drop of the gasification chamber showed an increasing trend.The material concentration distribution in the system can be preliminarily grasped bythe study of the influencing factors of the flow characteristics of the fluidized medium,which can provide a guidance for the operational control of the double circulating fluidized bed.【期刊名称】《华北电力大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2018(045)003【总页数】7页(P81-87)【关键词】双循环流化床;循环流率;控制参数;压降【作者】杨新;闫俊伏;麻哲瑞;许文良【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;山西兴能发电有限责任公司,山西太原030206;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】TK2290 引言我国生物质能源分布广泛，储存丰富，其气化技术的产物热含量为12～20MJ/m3，具有较高的利用率，是替代化石能源利用的新型技术[1]。
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郭晓慧，司慧，袁飞武，等．流化床中介质的流态化特性研究［J ］．江苏农业科学，2013，41（1）：242－244．流化床中介质的流态化特性研究郭晓慧，司慧，袁飞武，樊超，王霄，李龙（北京林业大学工学院，北京100083）摘要：在生物质热裂解技术中，介质作为流化床中生物质反应的载体，其流态化特性的好坏是制取高品质生物油的决定性因素之一。
分别对石英砂、陶瓷球、高铝矾土3种常用介质进行不同粒径条件下的冷态流化特性试验，比较分析得出，粒径越大介质流化越缓慢，其临界流化速度越大；流态化特性最佳的介质是0．45 0．60mm 粒径的石英砂，通过流体分析软件FLUENT 对该介质进行流态化模拟，证实其流化效果符合BL －SCFB －4型生物质热裂解装置试验的要求。
关键词：流化介质；流化床；流态化中图分类号：S220．2文献标志码：A文章编号：1002－1302（2013）01－0242－03收稿日期：2012－06－11基金项目：国家林业局“948”引进项目（编号：2012－4－19）；国家农业科技成果转化资金（编号：2010GB23600654）。
作者简介：郭晓慧（1984—），女，硕士研究生，山西大同人，研究方向为机械设计及理论、生物质能源化利用技术。
E －mail ：gxh1004@163．com 。
通信作者：司慧，博士，副教授，研究方向为生物质能源化利用技术、机械设计及理论。
E －mail ：sihui@bjfu．edu．cn 。
生物质热裂解是我国近些年来兴起的一种生物质能转化技术，它能够将难以利用的固体生物质转化为液态生物油，这种油经过处理可代替石油做化工原料和燃料等，有助于缓解能源压力，同时减少环境污染。
生物质热裂解的副产品清洁燃气和固体炭，可用来做气体燃料、活性炭和固体燃料，整个热裂解过程基本无废物排放，发展生物质热裂解技术具有广阔的前景［1］。
流化介质作为生物质热裂解在流化床反应器中反应的载体，是决定生物质能否充分热解的关键因素之一。
本研究在北京林业大学设计的BL －SCFB －4型生物质热裂解装置的基础上，对流化床反应器中介质作出选取并进行冷态试验，通过分析它们的流态化特性，选择合适的介质，为该装置的热态试验———制备生物油做好前期准备。
1试验装置BL －SCFB －4型生物质热裂解装置是北京林业大学设计的第4代热解装置，它的进料量是1kg /h ，图1为该装置的工艺流程示意图。
为了便于观察与测量流化介质的流态化特性，对该装置做如下变更：（1）按1ʒ1的比例加工一套材质为有机玻璃的流化床反应器；（2）鼓风机通过气体流量计与反应器的进气口相连；（3）压差计的两端分别与反应器的进料口和出气口连接；（3）反应器的另一个出气口A 与热裂解装置（图1）的分离器B 口连接。
变更部分的流程如图2所示。
2试验方案介质的流态化特性主要影响因素是介质的种类及其粒径大小，本试验主要研究石英砂、陶瓷球、高铝矾土这3种常用流化介质在不同粒径条件下的流态化特性，根据它们流态化特性，选择出最适合BL －SCFB －4型生物质热裂解装置的介质。
—242—江苏农业科学2013年第41卷第1期2．1试验原理及方法2．1．1试验原理［2］流态化是一种因流体由下向上流过固体颗粒堆积的床层使得固体颗粒具有一般流体性质的现象。
当气速较低时（低于临界流化速度），固体颗粒基本处于静止状态，压降波动小且随气速的增大而增大。
气速增大到临界流化速度时，颗粒受到气体的曳力等于它的重力，床层开始流化。
当气速刚好大于临界流化速度时，床层均匀膨胀成散式流态化，此时压降波动较小。
进一步提高气速产生鼓泡形成聚式流态化，压降波动明显增加，且不再随气速的增加而变化。
若继续加大气速，打破气－固之间的力平衡，大部分颗粒被气体带走，此阶段称为输送阶段，对应的速度为粒子的带走速度，整个过程称为流态化过程（图3）。
在热裂解试验中，只进行到聚式流态化阶段。
评判介质流化质量的标准是，测定气体通过床层时流化床内的压差，根据压差与气速的关系曲线以及冷态试验时对介质的流化状态的观察，曲线压力脉动的幅值小，进入聚式流态化阶段较快，即临界流化速度相对较小，该流化介质为佳［3］。
2．1．2试验方法冷态试验中通常采用降速法测定介质的临界流化速度，即先将气速提高到使介质处于流化的状态，然后逐渐减小气体速度，并记录相应的压差，得到压差随气速变化的曲线，来推断流化床内部的流态化特性［4－5］。
2．2试验材料流化介质在本试验中，静床高（介质在反应器内的高度）皆为70mm 。
2．2．1石英砂将石英砂按不同粒径分为3组：第1组粒径为0．2 0．45mm ；第2组粒径为0．45 0．6mm ；第3组粒径为0．6 0．9mm 。
2．2．2陶瓷球将陶瓷球按不同粒径分为3组：第1组粒径为0．2 0．45mm ；第2组粒径为0．45 0．6mm ；第3组粒径为0．6 0．9mm 。
2．2．3高铝矾土将高铝矾土按不同粒径分为3组：第1组粒径为0．2 0．45mm ；第2组粒径为0．45 0．6mm ；第3组粒径为0．6 0．9mm 。
3结果分析3．1石英砂的流态化特性图4为3种粒径的石英砂在常温状态下的流态化特性，可以看出，在流速0．2m /s 以内石英砂均达到很好的流化状态。
粒径为0．20 0．45mm 的石英砂临界流化速度约为0.05m /s ，压差在小于0．05m /s 内随流速变化迅速，很快进入流化状态，压差在大于临界流化速度之后几乎不再变化，呈水平直线。
但在试验过程中发现石英砂（0．20 0．45mm ）在聚式流态化阶段时已有部分砂子飞出，将连接在后面的过滤器堵塞，主要是因为粒径为0．20 0．45mm 的石英砂质量较轻，流态化阶段进程迅速，砂子极易飞出。
粒径为0．45 0.60mm 的石英砂临界流化速度约为0．09m /s ，流速大于0．09m /s 后，石英砂达到了良好的流化状态。
粒径为0．60 0．90mm 的石英砂临界流化速度约为0．15m /s ，压差在流速小于临界速度内变化缓慢，在大于临界速度后趋于平稳，相较前2种粒径的石英砂，粒径为0．60 0．90mm 的石英砂流化相对困难。
石英砂中粒径为0．45 0．60mm 的流化状态最佳。
3．2陶瓷球的流态化特性图5为3种粒径的陶瓷球常温状态下的流态化特性曲线。
在0．2m /s 的流速范围内，仅粒径为0．20 0．45mm 的陶瓷球达到聚式流态化阶段，临界流化速度约为0．13m /s ，压差在流速小于临界流化速度范围内有明显的波动，进入流化状态后相对平稳；粒径为0．45 0．60mm 的陶瓷球临界流化速度约为0．17m/s ，流化非常缓慢，在流速0．17 0．20m/s 内处于初始流化阶段；粒径为0．60 0．90mm 的陶瓷球流速0.20m /s 内始终没有进入初始流化阶段，效果很差。
陶瓷球中粒径为0．20 0．45mm 的流化效果较好。
3．3高铝矾土的流态化特性图6为3种粒径的高铝矾土在常温状态下的流态化特性曲线，在流速0．2m /s 范围内，仅粒径为0．60 0．90mm 的高铝矾土未进入流化状态。
粒径为0．20 0．45mm 的高铝矾土临界流化速度约为0．9m /s ，在固定床阶段压差波动较大，该介质与同粒径的石英砂存在同样的问题，即砂子容易被流化载气带走堵塞过滤器。
粒径为0．45 0．60mm 的高铝矾—342—郭晓慧等：流化床中介质的流态化特性研究土临界流化速度约为0．15m /s ，压差随气速变化相对缓慢且有明显波动，流化后压差稳定。
高铝矾土中粒径为0．45 0.60mm 的流化效果较好。
综合比较这3种介质的流态化特性曲线发现，粒径越大，流化越缓慢，临界流化速度越高，且石英砂总体流化效果最好，高铝矾土次之，陶瓷球最差。
对比3种介质中流化效果，较好的是粒径0．45 0．60mm 的石英砂和高铝矾土、粒径0.20 0．45mm 的陶瓷球，石英砂（0．45 0．60mm ）固定床阶段压差随气速变化迅速，临界流化速度相对较低，较容易流化，即该介质流化效果最好。
4石英砂（0．45 0．60mm ）流态化过程模拟运用FLUENT 软件，根据欧拉双流体模型的算法［6］，模拟石英砂（0．45 0．60mm ）在分布板开孔率为1%的流化床内的流态化过程，图7为从0 1．0s 石英砂在流化床中的体积浓度分布。
可以看出0 0．05s ，石英砂在固定床阶段，床层高度基本不变，底部有小气泡进入，并逐渐变大，气体从石英砂颗粒之间的缝隙中流走；0．05 0．06s ，石英砂处于初始流化阶段，床层明显开始膨胀，局部体积密度变小；0．060.07s 时床层继续膨胀，此时为散式流化状态；从0．07s 开始，床层高度不再变化，石英砂进入聚式流化状态，大部分颗粒均匀分布在床层上方，部分积聚在底部。
这是因为刚开始流化时，床层上部的石英砂首先达到重力与流化载气对它曳力的平衡，均匀向上膨胀。
之后，床层下部的石英砂随着载气向上扩散，而最先飞扬起的那部分因曳力的减小而回落，与剩余部分石英砂混合，形成床层上面的颗粒体积浓度小，下面的体积浓度大的现象。
如此往复循环，达到流化状态稳定。
因此，粒径为0．45 0．60mm 的石英砂流化效果符合BL －SCFB －4型生物质热裂解装置试验的要求。
5结论为了选择适合BL －SCFB －4型生物质热裂解装置中流化床反应器的介质，将石英砂、陶瓷球、高铝矾土这3种常用介质按粒径不同各分为3组对其进行冷态试验，研究它们的流态化特性发现：（1）粒径越大介质流化越缓慢，其临界流化速度越高；（2）总体而言石英砂流化效果最好，高铝矾土次之，陶瓷球最差；（3）石英砂中粒径为0．45 0．60mm 的流态化特性较好，陶瓷球中粒径为0．20 0．45mm 的流化效果较好，高铝矾土中粒径为0．45 0．60mm 的流化效果较好，其中0．45 0．60mm 粒径的石英砂优于其他2种。
试验分析后运用FLUENT 软件模拟石英砂（粒径0．45 0．60mm ）流化过程，证实其流化效果良好，因此，BL －SCFB －4型生物质热裂解装置的流化介质选用0．45 0．60mm 粒径的石英砂。
参考文献：［1］吴创之，庄新姝，周肇秋，等．生物质能利用技术发展现状分析［J ］．可再生能源，2007，29（9）：35－41．［2］金涌，祝京旭，汪展文，等．流态化工程原理［M ］．北京：清华大学出版社，2002：36－40．［3］Vitolo S ，Ghetti P．Physical and combustion characterization ofpyrdyticoils derived from biomass material upgraded by catalytic hy-drogenation ［J ］．Fuel ，1994，73（11）：1810－1812．［4］杨士春，刘荣厚．流化床生物质快速裂解制液体燃料［J ］．河北建筑工程学院学报，2005，23（2）：1－4．［5］李晓光，徐德龙，肖国先，等．大颗粒气固流化床的流化特性［J ］．西安科技学院学报，2003，23（4）：465－469．［6］朱红钧，林元华，谢龙汉．FLUENT 流体分析及仿真实用教程［M ］．北京：人民邮电出版社，2010：56－103．—442—江苏农业科学2013年第41卷第1期。