实验气固流化床反应器流化特性测定
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实验四 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 和起始鼓泡速度U mb 的测量原理、方法和步骤,明确
细粒子流化床的基本特性。
3. 通过对U mf 和U mb 的测定,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 U
l o g △P
1 2
3 4 6 5 t (sec) 260
270
280
290
300 H T
H 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。与此相应的气速即为起始鼓泡速度U mb 。
根据△P 的情况,还可以了解床内的动态,如沟流和节涌等等。
三、实验装置与流程
如图3所示:本实验所用的流化床为 100×4mm 的有机玻璃制成的。床体上装有扩大管和过滤装置,以回收稀相段的微细粒子。气体分布板为多孔筛板,开孔率为1%。
图3 实验装置
四、实验步骤
1、熟悉实验流程,并检查各设备是否完好,使之处于准备运转状态。
2、先打开空气压缩机,慢慢将空气送入细粒子流化床中,逐次改变气体流量(由小到大),
记下相应流速下床层压降△P,并记入表1中(注意观察流化床中粒子由固定床阶段→均匀散式流化床阶段→鼓泡流化状态的变化情况)。再逐渐减小气量,记录不同气速下的△P,观察两者有何不同。
3、然后,先调好一个流量,待床层达到稳定流化的情况下,突然关闭气源,记录从切断气
源的瞬间开始床层高度随时间的下降关系(记录表2)。
4、再改变流量,重复上面步骤3,连续做几次,将数据记录表2中,在坐标纸上作H T~t
图,便可得床层高度H T随时间变化的关系曲线,再从图中曲线组得到鼓泡流化速度。
五、数据记录与处理
(1)实验数据记录:
表1
作log△P~logu o图,并从图中求出临界流化速度u mf。
l o g △P
log U 0
△P ~ U关系
U mf =0.220 (m/sec) 六、思考与讨论
1. log △P ~logG 图中上行与下行之临界点所反映出的床层动态。
答:log ΔP~logG 图。可以观察到,临界点前,通过床层的流体流量较小,颗粒受到的升力(浮力与曳力之和)小于颗粒自身重力,颗粒在床层内静止不动。流体与颗粒之间的空隙通过。床层不发生鼓泡,此时床层称为固定床。由于气速小于临界流化速度U 随着气度的增加,颗粒受到的曳力也随着增大。达到临界点时,床层开始鼓泡。若颗粒受到的升力恰好等于自身重力时,颗粒受力处于平衡状态,这种现象被称为固体的流态化。随气速的继续增加,鼓泡变得剧烈,床层中流体的实际流速将维持不变而颗粒依然处于合力平衡状态,床层依然属于流化床。
2. 起始流化速度测定中应注意哪些问题,为什么难以测得?
答:系统的起始流化速度即鼓泡速度,实际实验中,流化床存在沟流现象以及壁效应,因而测定起始流化速度时,存在一定误差。实验所用的测量仪器也存在一定误差。开始时,气速增加幅度可以稍微大些,到一定值时,气速增加幅度应变小,以便临界流化速度区域的数据可以尽量多点,以便更好的描述流化速度。系统的稳定性也不好,所以测量难以进行。