实验气固流化床反应器流化特性测定

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。