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第三章-第5节-固体流态化技术课件
20
校核雷诺数 由于不希望夹带直径大于60mm的颗粒，因此最大气速不 能超过60mm的颗粒的带出速度ut。假设颗粒沉降属于滞流 区，其沉降速度用斯托克斯公式计算，即
21
（3）流化数
颗粒沉降速度和临界流化速度之比为29:1，最大颗 粒能够流化。一般情况下，所选气速不应太接近ut 或umf。通常取操作流化速度为（0.4-0.8）ut。
二者压降相等
带出开始 C
log u
D（带出速度）
Umf为流化 床操作范围 下限
17
常见小颗粒的起始流化速度 umf ：
（非均匀颗粒）
如颗粒直径相差 6 倍以上，当大颗粒起动，而小颗粒已 被带走；公式不适用于粒径变化很大的颗粒床层。此公 式计算的 umf 偏差较大（±34%），实际 umf 应以实验测定 值为准；但公式提供了影响 umf 的变量，当实验条件与 操作条件不同时，可用来对实验结果进行修正。
散式流化 液-固系统 固体颗粒均匀分布、上界面清晰
聚式流化
气-固系统 存在空穴（气泡）的移动和合并 空穴破裂→ 界面起伏 界面以下 浓相区 界面以上 稀相区
散式流化床
聚式流化床
8
三、流化床的主要特性
1、液体样特性
流化床的一般特性
2、固体颗粒的均匀混合
流化床的主要优点
9
3、气流的不均匀分布和气-固的不均匀接触 P174
11
4、恒定的压降
流化床的重要优点
流化床床层压降 =（重量-浮力）/单位床截面积
ΔP
流化阶段，压降与气速无关，始终保持定值
固定床
流化床 C
带出开始
B
A
¢ 起始流化速度
u D（带出速度）
表观速度
校核雷诺数 由于不希望夹带直径大于60mm的颗粒，因此最大气速不 能超过60mm的颗粒的带出速度ut。假设颗粒沉降属于滞流 区，其沉降速度用斯托克斯公式计算，即
21
（3）流化数
颗粒沉降速度和临界流化速度之比为29:1，最大颗 粒能够流化。一般情况下，所选气速不应太接近ut 或umf。通常取操作流化速度为（0.4-0.8）ut。
二者压降相等
带出开始 C
log u
D（带出速度）
Umf为流化 床操作范围 下限
17
常见小颗粒的起始流化速度 umf ：
（非均匀颗粒）
如颗粒直径相差 6 倍以上，当大颗粒起动，而小颗粒已 被带走；公式不适用于粒径变化很大的颗粒床层。此公 式计算的 umf 偏差较大（±34%），实际 umf 应以实验测定 值为准；但公式提供了影响 umf 的变量，当实验条件与 操作条件不同时，可用来对实验结果进行修正。
散式流化 液-固系统 固体颗粒均匀分布、上界面清晰
聚式流化
气-固系统 存在空穴（气泡）的移动和合并 空穴破裂→ 界面起伏 界面以下 浓相区 界面以上 稀相区
散式流化床
聚式流化床
8
三、流化床的主要特性
1、液体样特性
流化床的一般特性
2、固体颗粒的均匀混合
流化床的主要优点
9
3、气流的不均匀分布和气-固的不均匀接触 P174
11
4、恒定的压降
流化床的重要优点
流化床床层压降 =（重量-浮力）/单位床截面积
ΔP
流化阶段，压降与气速无关，始终保持定值
固定床
流化床 C
带出开始
B
A
¢ 起始流化速度
u D（带出速度）
表观速度
第5章的固体流态化
强化了颗粒与流体间的传热、传质
易于连续自动操作
颗粒易磨损
反混，颗粒在床层内的停留时间不均
5.4.2 流化床的流体力学特性
一、流化床的压降
1. 理想流化床
理想情况下Δp-u关系曲线
一、流化床的压降
2. 实际流化床
气体流化床实际Δp-u关系曲线
二、流化床的不正常现象
1.腾涌现象
腾涌发生后Δp-u关系曲线
一、概述
气力输送的优点 （1）可长距离连续输送，自动化操作，生产效率高。
（2）设备结构简单、紧凑，占地面积小，使用、维 修方便。
（3）输送系统密闭，避免了物料的飞扬、受潮、受 污染，改善了劳动条件。 （4）可在运输过程中（或输送终端〕同时进行粉碎、 分级、加热、冷却以及干燥等操作。
一、概述
混合比R（或固气比） 单位质量气体所输送的固体质量，即
二、流化床的不正常现象
2. 沟流现象
沟流发生后Δp-u关系曲线
三、流化床的操作范围
流化床的操作范围应在临界流化速度和带 出速度之间。 1．临界流化速度umf 实验测定：
实验装置如右图
三、流化床的操作范围
可得到曲线
临界流 化速度
三、流化床的操作范围
经验关联式计算： 对于小颗粒
umf d p 2 ( s ) g 1650
三、流化床的操作范围
2．带出速度 当流化床内气速达到颗粒的沉降速度时， 大量颗粒会被流体带出器外，因此，颗粒带出 速度即颗粒的沉降速度。
三、流化床的操作范围
3．流化床的操作范围与流化数 带出速度与临界流化速度的比值反映了流化 床的可操作范围。 对均匀细颗粒 对大颗粒
ut / u ut / u
mf mf
第三章 固体流态化技术
沟流对反应过程的影响：沟流现象发生时，大部分气体没有 与固体颗粒很好接触就通过了床层，这在催化反应时会引起催 化反应的转化率降低。由于部分颗粒没有流化或流化不好，造 成床层温度不均匀，从而引起催化剂的烧结，降低催化剂的寿 命和效率。
4、恒定的压降
流化床的重要优点
流化床床层压降 =（重量-浮力）/单位床截面积
固定床阶段 床层不动 u1 ut
流化床阶段 u1 ut开始悬浮
颗粒输送阶段 u1 ut 颗粒带走
u ，u1 ，u1 ut
(a)固定床
(b)流化床
(c)气力输送
此时流体的真正速 度 u < 颗粒的沉降 速度u0
此时u= u0 颗粒悬浮于流体中，床层 有一个明显的上界面，与 沸腾水的表面相似
流化阶段，压降与气速无关，始终保持定值
固定床 流化床 C ΔP B A ¢ u 带出开始
m P ( p ) g Ap
起始流化速度
表观速度 流体通过颗粒床层的压降
D（ 带出速度 ）
推导：
流化床阶段，近似认为颗粒处于动态平衡。
即：总曳力 总重力 总浮力
p f A Fg Fb AL(1 )(s ) g
此时u> u0
固体流态化运用在粉粒状物料的输送、混合、加热或冷 却、干燥、吸附、煅烧和气固反应等过程中。
3、流化床存在的基础—大量颗粒群居 颗粒能在相当宽范围内悬而不走，离开群体的个别颗粒上 升后， 速度将减小，则会回落。
浮力
曳力 u1（实际速度） 重力
u（表观速度）
二、实际流化现象
流态化按其性状的不同，可以分成两类， 即散式流态化和聚式流态化。
主要用途：
固体流态化技术
因此，在流化床的范围内，每一个表观气速u对应一个空隙率， 表观气速越大，空隙率也越大。只要颗粒悬浮状态，表明流体 通过空隙时的实际速度u1不变，始终为颗粒的ut 。
2015-6-3 7
（2）流化床
需要特别指出的是，流化床原则上应有一个明 显的上界面。在此界面之下的颗粒，u1=ut 。
假设某个悬浮的颗粒由于某种原因离开了床层 而进入界面以上的空间，在该空间中（ε=1.0） 该颗粒的表观速度u即为其真实速度u1 u=u1＜ut 故颗粒必然回落到界面上。
2015-6-3
10
5.4.3 流化床的主要特性----恒定的总压降 流化床的横截面积A ,床层高度L ，床 内所有颗粒的质量m ，颗粒的密度ρp 流体的密度ρ，截面1的压强P1 ，截面 2的压强P2 。 方向向上的力之和=方向向下的力之和
P2
L
P1 A
总床层 高度上 的压降
m
p
g P2 A mg
P1
流体
mg m 1 P1 P2 g A p A
如果忽略 P P mg 1 2 浮力 A
2015-6-3
特别注意：总床层高度上的压降近似等于单位 截面床内固体颗粒的重量，与流体速度无关， 是定值。但是，单位床层高度上的压降随着流 体速度增加而减小。 11
注意：在流化床的范围内，随着气体速度的增加，床层高度L逐 渐增加，尽管总床的压降基本不变。但是，单位床层高度上的 压降是变化（减小）的。 pf,L1 L1 mL1 例5－4床层固存量的近似估计 mL g 在某一各处均匀状态的流化床中，pf,L
由此可见，流化床存在的基础是大量颗粒的群 居。群居的大量颗粒可以通过床层的膨胀以调 整空隙率，从而能够在一个相当宽的表观速度 范围内悬浮于流体之中。这就是流化床之可能 存在的物理基础。
固体的流态化
第一节 固体流态化
5-1-1 基本概念 一、流态化现象
固定床
临界流 化床
流化床
输送床
二、两种不同流化形式 判据:
散式流化
空塔气速
另一种判据: P324 (6-3)式 三、流化床类似液体的特性
聚式流化
P (单位面积 床层重力)
四、颗粒床层特性
5-1-2 流体阻力
At W At At
理想流化床的特点:
1.有明显的临界流态化点和临界 流态化速度;
2.流态化床层的压降为一常数;
3.有平稳的流态化界面;
4.流态化床层的空隙率在任何流 速下,都具有一个代表性的均匀值, 不因床层内的位置而变化.
请同学们总结出实际流化床的特点
5-1-3 流化床的操作范围
5-1-4 影响流化质量的因素 一、分布板
填充式分布板
5-1-4 影响流化质量的因素 二、设备内部的构件
5-1-4 影响流化质量的因素 三、粒度分布
5-1-5 浓相区高度与分离高度
一、浓相区高ห้องสมุดไป่ตู้：散式流化 膨胀比
聚式流化-----影响因素多，使用特定的经 验与半经验公式。
二、分离高度 分离区高度的确定没有适当的计算公式，仅有参考图线。
第二节 气力输送 吸引式气力输送
压送式气力输送
脉冲式密相输送
固体颗粒在水平管内的稀相输送
气-固混合物 在水平流动 时的特性
水平输送时的 最低气速（沉 积速度）： D点的临界气 体速度。
垂直管中稀相 输送的特性
垂直管中稀相 输送的最低气 速（噎塞速 度）： E点所对应的 气速
5-1-1 基本概念 一、流态化现象
固定床
临界流 化床
流化床
输送床
二、两种不同流化形式 判据:
散式流化
空塔气速
另一种判据: P324 (6-3)式 三、流化床类似液体的特性
聚式流化
P (单位面积 床层重力)
四、颗粒床层特性
5-1-2 流体阻力
At W At At
理想流化床的特点:
1.有明显的临界流态化点和临界 流态化速度;
2.流态化床层的压降为一常数;
3.有平稳的流态化界面;
4.流态化床层的空隙率在任何流 速下,都具有一个代表性的均匀值, 不因床层内的位置而变化.
请同学们总结出实际流化床的特点
5-1-3 流化床的操作范围
5-1-4 影响流化质量的因素 一、分布板
填充式分布板
5-1-4 影响流化质量的因素 二、设备内部的构件
5-1-4 影响流化质量的因素 三、粒度分布
5-1-5 浓相区高度与分离高度
一、浓相区高ห้องสมุดไป่ตู้：散式流化 膨胀比
聚式流化-----影响因素多，使用特定的经 验与半经验公式。
二、分离高度 分离区高度的确定没有适当的计算公式，仅有参考图线。
第二节 气力输送 吸引式气力输送
压送式气力输送
脉冲式密相输送
固体颗粒在水平管内的稀相输送
气-固混合物 在水平流动 时的特性
水平输送时的 最低气速（沉 积速度）： D点的临界气 体速度。
垂直管中稀相 输送的特性
垂直管中稀相 输送的最低气 速（噎塞速 度）： E点所对应的 气速
18 固体流态化
2012-8-2 固体的流态化 4/19
空穴的移动和合并，就其表面现象看来， 酷似气泡的运动。因此，聚式流化床有 时称为鼓泡流化床。这样，床内存在两
个相，可分别称之为气泡相与乳化相。乳化相内的
状态接近于起始流化状态，其中的空隙率接近于起 始流化时的空隙率。超过起始流化速度以上的气体
量则相继经空穴(气泡相)而通过床层。
触时间很长。这种不均匀的接触对实际过程不利，是流化床的严重缺点。
气固流化床中气流的不均匀分布可能导致以下两种现象
(1)腾涌或节涌 空穴在上升过程中会合并增大，如果床
层直径较小而浓相区的高度较高，则空穴可能大至与床 层直径相等的程度。此时空穴将床层分节，整段颗粒如 活塞般的向上移动，部分颗粒在空穴四周落下，见图5-
2 3
150 ( 1 mf )
de (p )g
2
(5-41)
11/19
2012-8-2
固体的流态化
如果确知床层的起始流化空隙率εmf及颗粒的球形度Ψ值，可利用式
(5-41)计算umf。但实际上εmf和Ψ的可靠数据很难获得。实验发现，
对工业常见颗粒
1 mf
2
3 mf
2012-8-2 固体的流态化 13/19
对粒径较小的流化床，比较起始流化速度umf的计算式(5-42)与沉降速
度计算式(5-19)可知 u t
/ u mf 91 . 6 。对大颗粒这一比值为8.61。故细
颗粒流化床较之粗颗粒可在更宽的流速范围内操作。
为充分发挥流化床内固体颗粒混合均匀这一优点，流化床的实际操作速度通常为
(5-40)
式(5-40)为图5-26中的AB线段，式中de为颗粒等体积当量直径。 起始流化点即为AB与BC之交点，此时式(5-39)与(5-40)中的L应为起始流化时 的床高Lmf，ε应为床层起始流化时的空隙率εmf。令式(5-39)与式(5-40)相等， 可得起始流化速度为
空穴的移动和合并，就其表面现象看来， 酷似气泡的运动。因此，聚式流化床有 时称为鼓泡流化床。这样，床内存在两
个相，可分别称之为气泡相与乳化相。乳化相内的
状态接近于起始流化状态，其中的空隙率接近于起 始流化时的空隙率。超过起始流化速度以上的气体
量则相继经空穴(气泡相)而通过床层。
触时间很长。这种不均匀的接触对实际过程不利，是流化床的严重缺点。
气固流化床中气流的不均匀分布可能导致以下两种现象
(1)腾涌或节涌 空穴在上升过程中会合并增大，如果床
层直径较小而浓相区的高度较高，则空穴可能大至与床 层直径相等的程度。此时空穴将床层分节，整段颗粒如 活塞般的向上移动，部分颗粒在空穴四周落下，见图5-
2 3
150 ( 1 mf )
de (p )g
2
(5-41)
11/19
2012-8-2
固体的流态化
如果确知床层的起始流化空隙率εmf及颗粒的球形度Ψ值，可利用式
(5-41)计算umf。但实际上εmf和Ψ的可靠数据很难获得。实验发现，
对工业常见颗粒
1 mf
2
3 mf
2012-8-2 固体的流态化 13/19
对粒径较小的流化床，比较起始流化速度umf的计算式(5-42)与沉降速
度计算式(5-19)可知 u t
/ u mf 91 . 6 。对大颗粒这一比值为8.61。故细
颗粒流化床较之粗颗粒可在更宽的流速范围内操作。
为充分发挥流化床内固体颗粒混合均匀这一优点，流化床的实际操作速度通常为
(5-40)
式(5-40)为图5-26中的AB线段，式中de为颗粒等体积当量直径。 起始流化点即为AB与BC之交点，此时式(5-39)与(5-40)中的L应为起始流化时 的床高Lmf，ε应为床层起始流化时的空隙率εmf。令式(5-39)与式(5-40)相等， 可得起始流化速度为
固体流态化-中国石油大学化工原理(DOC)
化工原理固体流态化与非均相物系的分离班级：卓越11-2班姓名：徐向东韩月阳甄宇匡崇1.固体流态化1.1定义将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有类似流体的某些表观特性，此种流固接触状态称为固体流态化。
1.2流态化分类1.2.1按流化状态分类（1）聚式流态化：气固流化床床层中存在气泡相和乳相，气泡中只有很少的或者没有固体颗粒存在，在乳相中颗粒的浓度要比气泡中大得多。
气泡在上升过程中也会不断合并增大，致使床层出现较大的不稳定性。
气泡上升最后冲出床层，床层表面有较大的波动，不时有固体颗粒被抛出，然后由于其重力落回床层。
气固流化床在工业中应用的最多。
气固流化系统基本上均呈聚式流化状态。
（2）散式流态化：床层处于散式流化态，床内无气泡产生，当床层膨胀时，固体颗粒之间的距离也随之增加。
虽然固体颗粒和流化介质之间有相互强烈的扰动作用，但他们在流化介质中的分散程度也相对较为均匀，处于相对的稳定状态，所以也叫平稳流态化。
多出现于液固流态化系统。
1.2.2按流化介质分类（1）气固流态化：以气体为流化介质的流态化过程，使工业生产中使用的最多的流态化过程，如流化床锅炉燃煤生产蒸汽。
（2）液固流态化：以液体为流化介质的流态化过程，在工业上用于湿法冶金、离子交换、生物化工、聚合反应和吸收等。
（3）液气固三相流态化：以液体、气体为流化介质的流态化过程，流化床内存在有气液固三相。
1.3流态化在工业中的应用1.3.1物理过程中的应用1.3.1.1物料输送被流化的固体颗粒可以像流体一样流动，如图所示的气垫装置，它是由上下两个槽组成，中建由一层类似于筛网的多孔类或编织物隔开。
这种输送装置消耗的能量适中，没有运动部件，适于输送干燥的细微颗粒。
现用于水泥工业，纯碱工业，锅炉烟气所带出的飞灰、面粉和树脂的输送。
1.3.1.2细粉的混合采用流态化技术可以较容易的将不同种类的粉末物料达到均匀混合。
要将两种粉末混合只要将其流化，物料经上升管上升再经床层下降，经过多次循环之后即可到达均匀混合的目的。
《固体流态化技术》课件
新型流态化技术的研发
随着科技的不断发展，新型流态化技术也不断涌现，如气固 流态化技术、液固流态化技术等，这些新型流态化技术具有 更高的效率和更好的应用前景。
新型流态化技术的研发需要不断探索和尝试，通过实验和模 拟等方式，不断优化和完善技术参数和工艺条件，提高技术 的应用效果和可靠性。
智能化与自动化的提升
进一步拓展。
技术局限
颗粒大小限制
固体流态化技术对固体颗粒的大小有 一定要求，过小的颗粒可能导致技术 效果不佳。
操作参数敏感
该技术的操作参数较为敏感，需要精 确控制以获得最佳效果。
高成本
固体流态化技术的设备成本较高，增 加了应用成本。
稳定性问题
在某些情况下，固体流态化技术的稳 定性有待提高。
技术挑战与前景
01
化工
用于反应、分离、混合等工艺过 程，如石油化工、化学反应工程 等。
02
03
能源
环保
用于煤炭、生物质等固体燃料的 燃烧、气化、热解等过程，提高 能源利用效率。
用于固体废弃物的处理、处置和 资源化利用，如城市垃圾焚烧、 工业废弃物处理等。
02
固体流态化技术的原 理
基本原理
固体流态化技术的基本原理是利用流 体对固体颗粒进行作用，使固体颗粒 呈现出流体的某些特性，从而实现固 体颗粒的流动和运输。
04
固体流态化技术的优 缺点
技术优势
高效性
固体流态化技术能够实现连续 、大规模的物质处理，提高了
生产效率。
节能环保
该技术能够降低能耗，减少环 境污染，符合绿色发展理念。
灵活性
固体流态化技术适用于多种不 同性质的固体颗粒，应用范围 广泛。
可扩展性
《固体流态化》课件
流态化的数学模型
流态化模型的基本假设
建立数学模型需要对流态化现象进行一些简化假设，如颗粒均匀 分布、忽略颗粒间的粘性力等。
流动方程
描述流场中流体运动的方程，包括连续性方程、动量方程等，这些 方程需要考虑颗粒的存在对流体运动的影响。
颗粒运动方程
描述颗粒在流场中运动的方程，包括颗粒的受力分析、运动状态等 ，这些方程需要考虑流体对颗粒运动的影响。
度高、生产效率高等优点。
流化床反应器的应用有助于制 药工业的绿色化和可持续发展 。
流化床在环保领域的应用
01
流化床在环保领域主要用于处理废弃物和污染物，如生活垃圾、工业 废水等。
02
通过将废弃物和污染物与流化床内的吸附剂或催化剂混合，实现废弃 物和污染物的分解、转化和去除。
03
流化床在环保领域的应用具有处理效率高、污染物去除效果好、操作 简便等特点。
流化床气化技术还可应用于生物质、废弃物等可再生资 源的转化利用，推动可持续发展。
流化床反应器在制药工业中的应用
流化床反应器在制药工业中主 要用于合成和制备药物中间体
、原料药等。
在制药工业中，流化床反应器 可用于多相催化反应、生物发 酵反应等，提高药物合成的效 率和品质。
流化床反应器具有传热效果好 、反应条件易于控制、产物纯
流态化的实验研究方法
实验装置
用于研究固体流态化的实验装置包括 流化床、固定床、移动床等，这些装 置可以模拟实际工业过程中的流态化 现象。
实验参数
实验测量方法
通过测量流体的流量、压力、温度等 参数以及床层的温度、压力降等参数 ，可以分析流态化的流动特性、流动 形态和稳定性等。
实验中需要控制的参数包括流体的流 量、压力、温度等，以及颗粒的物理 性质、颗粒的浓度、床层的厚度等。
固体流态化技术PPT文档21页
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
固体流态化技术
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
Thank you
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
固体流态化技术
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
Thank you
固体颗粒流态化固体颗粒流态化
垂直气力输送管内流型
气力输送颗粒-流体两相流流动特性与流型图
气力输送装置的压降包括输送段压降、除尘装置压降和系统 内各管件、阀件压降。
直管输送段压降 ∆p
∆p = ∆p f + ∆pa + ∆pr + ∆pi
∆pf —— 气体与管壁的摩擦损失 ∆pa—— 颗粒加速所需的惯性压降 ∆pr—— 使颗粒悬浮并上升的重力压降 ∆pi—— 颗粒自身及与管壁的碰撞与摩擦压降
负压体系：一般为稀相输送
引风机
气力输送的类型及装置 正压体系： 低压：<100 kPa；中压：<300 kPa；高压：<1000 kPa
送风机
气力输送的类型及装置 组合体系：
分流阀
引(或送)风机
气力输送颗粒-流体两相流流动特性与流型图
水平气力输送 输送中重力的作用方向与流动方向垂直，使 颗粒保持悬浮的不再是曳力、而是水平流动的气流对颗粒产 生的升力，因此管内流型（主要是密相）也有所不同。
压降梯度 ∆p/∆L
最低压降曲线
5 4 1 2 3
“沉寂”速度 气体表观流速 u
水平气力输送流型图
均匀稀相 颗粒堆积 “沉寂”速度 “沙丘”流 水平“拴塞”
¾ d颗粒具有与液体类似的流动性，可以从器壁的小孔喷出
¾ e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
不正常的流化现象
S
起伏
正常值
∆pb =W A
log ∆p B log ∆p b
大高径比床层 log u
大直径床层
log u
腾涌(Slugging)：颗粒层被气泡分成几段并像活塞一样被推 动上升，在顶部破裂后颗粒回落。腾涌时床层高度起伏很 大，器壁被颗粒磨损加剧，引起设备震动，损伤床内构件。
气力输送颗粒-流体两相流流动特性与流型图
气力输送装置的压降包括输送段压降、除尘装置压降和系统 内各管件、阀件压降。
直管输送段压降 ∆p
∆p = ∆p f + ∆pa + ∆pr + ∆pi
∆pf —— 气体与管壁的摩擦损失 ∆pa—— 颗粒加速所需的惯性压降 ∆pr—— 使颗粒悬浮并上升的重力压降 ∆pi—— 颗粒自身及与管壁的碰撞与摩擦压降
负压体系：一般为稀相输送
引风机
气力输送的类型及装置 正压体系： 低压：<100 kPa；中压：<300 kPa；高压：<1000 kPa
送风机
气力输送的类型及装置 组合体系：
分流阀
引(或送)风机
气力输送颗粒-流体两相流流动特性与流型图
水平气力输送 输送中重力的作用方向与流动方向垂直，使 颗粒保持悬浮的不再是曳力、而是水平流动的气流对颗粒产 生的升力，因此管内流型（主要是密相）也有所不同。
压降梯度 ∆p/∆L
最低压降曲线
5 4 1 2 3
“沉寂”速度 气体表观流速 u
水平气力输送流型图
均匀稀相 颗粒堆积 “沉寂”速度 “沙丘”流 水平“拴塞”
¾ d颗粒具有与液体类似的流动性，可以从器壁的小孔喷出
¾ e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
不正常的流化现象
S
起伏
正常值
∆pb =W A
log ∆p B log ∆p b
大高径比床层 log u
大直径床层
log u
腾涌(Slugging)：颗粒层被气泡分成几段并像活塞一样被推 动上升，在顶部破裂后颗粒回落。腾涌时床层高度起伏很 大，器壁被颗粒磨损加剧，引起设备震动，损伤床内构件。
第五章 颗粒的沉降与流态化-第四节-固体流态化技术
———恒压降
恒定的压降是流化床的重要优点，可使流化床中采用细小 颗粒而无需担心过大的压降。
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西北大学化工原理课件
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西北大学化工原理课件
四、流化床的操作范围
1. 起始流化速度umf
对非均匀颗粒组成的流化床，起始流化床的表观速度为：
LAρ p (1 − ε ) m ∵ Δp = （ρ p − ρ）g = （ρ p − ρ）g A⋅ ρ p Aρ p ) ∴ Δp = L(1 − ε（ρ p − ρ）g
∴ umf
对工业常见颗粒
(1 − ε mf )
ψε
2 3 mf
= 11
∴ umf =
de 2 ( ρ p − ρ ) g 1650 μ
2. 带出速度
当表观速度u=ut时，大量颗粒将被流体带出流化床设备外， 即流化床的带出速度等于 ut，此速度为流化床操作范围的上限。 流化数：流化床实际操作速度与起始流化速度之比。
西北大学化工原理课件
第四节 固体流态化技术
一、流化床的基本概念
固体流态化是一种使流体与固体颗粒接触并使整个流—固 系统具有流体性质的技术。广泛应用于：颗粒物料的加热、干 燥、混合、浸取、煅烧、输送及反应过程。
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西北大学化工原理课件 流态化是一种使固体颗粒通过与流体接触而转变成类似于 流体状态的操作。 当流体自下而上地流过颗粒层，则根据流速的不同，会出 现下面三种不同的情况：
2. 聚式流化
一般发生在气—固系统，当表观流速超过umf 而开始流化 后，床内出现一些空穴，气体将会优先穿过各个空穴至床层顶 部逸出。聚式流化界面有频繁的起伏波动，界面以上的空间也 会有部分固体颗粒，与理想流化床偏离较大. 液体样特征
①无定形，随容器的形状变化，有一定的上界面； ②如将小于床层密度的物体放入，此物体将浮在表面上； ③当容器倾斜时，床层上界面保持水平； ④两个床层连通时，其床面自动调整到同一水平面上； ⑤床层任意两截面间的压强变化等于这两截面间单位面积 上床层的重力； ⑥流化床与液体一样具有流动性。
化工原理第八章固体流态化
分布板压降计算:
或
式中: u0 —ξ—= Cd分2 布阻板力小系孔数气（速当开孔率≤10 % 查图 6-12 P334）
为了增大△P干, 工业上常在开孔率一定下（0.4~1.4 %）, 采用小孔布 气
2. 内部构件: 3. 型式: 挡网、档板 4. 作用: ① 抑制气泡成长和产生大气泡（“腾涌流化”） 5. ② 减小返混程度 6. ③ 增强两相接触 7. 粒度分布: 8. 主要影响临界流化速度umf及操作弹性比ut /umf，床层膨胀比L /Lmf及床层压降△P 9. 因此: 工业中常用小直径且粒径分布较宽的颗粒进行流化作业，粉粒可在其中起“润滑”
, ut , dp表示事出颗粒最小粒 径
3. 操作范围: （ut/umf）—— 亦可称操作弹性 比对于微细颗粒: 当 Rep<1 时，
对于大颗粒: 当 Re>1000 时，ξ = 0.44
1-4. 流化过程的主要影响因素 1. 分布板结构形式（开孔率、孔径等）作用: ① 支承颗粒、防止漏料 ② 使气体均匀分布 ③ 分散气流，形成小气泡 要求: 分布板的干板压降足够大(≥3.5Kpa)以保障气体的均布(或△P干 / △P总≥10 %)
关系: 气体的放（吸）热 = 固体颗粒吸（放） 热
在微分床层高度dH内: 故:
即: 以
对H作图, 由斜率
G —— 质量流速 Kg/m2·s at —— 单位体积床层颗粒比表面
可求得α值
b.非定态法 假定: ① 任一时刻床层中气体温度等于其离开床层时温度（Tf离 = Tf1）
② 床层中任一时刻τ的颗粒温度Ts分布均匀，但随时间变化。 ③ 无热损失。（床层表面不散失热量）
第八章 固体流态化
第一节 流化（固体流态化）
或
式中: u0 —ξ—= Cd分2 布阻板力小系孔数气（速当开孔率≤10 % 查图 6-12 P334）
为了增大△P干, 工业上常在开孔率一定下（0.4~1.4 %）, 采用小孔布 气
2. 内部构件: 3. 型式: 挡网、档板 4. 作用: ① 抑制气泡成长和产生大气泡（“腾涌流化”） 5. ② 减小返混程度 6. ③ 增强两相接触 7. 粒度分布: 8. 主要影响临界流化速度umf及操作弹性比ut /umf，床层膨胀比L /Lmf及床层压降△P 9. 因此: 工业中常用小直径且粒径分布较宽的颗粒进行流化作业，粉粒可在其中起“润滑”
, ut , dp表示事出颗粒最小粒 径
3. 操作范围: （ut/umf）—— 亦可称操作弹性 比对于微细颗粒: 当 Rep<1 时，
对于大颗粒: 当 Re>1000 时，ξ = 0.44
1-4. 流化过程的主要影响因素 1. 分布板结构形式（开孔率、孔径等）作用: ① 支承颗粒、防止漏料 ② 使气体均匀分布 ③ 分散气流，形成小气泡 要求: 分布板的干板压降足够大(≥3.5Kpa)以保障气体的均布(或△P干 / △P总≥10 %)
关系: 气体的放（吸）热 = 固体颗粒吸（放） 热
在微分床层高度dH内: 故:
即: 以
对H作图, 由斜率
G —— 质量流速 Kg/m2·s at —— 单位体积床层颗粒比表面
可求得α值
b.非定态法 假定: ① 任一时刻床层中气体温度等于其离开床层时温度（Tf离 = Tf1）
② 床层中任一时刻τ的颗粒温度Ts分布均匀，但随时间变化。 ③ 无热损失。（床层表面不散失热量）
第八章 固体流态化
第一节 流化（固体流态化）
第五章 固体流态化
▪ 散式流化具有空隙率随流化数均匀变化的规律； ▪ 聚式流化乳化相的空隙率几乎不变，床层膨胀主 要由气泡相的膨胀所引起。聚式流化床膨胀比是一 个较难确定的参数。
第二节 固体流态化(Fluidization)
⒉分离高度（ H 或 TDH）： （Transport Disengaging Height）
固体颗粒上升，必有等量颗粒下降，使颗粒均 匀混合，但导致停留时间不均，固体产品的质 量不均；
⒊强烈的碰撞与摩擦：
颗粒之间、颗粒与器壁之间的碰撞磨损严重， 生成的细粉易被气体带出，加大了损失量；
第二节 固体流态化(Fluidization)
⒋气流的不均匀分布与气固床层的不均匀 接触—聚式流化床的不正常操作
免粉体对环境的污染；容易实现管网化和自动化； 缺点：能耗高，设计和操作不当易使颗粒过度碰撞而磨蚀、
破碎，同时造成管道和设备的磨损。
第三节 气力输送 （Pneumatic transport）
输送类型： 负压体系（吸送式） 正压体系（压送式）
思考题
1.什么是固体流态化？其优点是什么？ 2.什么是固定床？什么是流化床？ 3. 什么是聚式流态化？什么是散式流态化？ 4.流化床的主要特性？气-固流化床中的两种不
RePdPμuρ
u---空床速度
②对非球形颗粒：引入ψ（将式中dP 用ψdP 代替）；
不均匀颗粒：引入比表面积平均直径（邵特直径）；
③球形颗粒εmf =0.4，则上式可写为：
umf0.000 d2 P5 (s9 )g
第二节 固体流态化(Fluidization)
⒉带出速度ut－流化床操作的上限：
ut = 颗粒在流体中的沉降速度
③粒子的湿度：湿度↑→颗粒易粘结→易发生沟流； ④流体分布板设计不完善，或升气孔太少。
第二节 固体流态化(Fluidization)
⒉分离高度（ H 或 TDH）： （Transport Disengaging Height）
固体颗粒上升，必有等量颗粒下降，使颗粒均 匀混合，但导致停留时间不均，固体产品的质 量不均；
⒊强烈的碰撞与摩擦：
颗粒之间、颗粒与器壁之间的碰撞磨损严重， 生成的细粉易被气体带出，加大了损失量；
第二节 固体流态化(Fluidization)
⒋气流的不均匀分布与气固床层的不均匀 接触—聚式流化床的不正常操作
免粉体对环境的污染；容易实现管网化和自动化； 缺点：能耗高，设计和操作不当易使颗粒过度碰撞而磨蚀、
破碎，同时造成管道和设备的磨损。
第三节 气力输送 （Pneumatic transport）
输送类型： 负压体系（吸送式） 正压体系（压送式）
思考题
1.什么是固体流态化？其优点是什么？ 2.什么是固定床？什么是流化床？ 3. 什么是聚式流态化？什么是散式流态化？ 4.流化床的主要特性？气-固流化床中的两种不
RePdPμuρ
u---空床速度
②对非球形颗粒：引入ψ（将式中dP 用ψdP 代替）；
不均匀颗粒：引入比表面积平均直径（邵特直径）；
③球形颗粒εmf =0.4，则上式可写为：
umf0.000 d2 P5 (s9 )g
第二节 固体流态化(Fluidization)
⒉带出速度ut－流化床操作的上限：
ut = 颗粒在流体中的沉降速度
③粒子的湿度：湿度↑→颗粒易粘结→易发生沟流； ④流体分布板设计不完善，或升气孔太少。
第五节 固体流态化
第五节固体流态化§3.5.1、概述将大量固体颗粒悬浮于运动的流体中，使颗粒具有类似于流体的某些特性，这种流固接触状态称为固体流态化。
化工中使用固体流态化技术的例子很多，如催化流化床反应器、流化床干燥器、沸腾床焙烧炉及颗粒的输送。
催化流化床反应器所用的催化剂颗粒要比固定床的小得多，颗粒的比表面积大，这样流体与固体之间的传热，传质速率就比固定床的高；对于流化床干燥器沸腾床焙烧炉也有类似的特点。
§3.5.2、流化床的基本概念现在让我们一起来观察流体通过均匀颗粒时所出现的床层现象。
一、固定床阶段当空床速度（表观速度）较低，此时即颗粒间空隙中流体的实际流速小于颗粒的沉降速度，床层现象为颗粒基本静止不动，颗粒层为固定床。
颗粒床层高度为，此时流体通过颗粒床层的压降为：，可以用康采尼方程来估算；在较大的范围内，可以用欧根方程来估算，一般误差不超过25%。
保持固定床的最大表观速度二、流化床阶段流化床阶段为表观速度增大至一定程度，时，此时，颗粒开始松动，颗粒位置可以在一定的区间内进行调整，床层略有膨胀，当颗粒仍不能自由运动，这时床层处于初始或临界化状态，床层高度增至，如左图所示，而当继续增加，即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象液体沸腾，故流化床也称为沸腾床。
流化床内颗粒与流体之间的摩擦力恰好与颗粒的净重力相平衡，且，但基本不变。
三、颗粒输送阶段若继续增大，且，则颗粒将获得向上上升的速度，其大小为，此时，颗粒将带出容器外，这一阶段称为颗粒输送阶段。
§3.5.3、两种不同流化形式一、散式流化散式流化为固体颗粒均匀地分散在流化介质中，流化床内各处的空隙率大致相等，床层有稳定的上界面，床层压降稳定。
散式流化一般发生于液固系统。
通常两相密度差小的系统趋向散式流化。
二、聚式流化通常两相密度差较大的系统趋向于聚式流化。
流态化速冻方法共21页文档
体颗粒的相对位置没有发生变化的阶段（图的 AD段 ）。 特点：气体通过床层所发生的压力降△P，与 空塔气体流速v 在对数坐标纸上成直线关系 （图的AB段 ）
概念：
2、流化床阶段
当气固间相对速度达到一定数值时床层不再 维持固定状态，固体颗粒的相对位置发生明 显变化，固体颗粒在床层中作不规则沸腾状 运动，并且具有与流体同样的流动性，此阶 段称为流化床阶段 。
2、全流态化操作
2.l· 气力流态化 气力流态化：食品颗粒完全靠上吹的冷风克服自
身的重力而成沸腾状态，并向前流动的操作方式。
2.2· 振动流态化 振动流态化：利用机械振动原理使食品在带孔的
槽体上按一定振幅和频率呈跳跃式抛物线型向前运 动，并辅以自下而上的冷风，造成食品层沸腾而成 流态化，从而实现单体快速冻结的方法。 振动流态化有两种方式：往复式振动和直线振动。
docin/sanshengshiyuan doc88/sanshenglu
三、不良流化现象
在食品流态化冻结过程中常出现沟流现象、粘 结现象、夹带现象等影响食品的IQF冻结不正常 的流态化现象。这与气流速度、压力降、气流 分布的均匀性、食品层层厚、筛网孔隙率、食 品颗粒的形状和质量及其潮湿程度等因素有关。
沟流现象：由于气流组织或食品层层厚不均 匀，床层出现沟道，气流不能均匀地通过床 层，而从沟道中流过，床层压力不断下降， 作用于食品层各点的压力降发生变化造成整 个床 "沸腾"的急剧恶化，破坏了正常流态 化操作，这种现象称为沟流现象。
与E点相对应的流速称为最大流化速度 (或 称固体颗粒的带出速度或悬浮速度）。
筛网阻力△PS损失与空气流速和筛网的孔隙率有关， 流速越大或孔隙率越小，阻力越大，反之亦然。
筛网阻力损失的范围相当于流化床食品层阻力 损失的10%~20%。
概念：
2、流化床阶段
当气固间相对速度达到一定数值时床层不再 维持固定状态，固体颗粒的相对位置发生明 显变化，固体颗粒在床层中作不规则沸腾状 运动，并且具有与流体同样的流动性，此阶 段称为流化床阶段 。
2、全流态化操作
2.l· 气力流态化 气力流态化：食品颗粒完全靠上吹的冷风克服自
身的重力而成沸腾状态，并向前流动的操作方式。
2.2· 振动流态化 振动流态化：利用机械振动原理使食品在带孔的
槽体上按一定振幅和频率呈跳跃式抛物线型向前运 动，并辅以自下而上的冷风，造成食品层沸腾而成 流态化，从而实现单体快速冻结的方法。 振动流态化有两种方式：往复式振动和直线振动。
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三、不良流化现象
在食品流态化冻结过程中常出现沟流现象、粘 结现象、夹带现象等影响食品的IQF冻结不正常 的流态化现象。这与气流速度、压力降、气流 分布的均匀性、食品层层厚、筛网孔隙率、食 品颗粒的形状和质量及其潮湿程度等因素有关。
沟流现象：由于气流组织或食品层层厚不均 匀，床层出现沟道，气流不能均匀地通过床 层，而从沟道中流过，床层压力不断下降， 作用于食品层各点的压力降发生变化造成整 个床 "沸腾"的急剧恶化，破坏了正常流态 化操作，这种现象称为沟流现象。
与E点相对应的流速称为最大流化速度 (或 称固体颗粒的带出速度或悬浮速度）。
筛网阻力△PS损失与空气流速和筛网的孔隙率有关， 流速越大或孔隙率越小，阻力越大，反之亦然。
筛网阻力损失的范围相当于流化床食品层阻力 损失的10%~20%。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
固体流态化技术 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
固体流态化颗粒
• 工程中，经常将非球形颗粒以某种“当量”的球形颗粒来代替， 以使非球形颗粒的某种特性与球形颗粒等效，这一球粒的直径 为当量直径。当量直径表示非球形颗粒的大小。根据不同方面 的等效性，通常有两种表示方法；
• （1）等体积当量直径 颗粒的等体积当量直径为与该颗粒体积 相等的直径，即
• de=
式中
• de――颗粒的等体积当量直径，m；
• 1．床层的简化模型 • 细小而密集的固体颗粒床层具有很大的比表面积，流体通过床层
的流动多为爬流，流动阻力基本上为粘性摩擦阻力，同时使整个床 层截面速度的分布均匀化。为解决流体通过床层的压力降计算问题， 在保证单位床层体积表面积相等地前提下，将颗粒床层内实际流动 过程大幅度加以简化，以便可以用数学方程式加以描述。 • 经简化而得到的等效流动过程称之为原真实流动过程的物理模型。 • 简化模型是将床层中不规则的通道假设成长度为L，当量直径为 的一组平行细管，并且规定： • （1）细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积； • （2）细管的内表面积等于颗粒床层的全部表面积。
之比称为空隙率（或称空隙度），以ε表示， 即
• 式中 • ε－床层的空隙率，m3/m3；
第14页，本讲稿共46页
• 空隙率的大小与颗粒形状、粒度分布、颗粒直径与床层直 径的比值、床层的填充方式等因素有关。
• 对颗粒形状和直径均一的非球形颗粒床层，其空隙率主 要取决于颗粒的球形度和床层的填充方法。 非球形颗粒 的球形度越小，则床层的空隙率越大。由大小不均匀的颗 粒所填充成的床层，小颗粒可以嵌入大颗粒之间的空隙中， 因此床层空隙率比均匀颗粒填充的床层小。
• 根据各号筛网上截留的颗粒质量，可以计算出直径为dpi>的颗粒占全部样 • 品的质量分率xi>，再根据实测的各层筛网上的颗粒质量分率，按下式可 • 计算出颗粒群的平均直径为