流态化原理
流态化基础知识和流型分类
流态化技术自20世纪初被发现以来， 经历了从实验室研究到工业应用的漫 长过程，现已广泛应用于化工、能源 、环保等领域。
颗粒床层特性与流动状态
颗粒床层特性
颗粒床层是由固体颗粒堆积而成，具 有多孔性、可压缩性和渗透性等特性 。
流动状态
颗粒床层在气体或液体作用下可表现 为固定床、流化床和输送床等不同的 流动状态。
影响因素
流体速度、固体颗粒性质（如粒径、密度、形状等）、床层高度、温度、压力等都会对床层流型产生影响。
03
颗粒性质对流型影响研究
颗粒形状、大小及分布规律探讨
颗粒形状对流型的影响
球形颗粒在流化床中易于形成均匀流化，而非球形颗粒（ 如片状、纤维状）可能导致流化不均匀或产生沟流现象。
颗粒大小对流型的影响
摩擦力对流型的影响
摩擦力使颗粒间相互摩擦产生热量和磨损， 影响床层的稳定性和流动行为。高摩擦力可 能导致床层内局部温度升高和颗粒磨损加剧 ，进而影响整体流型。
04
气体参数对流型影响研究
气体速度、压力变化规律探讨
气体速度对流型的影响
随着气体速度的增加，流型从固定床逐渐过渡到流化床，床层膨胀度增加，颗粒间的相 互作用力减弱，流型变得更加均匀。
物料循环和排放控制
根据生产需求控制物料的循环量和排放量；在操作过程中 密切关注物料循环和排放情况，及时调整相关参数以保持 稳定的物料平衡。
提高设备性能，降低能耗措施
设备结构优化
操作参数优化
通过改进设备结构，如采用高效分布板、 优化旋风分离器结构等，提高设备的流化 效率和分离效率，降低能耗。
通过调整操作参数，如气体速度、温度和 压力等，使设备在最佳状态下运行，提高 设备性能并降低能耗。
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：
第六章气固流态化基础(2024)
类型与结构
根据反应类型和需求，流化床反应器可分为多种类型，如固定床反应器、移动床反应器和 循环流化床反应器等。其结构通常包括反应器主体、气体分布器、固体颗粒循环系统和控 制系统等。
通过气体或液体以一定速度穿过 固体颗粒层，使颗粒之间产生相 互作用和能量传递，从而实现流 态化。
2024/1/29
5
气固流态化的重要性
与传统的间歇式生产方式相比， 气固流态化技术可降低能耗和生 产成本。
气固流态化技术不仅应用于化工 、冶金等领域，还可拓展到环保 、新能源等领域。
2024/1/29
提高生产效率 降低能耗
在气固流态化系统中，通过设置合适的分离 装置，可实现气体和固体颗粒的有效分离， 以满足不同工艺需求。
2024/1/29
催化剂再生
在石油化工等领域中，催化剂的再生是一个重要环 节。利用流态化技术可实现催化剂的高效再生和循 环利用。
粉体输送
利用气固流态化的原理，可实现粉体物料的 高效输送和分配，广泛应用于化工、冶金等 领域。
颗粒粘结
某些物料在流化床内可能发生粘结现象，形 成团聚体或结块。粘结可能导致床层塌落、 沟流以及传热和传质效率下降等问题。
2024/1/29
26
气体分布不均与沟流现象
气体分布不均
在气固流态化过程中，气体的不均匀分布是 一个常见问题。气体分布不均可能导致床层 内的温度和浓度梯度增大，从而影响产品质 量和收率。
强化传质方法
强化传质的方法包括增加气体流速、减小固体颗粒粒径、提高床层温度和压力等。此外 ，采用催化剂或添加反应促进剂等方法也可以提高传质效率。同时，优化流化床结构和
“利用流态化原理解释颗粒终端速度(带出速度),为什么等于自由沉降速度？”论文
流态化基本原理【摘要】流态化技术是利用流动流体的作用，将固体颗粒群悬浮起来，从而使固体颗粒具有某些流体表观特征，利用这种流体与固体间的接触方式实现生产过程的操作。
自由沉降速度，又称终端速度。
指任一颗粒的沉降不因流体中存在其他颗粒而受到干扰时，在等速阶段里颗粒相对于流体的运动速度。
即加速阶段终了时颗粒相对于流体的速度。
关键词：流态化；固体；颗粒；沉降1流态化与自由沉降流态化一般指固体流态化，又称假液化，简称流化，它是利用流动流体的作用，将固体颗粒群悬浮起来，从而使固体颗粒具有某些流体表观特征，利用这种流体与固体间的接触方式实现生产过程的操作，称为流态化技术，属于粉体工程的研究范畴。
流态化技术是一种强化流体(气体或液体)与固体颗粒间相互作用的操作，如在直立的容器内间歇地或连续地加入颗粒状固体物料，控制流体以一定速度由底部通入，使其压力降等于或略大于单位截面上固体颗粒的重量，固体颗粒即呈悬浮状运动而不致被流体带走。
流态化技术在强化某些单元操作和反应过程以及开发新工艺方面，起着重要作用，广泛应用于化学、石油、冶金、原子能等工业的焙烧、干燥、吸附、气化、催化反应和催化裂化等许多过程中。
单个颗粒在流体中的沉降过程称为自由沉降。
若颗粒数量较多，相互间距离较近，则颗粒沉降时相互间会干扰，称为干扰沉降。
颗粒刚开始沉降时，速度u 为零，则曳力也为零，颗粒在净质量力（质量力与浮力之差）作用下沿质量力方向作加速运动，随着运动速度u的增加，曳力开始由零不断增大，直至与净质量力相等为止，这时，颗粒加速度减为零，速度u达到一恒定值，也是最大值，此后，颗粒等速下降，这一最终的运动速度称为沉降速度。
由此可见，单个颗粒在流体中的沉降过程分为两个阶段：加速段和等速段，对于小颗粒，加速段极短，通常可以忽略，于是，整个沉降过程都可认为是匀速沉降。
2流态化现象将一批固体颗粒堆放在多孔的分布板上形成床层，使流体自下而上通过床层。
由于流体的流动及其与颗粒表面的摩擦，造成流体通过床层的压力降。
流态化一章
§1.2 流态化的状态 及其它流态化形式
一、流态化状态与判别准则
聚式流态化aggregative fluidization
散式流态化dispersed fluidization 1．聚式流态化（不均匀流化床，气体流化床）水-铅
气泡相bubble phase：就是内部几乎没有固体颗粒，仅在其边壁或 外表面 有固体颗粒环绕的运动空间
六、气-固流化床的一般性评价
1．良好的床层均温性
上下或左右方向的温度梯度均在10～20℃之内 固体颗粒的热容量比相同体积气体的热容量高100～ 1000倍
2．较高的传热传质速率
3．输送能力大 4．可利用或加工粉末状物料
不足 ：
（1）固体物料的停留时间不均匀 （2）气流分布不均会影响气-固接触效率 （3）颗粒磨损与设备磨损严重
曳力
浮力
重力
压降值△P单调增加
幻灯片 115
流态化过程曲线
2．流态化床阶段
气流对颗粒的曳力 + 气流对颗粒的浮力 = 颗粒 受到的重力
AP Lmf A(1 mf ) f g Lmf A(1 mf ) s g P Lmf (1 mf )( s f ) g
2．多层流态化床
定义： 在传统的单层气-固流态化系统的基础 上，在床内不同高度设置多块气体布风 板，将床层分成多段区域，这就构成了 多层流态化床
优点：
该床既可以保持原单层床的诸多优点(如
床层均温 性、传热性能优越等) 在一定程度上抑制床内气体与颗粒的混 合，改善气、固相的滞留时间分布 可借助流化介质的再分布，使大气泡变 小，降低扩散阻力，提高传质、传热速率。
固体颗粒可以参加化学反应 ：气化、燃烧 不参加化学反应，如气相化学反应中的固 体催化剂 参与多种物理过程 ： 热空气干燥粮食
流态化原理
1.4 散式流化与聚式流化
散式流化 以液体为流化介质的流化床，床层随流体 的增加平衡膨胀，床层中的固体颗粒彼此散开运 动，流化得很均匀。压力降与速度的关系接近理 想曲线，这种流化床叫做散式流化床或均匀流化 床。 聚式流化 以气体为流化介质的流化床，床层中的固 体颗粒不是单独存在的，而是许多颗粒以集团形 式团聚在一起。气体是以气泡形式通过床层，流 速较高时，固体颗粒运动猛烈，床层搅动得很厉 害，床的膨胀比小于散式流化，气体把颗粒带出， 形成一个稀相，这种流化床叫不均匀流化床，即 聚式流化。再生器及反应上部就是聚式流化。
1 气泡的形成与形状
气体通过分布器后，很快形成气泡，随着气泡的上升， 小气泡合并成大气泡，气泡直径扩大。初始生成的气泡 大小与分布器孔径和气速大小有关，孔径与气速大，则 生成的气泡就大。如图，气泡的形状是上半部呈半球形， 下半部凹入，这部分称作尾波区，约占球形体积的2030%，尾波区夹带有固体颗粒，气泡中基本不含固体颗 粒。 气泡向上运动的速度大于床层 平均速度，气泡越大上升速度越快 。实际上气泡形状是经常变化的， 以上所说的形状是理想状态。
• 它们是与流化状态有关的参数学者给出一个这样 计算公式：
2 umf 0.0078 dp p f
ut gdp 2 p f
/18uf
g / uf
dp 固体颗粒直径
p、 f 固体颗粒及气体密度，g / cm 2
g-重力加速度,981cm/s2 uf-气体的粘度,pa·s 鼓泡流化床 uf一般为0.6-1m/s 即60-100cm/s
u>ut
稀相输送（输送床）
《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
流态化工程原理
流态化工程原理流态化工程原理是指通过控制流体的运动状态和物理特性来实现特定的工艺目标或应用需求的一种技术。
它在化工、石油、能源、环保等领域中广泛应用，为工业生产提供了重要的技术支持和创新方向。
流态化工程原理的基本概念是将固体颗粒悬浮于气体或液体介质中，通过调节流体的速度和流态化剂的添加来改变固体颗粒的运动状态。
在流态化状态下，固体颗粒的运动呈现出流体的特性，具有类似于液体的流动性和类似于气体的均匀性。
这种特性使得流态化工程成为一种高效的物料搬运和反应控制技术。
流态化工程原理的核心是流体的运动和相互作用。
在流态化过程中，流体中的颗粒受到气体或液体的作用力，呈现出不同的运动状态，如床层流动、颗粒间的碰撞和混合等。
这些运动状态对于实现特定的工艺目标至关重要，如颗粒的分离、搬运和反应等。
流态化工程原理的应用范围非常广泛。
在化工领域，流态化工程可以用于固体颗粒的分离、干燥、反应和催化等过程。
例如，在石化工业中，流态化工程可以用于催化剂的制备和石油的加工。
在环保领域，流态化工程可以用于废气和废水的处理和净化。
在能源领域，流态化工程可以用于燃煤和生物质的燃烧，以及核能的利用等。
流态化工程原理的核心是控制流体的运动和相互作用。
通过调节流体的速度和流态化剂的添加，可以改变固体颗粒的运动状态，从而实现特定的工艺目标。
流态化工程既有理论研究，又有实际应用。
在理论研究方面，流态化工程涉及流体力学、热力学和物质传递等多个学科的知识。
在实际应用方面，流态化工程需要考虑工艺流程、设备设计和操作控制等多个方面的问题。
流态化工程原理的研究和应用对于推动工业生产的发展具有重要意义。
它可以提高物料搬运和反应过程的效率，减少能源和原材料的消耗，降低环境污染和废物排放。
同时，流态化工程也为新材料的研发和应用提供了技术支持和创新思路。
通过研究流态化工程原理，我们可以更好地理解和掌握流体的运动规律和相互作用机制，为工业生产的可持续发展做出贡献。
循环流化床锅炉的工作原理及特点
循环流化床锅炉的工作原理及其特点一、工作原理1液态化过程流态化是固体颗粒在流体作用下表现出类似流体状态的一种状态固体颗粒、流体以及完成化介质为气体，固体颗粒以及煤燃烧后的灰渣（床料）被流化，称为气固流态化。
流化床锅炉与其他类型燃烧锅炉的根本区别在于燃料处于流态化运动状态，并在流态化过程中进行燃烧。
当气体通过颗粒床层时，该床层随着气流速度的变化会呈现不同的流动状态。
随着气体流速的增加，固体颗粒呈现出固定床、起始流化态、鼓泡流化态、节涌、湍流流化态及气力输送等状态。
2宽筛分颗粒流态化时的流体动力特性（1）在任意高度的静压近似于在此高度以上单位床截面内固体颗粒的重量。
（2）无论床层如何倾斜，床表面总是保持水平，床层的形状也保持容器的形状。
（3）床内固体颗粒可以向流体一样从底部或者侧面的孔口中排出。
（4）密度高于床层表观密度（如果把颗粒间的空间体积也看做颗粒体积的一部分，这时单位体积的燃料质量就称为表观密度）的物体在床内会下沉，密度小的物体会浮在床面上。
（5）床内颗粒混合良好，因此当加热床层时，整个床层的温度基本均匀。
3循环流化床锅炉的工作过程在燃煤循环流化床锅炉的燃烧系统中，燃料煤首先被加工成一定粒度范围内的宽筛分煤，然后由给料机经给煤口送入循环流化床密相区进行燃烧，其中许多细颗粒物料将将进入稀相区继续燃烧，并有部分随烟气飞出炉膛。
飞出炉膛的大部分细颗粒由固体物料分离器分离后经过返料器送回炉膛，在参与燃烧。
燃烧过程中产生的大量高温烟气，流经过热器、再热器、省煤器、空气预热器等受热面，进入除尘器进行除尘，最后由引风机排至烟囱进入大气。
循环流化床锅炉燃烧在整个炉膛内进行，而且炉膛内具有更高的颗粒浓度，高浓度的颗粒通过床层、炉膛、分离器和返料装置，再返回炉膛，进行多次循环颗粒在循环过程中进行燃烧和传热。
锅炉给水首先进入省煤器，然后进入汽包，后经过下降管进入水冷壁。
燃料燃烧所产生的热量在炉膛内通过辐射和对流等换热形式由水冷壁吸收，用以加热给水生成汽水混合物。
流态化原理
流态化原理当流体自下向上通过固体颗粒床层时，由于流体的作用，使固体颗粒悬浮起来，在床层内作剧烈的运动，上下翻滚如沸腾的液体，具有流动性。
这种现象称为流态化。
流态化技术近年来已成为一种发展十分迅速、应用日趋广泛的新技术，目前我国已在化工、石油、冶金、电力、医药、食品等工业中采用。
在硅酸盐工业中，流态化技术也有了较为广泛的应用，如流态化干燥，水泥窑外分解等都是流态化技术应用的实例。
一、流态化过程的基本概念流态化现象1.使流体通过一个多孔板（分布板）上的固定颗粒床层，如下图所示，当流速比较低时，流体从颗粒间的空隙穿过床层，床层的高度不变，这时称为固定床。
床层略有膨胀，这时称膨胀床。
流速增加到一定数值时，颗粒之间失去接触关系而悬浮于流体中，床层显著膨胀，这时称为初始流化或临界流化。
临界流化是固体床向流化床的转折点。
继续增加流速，床层进一步膨胀，但有明显的上界面，床层中颗粒运动加剧，整个床层具有类似液态的性质，这时称为流态化或流化床。
在更高的流速下，一部分固体颗粒被气流带出，流速增大，带出增多，上界面消失，颗粒间的孔隙加大，密度减小，固体颗粒在流体中形成旋风状态的稀相，并随气体一起被吹送出去，这时称为气力输送，亦称稀相输送床。
图1-332.流化床类似液体的性质气-固系统流化床非常像沸腾的液体，并在许多方面表现出类似液体的性质。
如图1-33所示，一个大而轻的物体可以很容易地被推入床层，去掉外力它就上浮在床层表面上；容器倾斜时，它们在床面也和液体一样自找水平；此外，床层中任一不同高度两点间的压强差，能满足流体力学的静力学方程式；气、固流化床也具有像液体一样的流动性，固体颗粒可以从小孔喷出，并像液体那样从一个容器流入另一个容器。
化工原理课件5.颗粒的沉降和流态化
ut
dP2(P )g 18
2 Re P
500，阿仑区
，ut
0.781
d
1.6 P
(
P
0.4
0.6
)
g
0.714
当dp ,500 ReP 2105，牛顿(Newton )定律区 ，
ut 1.74
dP (P )g
与u无关。
5. 颗粒的沉降和流态化
5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
前提：P
一、沉降的加速阶段：设初始速度等于0。
在沉降过程中颗粒的受力如下：
Fb
1、体积力：重力场：Fg mg
离心力：Fg
其中：对于球形颗粒：m
mr2
1 d
2、浮力：重力场：Fb
m
p
6
g
3
p
p
离心力：Fb
m
p
r 2
3、曳力：FD
Ap
1 2
u 2
FD Fg
5. 颗粒的沉降和流态化
5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
度，曳力减小。
5、非球形：曳力系数比同体积球形颗粒为大， ut减少。
返回
5. 颗粒的沉降和流态化
5.3 沉降分离设备
基础：颗粒在外力作用下产生沉降运动，具有两 相 p 为前提。悬浮颗粒的直径越大，两相的密 度差越大，使用沉降分离方法的效果就越好。
根据作用于颗粒上的外力不同，沉降分离设备 可分为重力沉降和离心沉降两大类。
二、沉降的等速阶段
u曳力项 ，du d
du
d
0, 此时恒定u
ut
球形颗粒：
du
d
(P )g P
3 4d P P
第六章 气固流态化基础
床内传热、传质效率较高，相间交换系数高；
Wen & Yu研究后发现:
1 s
3 mf
14
1 mf
2 s 3 mf
11
umf——起始流化速度（或最小流化速度/临界流化速度） （minimum fluidization velocity）
其余经验关联式参考《流态化工程原理》相关内容
3.颗粒性质对流化行为的影响
气 固 两 相 流 多 媒 体 课 件
（1）湍动流态化的形成 气体速度增加 气泡破裂速度 大于聚并速度 床层膨胀 床内气泡减小
湍动流态化
气泡边界模糊
（2）湍动流态化内的压力波动特征
鼓泡
流化床 湍动 流化床
气 泡 增 大 气 泡 减 小
u=0.061m/s
u=0.111m/s
速 度 增 加
u=0.224m/s u=0.479m/s u=0.599m/s u=0.738m/s
D类颗粒：通常为过粗颗粒，一般 粒径在600μm以上，流化时极易 产生大气泡或节涌，操作不稳定。
密 度 差
B A
D
C 平均粒径
4.气固流态化中各种流型特征
气 固 两 相 流 多 媒 体 课 件
u、ε增加
固 定 床
散 式 床
鼓 泡 床
节 涌 床 聚式流态化
湍 流 床
快 速 床
气 力 输 送
6.3 气固密相流化床 气 固 两 相 流 多 媒 体 课 件
2.床层压降与气体速度的关系、起始流化速度
气 固 两 相 流 多 媒 体 课 件
床层压降与气体速度的关系 由Ergun公式得到：
Байду номын сангаас
实验10 最小流态化速度的测定
实验10 最小流态化速度的测定一、实验目的1、测定液—固系统最小流态化速度；绘制压降与流速关系曲线。
2、测取最小流化系数。
3、观察散式流态化特征和床层变化情况。
二、实验原理流体通过颗粒床层，其初期压降ΔＰB 将随流体速度u 的增加而增大，压降和流速之间具有一般固接触固定床层性质的关系。
当速度达到某一数值，颗粒刚好被上升流体推起，彼此脱离接触，床层高也有明显增加达到这一状态时，流体的速度即是最小流态化速度，再稍微增加流速床中颗粒就会向上微动颗重新排列，使流体阻力略有降低，床层空隙度增加，进一步增加流速直达到颗粒在流体中自由运动，此时床层便达到流态化。
达到最小流态化速度时，床层压降应既符合固定床规律，同时又符合流化床规律。
由力学平衡关系可得出：g L )E 1)((P S B ⋅⋅-ρ-ρ=∆若床层膨胀项 g L )E 1(⋅⋅-将保持不变，所以上式亦可写：g L )E 1)((P mf mf S B ⋅⋅-ρ-ρ=∆流体通过固定床产生的压降除了与床层和流体的性质有关外主要与流速有关，有公式：32O 2L B S )1(L u K P ε⋅ε-⋅μ⋅⋅=∆ 将上述两公式联立，可整理出最小流态化速度公式 ()μρ-ρϕ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ε-ε=g d 11801u s 2p 2a mf 3mf mf 应用公式计算ｕmf 时，因为许多参数值不易确定，实验中可利用压降一流速关系曲线测出ｕmf 值。
将压力降与流速对应关系在双对数座标上标绘，压力降开始随流速增加而增加，当达到最高值时即开始下降，然后在较大范围内处于基本状态，直到气流输送，其中最高转折点处所对应的流速即ｕmf 值。
应该指出测定过程中流速从小到大与流速从大到小，所测的曲线并不相，前者在固定床范围内压降明显大于后，这是因为由固定床转化为流化床的时，床层要比相反过程紧密一些，颗粒间有一定的塔接力，并因此在冲开舜间形成压力降高峰。
当球形度变化不大时(粉碎后物料约0.6到0.7之间)最小流化速度公式可写成μρρg C u a p mf mf )(2-= C mf 称为最小流化系数 在d p 已知或测得的情况下，先测取u mf ，进而得到C mf 值。
化工原理第八章固体流态化
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）
第五节 流态化基本原理讲解
随着气速的增大，当气速达到ufp时，即进入快速床阶段， 此时，必须依靠提高固体颗粒的循环量才能维持床层密度
形成快速流化床的基本前提条件是：
①流化固体是细颗粒；
②气速超过固体颗粒的终端速度，ufp=3～4ut； ③有一定的循环量，以保证床层有一定的密度。
快速流化床的特点是：
①床层很均匀；
②采用气速高、处理量大；
不均一； ③催化剂在床层中剧烈搅动，造成催化剂颗粒和设备
磨损； ④在生产负荷太低的情况下，流化床操作难以平稳，
操作波动大
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三：提升管中的气-固流动(垂直管中的稀相输送)
气-固输送可以根据密度不同而分为稀相输送和密相输送， 通常以100kg/m3为划分界限 在提升管中，气-固混合物的密度大约十几到几十千克每立 方米，因此属于稀相输送的范围
第五节 流态化基本原理
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一：流态化的形成和转化
1．固定床、流化床及稀相输送
①当气速较小时，催化剂堆紧，为固定床阶段；
②当气速增达到一定程度以后，床层开始膨胀，为膨胀
床；
③当u=umf时，固体粒子被气流悬浮起来做不规则运动， 为流化床阶段；
④继续增大气速至u=ut，催化剂开始被气流带走，为稀 相输送阶段
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Hale Waihona Puke 72．鼓泡床的一些基本现象
鼓泡床的固体颗粒不是以单个而是以集团进行运动的
鼓泡床的床层包括气泡相和颗粒相两部分
①气泡的形状
②气体返混和固体返混
图1
③气泡的形成
④气节和沟流
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流态化原理与及应用
流 态
1.2、 气固流态化的形成
化 1.2.1 流态化过程
原
理
及
应
用
气力输送 Pneumatic Transport
ln Δp /ln H
（ ） （ ）
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固定床 Fixed Bed
流化床 Fluidized Bed
umf
lnu
流 态
1.2、
气固流态化的形成
化 流态化形成的三个阶段：
往称这种全风帽式沸腾燃烧炉为“第一代沸腾炉”。
1975年，原西德鲁奇Lurgi)公司在第一代风幅式全沸腾炉
(也称鼓泡床燃烧炉)的燃烧装置中引入炉外分离装置，使
燃烧效率大大提高，这就是第二代沸腾炉一循环床沸腾
燃烧锅炉。设置的分离装置可较好地实现气、固分离，
使未燃尽的固体颗粒得以重新回到沪内燃烧．因而燃烧
流 态
1.2、 气固流态化的形成
化 1.2.3 流态床的基本结构
原 （1）风室
理
作用：就是使气体介质压力均匀稳定，实现气体介
南京化学工业公司采用流态化技术焙烧黄铁矿生产SO2 并制造H2SO4。
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流
态 1.1.2 流态化的发展历史(续）
化
原 理
1957年：我国在辽宁葫芦岛采用流态化装置培烧精锌矿以生 产ZnO和SO2，获得成功。
及 50年代中期，采用新型的全沸腾风帽式流态化技术用于固
应 用
体煤颗粒的燃烧，获得良好的效果。在燃烧技术领域，往
化 1.2.2 流态化实现要素及特点
原 2、特点
理
主要优点
及
主要缺点
应 ① 气固接触比表面积大，物理 与化学过程速率高；
流态化工程原理
流态化工程原理介绍如下:流态化工程原理是指利用流态化技术进行的化学反应工程和化学工艺流程的研究。
流态化是固体颗粒在高速气流的振动作用下，呈现出类似于流体的状态，具有多孔、均匀、高效的特点。
以下是流态化工程原理的介绍。
一、流态化工程的基本原理流态化化学反应器是利用流态化技术进行化学反应的装置，其外形和固定床反应器相似。
流态床反应器依靠流化床内的气固两相混合来增加反应物质之间的接触次数，从而提高反应效率。
可以通过对流化床内的粒子尺寸、颗粒形状、气流速度等参数进行调节，实现对反应性能的优化和控制。
二、流态化工程的应用1.清洁能源领域。
流态化技术可用于生物质能的去除和提取，煤炭气化等领域，是一种清洁、高效的生产方式。
2.化学工业领域。
流态化系统可以广泛应用于化学反应、化学工艺、化学储能以及制药、农药等领域。
3.环保领域。
通过流态化技术，可以进行废物处理和节能减排，具有环保经济的双重优势。
三、流态化工程的特点1.动力学响应快。
流态化床反应器的反应介质在实际操作时，可以快速地达到热平衡和化学平衡，反应效果明显。
2.传质速率高。
在流态化床内，气体相和固体相交替运动，传质速度显著提高，有效缩短反应时间。
3.反应效率高。
随着颗粒粒径的减小，反应面积增大，从而使得反应剂互相接触的概率增加，反应速率提高。
4.易于操作和维护。
流态化床内无静止部位，床粉剧烈流动可减小床粉结块的发生，设备布局也比传统的反应器更加紧凑。
综上所述，流态化工程原理是一种有效的化学反应技术。
通过调整流化床内的气流速度、粒径分布、反应温度等参数，可以实现反应过程中多种反应物的混合，从而实现反应效果的快速优化和控制。
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流化床阶段
颗粒输送阶段
• u>ut
散式流化 • 流化床内固体颗 粒均匀分布在流 动流体中，并在 各个方向上作随 机运动，床层中 各部分密度几乎 相等，床层上界 面平稳而清晰， 这种现象被称为 散式流化。
聚式流化 • 聚式流化也称鼓 泡流化，是床层 中出现组成不同 的两个相，即含 固体颗粒甚少的 不连续气泡相， 以及含固体颗粒 较多、分布较均 匀的连续乳化相， 乳化相内的液固 运动状况和空隙 率接近初始流化 状态
固定床阶段
• u<ut • 颗粒基本静止不动
• 当流体速度增大到一定程度后，颗粒松动、 调整，床层膨胀，处于起始或临界流化态。 如果流体的流升高到使全部颗粒刚好悬浮 于向上流动的流体中而能做随机运动，此 时流体与颗粒之间的摩擦阻力恰好与其净 重力相平衡。此后，床层高度L将随流速 提高而升高，这种床层成为流化床。
特性 • 两相密度差小的 系统趋向散式流 化，大部分液固流化属于散式 流化 • 气-固流化系统 多属于聚式流化
流态化技术的应用
流态化技术在强化某些单元操作和反 应过程以及开发新工艺方面，起着重 要作用，广泛应用于化学、石油、冶 金、原子能等工业的焙烧、干燥、吸 附、气化、催化反应和催化裂化等许 多过程中。
（a）图所示的贯穿沟流和（b）图所示的局部沟流。
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流态化基本原理
流化态现象
三种情况
• 固定床阶 段 • 流化床阶 段 • 颗粒输送 阶段
两种形式
• 散式流化 • 聚式流化
流化床特征
• 理想状态 • 实际状态
两种不正常现象
• 腾涌 • 沟流
流态化
流态化一般指固体流态化，简称流化，它是利用流动流体的 作用，将固体颗粒群悬浮起来，从而使固体颗粒具有某些流 体表观特征，利用这种流体与固体间的接触方式实现生产过 程的操作，称为流态化技术，属于粉体工程的研究范畴。
特征：是气体通过床层时形成短路，如图
所示。
产生原因：主要与颗粒特性和气体分布板
的结构有关。比如：颗粒的粒度很细（粒 径小于40μm）、密度大且气速很低时；潮 湿的物料和易于粘结的物料；气体分布板 设计不好，布气不均，如孔太少或各个风有与 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。 处理方法：应对物料预先进行干燥并适当 加大气速，另外分布板的合理设计也是十 分重要的。还应注意风帽的制造、加工和 安装，以免通过风帽的流体阻力相差过大 而造成布气不均。