实验气固流化床反应器流化特性测定

B

o l

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

△P

g

A

P

log U

图 1 △P ～ U 关系

1 / 4

D

H T

H

D

H

D

300

290

280

270

260

123456t(sec)

图2H 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

。这样，只要重复上述过程，多做几条崩溃曲线，

D

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

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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

G(L/hr)u

o

(m/sec)△P(G由小到大)

169 398 543 642 929 1059 1565 1903 2419 2684 3016 3315 3617 3921 4552 5052 5218 5360 53787.13E-03

1.68E-02

2.29E-02

2.71E-02

3.92E-02

4.47E-02

6.60E-02

8.03E-02

1.02E-01

1.13E-01

1.27E-01

1.40E-01

1.53E-01

1.65E-01

1.92E-01

2.13E-01

2.20E-01

2.26E-01

2.27E-01

7.40E+01

1.16E+02

1.30E+02

1.48E+02

1.85E+02

2.07E+02

2.68E+02

3.19E+02

4.08E+02

4.51E+02

5.04E+02

5.91E+02

6.43E+02

6.90E+02

7.40E+02

7.87E+02

7.45E+02

7.42E+02

7.39E+02

(2)实验数据处理：

作log△P～logu o图，并从图中求出临界流化速度u mf。

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g o

△P～U关系

800

700

600

P D

500

400

B

△P l 300

200

A

100

0.010.1

log U

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：logΔP~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。

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