实验气固流化床反应器流化特性测定
实验十三 流化床演示实验
实验十三 流化床演示实验一、实验目的流化床反应器，由于其结构上的特点，具有床内温度分布均匀，传热、传质效率较好，因此广泛地应用在石油、化工、煤炭、医药等部门，流态化技术日益受到重视。
通过本演示实验，要求了解气固相的运动特征，固定床、流化床的压降，如何表示临界流化速度及最大流化速度。
二、实验原理气体通过固定床时，压力降随着流速不断增大。
当压力降达到最高值时，床层开始松动，即开始流化。
此时的流速称为临界流化速度u mf ，当流速继续增大，以致使床层的固体颗粒带出，不再停留床内，此地的流速称为最大流化速度，u mf 因此测量压力降可直接反映流化速度。
流速与压力降的关系可用图13-1表示。
当流体通过床层固体颗粒时，由于流体与床层固体颗粒间的摩擦及流体的紊流作用产生压降。
压力降随空塔流速增大而增大。
如AB 线所示，AB 为未流化的固定床。
达到接近临界流化速度B 点时，固体颗粒层开始膨胀而不流化，由于空隙率增大，压力降较前降低。
在B 点后，颗粒可以在小范围内重新排列，空隙率略有增大。
在C 点后，全部床层流态化，若再增大流速，当流体的向上流速大于颗粒的沉降速度时，则固体颗粒被流体带出，此时的压力降将减少。
通过压力降的测量可以清楚表示它们的关系。
关于临界流休速度及最大流化速度，文献介绍的计算公式很多，但误差也很大，一般都采用实验方法实测求得。
流量用孔板流量计测量：ρρρ)(2-=R gR oAo C Vs式中：Vs ——流体的体积流量，m 3/s ；R ——U 型管压差计读数，m ；ρR ——压差计中指示液密度，kg/m 3； C o ——孔流系数。
图13-1 流速与压强的关系示意图Vs Aw V sw =∝∝压降：22f p l u h h f fg d gR p g λρρ∆==∙∝∆∆=△p=ΔR(ρ指－ρ)g其中：ρ指——压差计中指示液密度，kg/m 3。
ΔR ——U 型管中位差，m 。
g ——重力加速度，g=9.81m/s 2。
固体流态化的流动特性实验
固体流态化的流动特性实验（示范实验）1、实验目的在环境工程专业，经常有流体流经固体颗粒的操作，诸如过滤、吸附、浸取、离子交换以及气固、液固和气液固反应等。
凡涉及这类流固系统的操作，按其中固体颗粒的运动状态，一般将设备分为固定床、移动床和流化床三大类。
近年来，流化床设备得到愈来愈广泛的应用。
固体流态化过程又按其特性分为密相流化和稀相流化。
密相流化床又分为散式流化床和聚式流化床。
一般情况下，气固系统的密相流化床属于聚式流化床，而液固系统的密相流化床属于散式流化床。
①通过本实验，认识与了解流化床反应器运行。
掌握解流化床反应器启动中物料的连续流化方法及其测定的主要内容，掌握流化床与固定床的区别，掌握鼓泡流化床与循环流化床在本质上的差异。
②测定流化床床层压降与气速的关系曲线本实验的目的，通过实验观察固定床向流化床转变的过程，以及聚式流化床和散式流化床流动特性的差异；实验测定流化曲线和流化速度，并试验验证固定床压降和流化床临界流化速度的计算公式。
通过本实验希望能初步掌握流化床流动特性的实验研究方法，加深对流体流经固体颗粒层的流动规律和固体流态化原理的理解。
2、实验装置与实验原理介绍流化床反应器是一种易于大型化生产的重要化学反应器。
通常是指反应物料悬浮于从下而上的气流或者液流之中，气体或者液体中的成分在与反应物料的接触中发生反应。
流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉（见煤气化炉）。
目前，流化床反应器已在电力、化工、石油、冶金、核工业等行业得到广泛应用。
与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是：①可以实现固体物料的连续输入和输出；②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制，特别适用于强放热反应；③便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程的进行，石油流化床催化裂化的迅速发展就是这一方面的典型例子。
然而，由于流态化技术的固有特性以及流化过程影响因素的多样性，对于反应器来说，流化床又存在明显的局限性：①由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动，无论气相或固相都存在着相当广的停留时间分布，导致不适当的产品分布，阵低了目的产物的收率；②反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了反应转化率；③由于固体反应物料在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使物料加速粉化，加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量细粒反应物料的带出，造成明显的反应物料流失；④床层内的复杂流体力学、传递现象，使过程处于非定常条件下，难以揭示其统一的规律，也难以脱离经验放大、经验操作。
实验-4 气固流化床反应器的流化特性测定
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 Ul o g △P12 3465t (sec)260270 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。
流化床反应器的特性测定
(2) 临界流化速度 u mf 临界流化速度可以通过 ∆P 与 u 关系进行测定 也可以用公式计算 常用的经验计算式
有
u mf = o.695
通过经验式计算常有一定偏差 临界流化速度 3 最大流化速度 u t
dp
1.82
(ρ
s
− ρg )
0..94
µ 0.88 ρ g 0.06
常常通过实验直接测定颗粒的
在条件满足的情下
最大流化速度 u t 亦称颗粒带出速度 下式计算
理论上应等于颗粒的沉降速度
按不同情况可用
ut =
2 (ρ s − ρ g )g dp
18µ
Re p < 0.4
4 (ρ s − ρ g )2 g ut = ρgµ 225
1 3
dp
0.4 < Re p < 500
3.1d p (ρ s − ρ g )g ut = ρg
其中
1 2
Re p > 500
Re p =
d p ut ρ g
µ
C 预习与思考 1 2 3 气体通过颗粒床层有哪几种操作状态 流化床中有哪些不正常流化现象 如何划分
各与什么因素有关 为什么
流化床反应器对固体颗粒有什么要求
流化床反应器的特性测定
A 实验目的 流化床反应器的重要特征是细颗粒催化剂在上升气流作用下作悬浮运动 固体颗粒剧
烈地上下翻动 这种运动形式使床层内流体与颗粒充分搅动混和 避免了固定床反应器中的 热点 现象 床层温度分布均匀 然而 床层流化状态与气泡现象对反应影响很大 尽管 有气泡模型与两相模型的建立 但设计中仍以经验方法为主 本实验旨在观察和分析流化床 的操作状态 目的如下
气固相催化反应乙醇脱水流化床实验报告
气固相催化反应乙醇脱水流化床实验报告1. 背景乙醇脱水是一种重要的化学反应，用于生产乙烯和丙烯等重要化工原料。
传统的乙醇脱水方法通常采用氧化铝或硅铝酸盐作为催化剂，在高温下进行。
然而，这些传统方法存在能源消耗高、催化剂寿命短等问题。
近年来，气固相催化反应在乙醇脱水领域得到了广泛关注。
流化床作为一种常用的反应器类型，具有高传质、高传热性能，能够有效提高反应速率和催化剂利用率。
本实验旨在研究气固相催化反应乙醇脱水在流化床中的性能，并探究不同操作条件对反应效果的影响。
2. 实验设计与分析2.1 实验装置本实验使用了一个带有进料装置、流化床反应器、产品收集器和在线分析仪器的实验装置。
乙醇和催化剂经过预处理后，通过进料装置进入流化床反应器，反应过程中产生的气体产物被收集器收集，并通过在线分析仪器对其进行分析。
2.2 催化剂选择本实验选择了一种新型催化剂作为研究对象。
该催化剂具有较高的活性和稳定性，能够在相对较低的温度下实现乙醇脱水反应。
通过催化剂的表面积、孔径大小、酸碱性等方面的测试和分析，确定了最佳催化剂用量。
2.3 实验条件本实验分别研究了温度、乙醇浓度和空气流速对乙醇脱水反应的影响。
在不同温度下进行实验，记录反应速率和产物选择性。
根据实验结果，确定最佳反应温度。
改变乙醇浓度，在一定范围内进行实验，观察乙醇浓度对反应速率和产物选择性的影响。
根据实验结果，确定最佳乙醇浓度。
调节空气流速，在一定范围内进行实验，研究空气流速对反应效果的影响。
根据实验结果，确定最佳空气流速。
2.4 实验结果与分析实验结果表明，在温度为XXX°C、乙醇浓度为XXX%、空气流速为XXX m/s的条件下，乙醇脱水反应的反应速率最高，产物选择性最好。
通过催化剂的表面积和孔径大小测试，发现催化剂具有较高的比表面积和适当的孔径大小，有利于反应物质的吸附和扩散，从而提高了反应速率。
催化剂的酸碱性也对反应性能有一定影响。
过强或过弱的酸碱性都会抑制乙醇脱水反应的进行。
气固流化床流动特性的实验研究与数值模拟的开题报告
气固流化床流动特性的实验研究与数值模拟的开题报告一、选题背景和意义气固流化床是一种重要的化工反应设备，具有大处理能力、高效、节能等优点，在化工、冶金、制药、食品等领域得到广泛应用。
气固流化床在反应器内部形成气固两相的流动，流体的运动方式、相互作用和流场的形态会影响反应速率和反应产物的选择性。
因此，研究气固流化床的流动特性对于提高反应器的性能和效率非常重要。
目前研究气固流化床的流动特性的方法主要有实验和数值模拟两种。
实验可以获得较为准确的流场和物理参数，但是费时费力成本高，且很难在反应现场进行。
数值模拟可以通过计算机计算快速得到流场的数值解，可以模拟不同的流动条件和反应器结构，预测气固流化床的运行情况，优化反应器的设计。
因此，开展气固流化床的实验研究和数值模拟研究具有十分重要的意义。
二、研究内容和方法本课题主要研究气固流化床的流动特性，通过实验和数值模拟相结合的方法，研究以下几个方面：1. 研究气固流化床的流态转换规律。
利用小型气固流化床实验装置，观察不同流态下气固两相的运动状态，并对流态转换的规律进行分析。
2. 研究气固流化床的流动特性。
通过实验测量不同床层高度、气体流速、颗粒直径等参数对流态的影响，研究气固流化床的动态特性、颗粒分布和床层压降等指标。
3. 基于数值计算，利用计算流体力学软件ANSYS Fluent建立气固流化床的数值模拟模型，分析流场结构和物理特性。
4. 通过比较实验和数值模拟结果，验证数值模拟的可靠性和准确性。
三、预期成果和意义通过本研究，可以深入了解气固流化床的流动特性和流态转换规律，对气固反应器的设计和优化提供可靠的理论和实验依据。
同时，本研究通过实验和数值模拟相结合的方式，验证数值模拟的可靠性和准确性，为气固流化床的研究提供了一种新的方法和途径。
四、研究计划和进度第一年：完成文献调研和理论研究，设计实验方案，搭建小型气固流化床实验装置，完成气固流态转换的实验研究；第二年：完成气固流化床的流动特性实验研究，开展数值模拟计算，建立气固流化床的数值模型，分析流场结构和物理特性，并进行计算机模拟；第三年：比较实验和数值模拟结果，验证数值模拟的可靠性和准确性；完成研究报告的撰写和论文的发表。
固体流化床特性曲线的测定
固体流化床特性曲线的测定一、实验概述固体流态化是近代发展的一个化工单元操作，由于它的连续性和传热性质的快速性，因而被广泛地用于化工,冶金等生产部门。
固体流态化，可分为气固体系和液固体系二种；前者称骤式流化，后者称散式流化。
固体流态化过程可分为三个阶段。
(一) 固定床阶段，(二) 流化床(亦称沸腾床)阶段，(三) 移动床(亦称输送床)阶段，它们各有自己的规律，并且都有自己的应用领域。
本实验就是测定固体流态化过程——流化三阶段——特性曲线。
二、实验目的1．认识固体流化床基本结构及操作2．掌握固体流态化过程特征三、实验原理流体通过固体颗粒层时，随流速和颗粒变化将出现三种状态。
(一)当固体重力大于其所受浮力与摩擦力之和时，固体在床层上不动，称固定床。
(二)当固体重力等于其所受浮力与摩擦力之和时，固体失重,在床层上下翻腾,称沸腾床.(三) 当固体重力小于其所受浮力与摩擦力之和时，固体将随流体流动离开床层，称为移动床。
以上三种状态既然是固体和流体间力的作用的结果，它们就可以用数学关系来描述，实践中用流化装置的流体压强降(△P)和其线速度(v)的变化关系来表示；或用床层高度(H)和流体速度(v)的关系表达之。
本实验采用玻璃球和水组成流化体系，在一个模拟床内进行流化操作，测定△P，v，H，以求出固体流化过程特性曲线。
四、实验设备和装置1．实验设备①转子流量计LZB—25 一只=600mm 一套②流化床φ50×3mm h高③U型压强计H 500mm 一只④标尺 1 m 一根2．实验装置固体流态化特性曲线测定装置如教材212页图4.4-1所示，将流化床下端入口与水龙头通过导管连接起来，中间串接一个转子流量计，流化床两端支管分别与U 型压强计相接在一起。
流化床另一侧垂直竖立一个标尺以测床层高度。
五、实验步骤1．检查装置管线是否正确，有无漏气。
2．打开水龙头，用出水阀调节流量，进行设备充水排气。
3．校正U 型压强计零点，并记下零点误差。
固体流态化的流动特性实验
固体流态化的流动特性实验一、实验目的1.通过实验观察固定床向流化床转变的过程，及聚式流化床和散式流化床流动特性的差异。
2.测定流化曲线和临界流化速度。
3.验证固定床压降和流化床临界流化速度的计算公式。
4.初步掌握流化床流动特性的实验研究方法，加深对流体经固体颗粒层的流动规律和固体流态化原理的理解。
二、实验原理在化学工业中，经常有流体流经固体颗粒的操作，诸如过滤、吸附、浸取、离子交换以及气固、液固和气液固反应等。
凡涉及这类流固系统的操作，按其中固体颗粒的运动状态，一般将设备分为固定床、移动床和流化床三大类，近年来，流化床设备得到越来越广泛的应用。
固体流态化过程按其特性可分为密相流化和稀相流化。
密相流化床又分为散式流化床和聚式流化床。
一般情况下，气固系统的密相流化床属于聚式流化床，而液固系统密相流化床属于散式流化床。
当流体流经固定床内固体颗粒之间的空隙时，随着流速的增大，流体与固体颗粒之间所产生的阻力也随之增大，床层的压强降则不断升高。
为表达流体流经固定床时的压强降与流速的函数关系，曾提出过多种经验公式。
一种较为常用的公式可以仿照流体流经空管时的压降公式（Moody 公式）列出。
即：22u d H p p m m ρλ⋅⋅=∆（4-1）式中H m ——固定床层的高度，m ；d p ——固体颗粒的直径，m ； u 0——流体的空管速度，m ／s ； ρ——流体的密度，kg/m 3； λm ——固定床的摩擦系数。
由固定床向流化床转变时的临界速度u mf ，也可由实验直接测定。
实验测定不同流速下的床层压降，再将实验数据标绘在双对数坐标上，由作图法即可求得临界流化速度，如图4-1所示。
为计算临界流化速度，我们可采用下面这种半理论半经验的公式mms pmf d u εεμρρ-⨯-⨯=1)(15032（4-2） 式中μ——流体的黏度，Pa ／s ；d p 一一平均粒径，m ； ρs ——填料密度，kg/m 3； εm ——空隙率。
实验4 流化床基本特性的测定
实验四流化床基本特性的测定流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并使固体颗粒具有某些流体特征的一种床型，它是流态化现象的具体应用，已在化工、能源、冶金、轻工、环保、核工业等部门得到广泛应用。
化工领域中，加氢、烯烃氧化、丙烯氨氧化、费-托合成及石油的催化裂化等均采用了该技术。
因此，它是极为重要的一种操作过程。
流化床反应器的重要特征是细颗粒催化剂在上升气流作用下作悬浮运动，固体颗粒剧烈地上下翻动。
这种运动形式使床层内流体与颗粒充分搅动混和、物料连续、结构紧凑、传质速度快、传热效率高、床层温度分布均匀，避免了固定床反应器中的热点现象，但操作中会造成固体磨损、床层粒子返混严重、反应中转化率不高等现象。
一、实验目的1．通过冷模观察聚式和散式流态化的实验现象，建立起对流态化过程的感性认识。
2．了解流化床的压降分布原理，通过冷模测定流化床的特定曲线。
3．通过冷模观察得到临界流化速度和带出速度，并计算出费劳德数Fr、膨胀比和流化数。
4．掌握流化床液体停留时间分布的测定方法及实验结果分析。
二、实验原理1．流化现象流体从床层下方流入，通过图1中虚线所示的分布板而进入颗粒物料层时，随着流体流速u0的不同，会出现不同的流化现象（图1）。
(a)(b)(c)(d)(e)固定床临界流态化散式流态化聚式流态化稀相流态化图1 流化现象（1）固定床阶段流体流速较低时，固体颗粒静止不动，即未发生流化，床层属于固定床阶段（图1（a）），阻力随流体流速增大而增大。
（2）临界流化阶段流体流速继续增大，颗粒在流体中的浮力接近或等于颗粒所受重力及其在床层中的摩擦力时，颗粒开始松动悬浮，床层体积开始膨胀，当流速继续增大，几乎所有的粒子都会悬浮在床层空间，床层属于初始流化或临界流化阶段（图1（b））。
此时的流速称为临界流化速度或最小流化速度u mf。
（3）流化阶段对于液固流化床，当液速u f>u mf时，由于液体与固体粒子的密度相差不大，此种床层从开始膨胀直到气力输送，床内颗粒的扰动程度是平缓的加大的，床层的上界面较为清晰，即床层膨胀均匀且波动较小，床层属于散式流化阶段（图1（c））。
流化床反应器的特性测定
流化床反应器的特性测定前言流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。
在用于气固系统时，又称沸腾床反应器。
流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉（见煤气化炉）；但现代流化反应技术的开拓，是以40年代石油催化裂化为代表的。
目前，流化床反应器已在化工、石油、冶金、核工业等部门得到广泛应用。
一、实验目的流化床反应器的重要特征是细颗粒催化剂在上升气流作用下作悬浮运动,固体颗粒剧烈地上下翻动。
这种运动形式使床层内流体与颗粒充分搅动混和，避免了固定床反应器中的热点现象，床层温度分布均匀。
然而，床层流化状态与气泡现象对反应影响很大，尽管有气泡模型与两相模型的建立，但设计中仍以经验方法为主。
本实验旨在观察和分析流化床的操作状态，目的如下：(1) 观察流化床反应器中的流态化过程(2) 掌握流化床压降的测定并绘制压降与气速的关系图(3) 计算临界流化速度及最大流化速度,并与实验结果作比较二、实验原理与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是：①可以实现固体物料的连续输入和输出；②流体和颗粒的运动使床层具有良好，关系图的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制,特别适用于强放热反应；③便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程的进行，石油馏分催化流化床裂化的迅速发展就是这一方面的图 1-1 气体流化床的实际ΔP -u 典型例子。
流化床存在的局限性:①由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动，无论气相或固相都存在着相当广的停留时间分布，导致不适当的产品分布，阵低了目的产物的收率；②反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了反应转化率；③由于固体催化剂在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使催化剂加速粉化，加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量细粒催化剂的带出，造成明显的催化剂流失。
化工基础实验固定床和流化床实验
流化床阶段，每一个空塔速度对应一个相应的床层空隙 率，流体的流速增加，空隙率也增大，但流体的实际流 速总是保持颗粒的沉降速度μt不变，且原则上流化床有 一个明显的上界面。
C、颗粒输送阶段 当立体在床层中的实际流速超过颗粒的沉降速度μt时，
流化床的上界面消失，颗粒将虚浮在流体中并被带出器 外，如图（e）所示。
流化床压力与气速的关系
log
固定床
流化床
带出开始
C
B
A
D
A 起始流化速度
带出速度
logu
图 3-28 流化床压力降与气速关系
三、实验装置图
图2 气固系统流程图 1.鼓风机 2.孔板流量计 3.孔板压差计 4. 压差计 5.床身 6.接收管 7.旋风分离器 8.按钮开关
图2 液固系统流程图 1. 旋液分离器 2. 接收器 3.床身 4. 压差计 5. 孔板压差计 6.水槽 7.水泵 8. 孔板流量计 9. 按钮开关
此时，实现了固体颗粒的气力或液力输送，相应的床 层称为相输送床层。
2、两种不同流化形式 A、散式流化 散式流化状态的特点：固体颗粒均匀的分散在流化介
质中，故称均匀流化。当流速增大时，床层逐渐膨胀 而没有气泡产生，颗粒彼此分开，颗粒间的平均距离 或床层中各处的空隙率均匀增大，床层高度上升，并 有一稳定的上界面。通常两相密度差小的系统趋向散 式流化，故大多数液—固流化属于“散式流化”。
二、实验原理
1.流态化现象 当一种流体自上而下流过床层时，随着
流速的增大会出现三种不同的情况：
A、 固定床阶段 当流体通过床层的空塔速度较低时，若床
层空隙中流体的实际流速u小于颗粒的沉降速 度ut，则颗粒静止不动，颗粒层为固定床。
实验4 流化床基本特性的测定
下降，流体速度继续增加，床层压降保持不变，床层高度逐渐增加，固体颗粒悬浮在流体中，并随
气流上下流动，此为流化床阶段，在B点的流速就是临界流化速度umf。 （2）最大流化速度
当流体速度大于固体粒子在流体中的沉降速度时，粒子将被流体带出床层，这个速度称为最大
流化速度或粒子的带出速度ut，它是流化床流速的上限。此时如不连续补充固体颗粒，床层迅速消 失，所以在压力降图上曲线急剧下降（图2中的GH段）。颗粒在流体中沉降，受到重力、浮力和流
ut
3.1(
s
f
f
)gd p
1/ 2
（12） 式中：Re——雷诺数，Re= dP f ut/；
dp——颗粒当量直径，m； ρf—流体密度，kg/m3； ρS—颗粒密度，kg/m3； µ—流体粘度，kg ⋅m−1⋅s−1； ut—最大流化速度，m/s； umf—临界流化速度，m/s。 最大流化速度除了可用经验式计算外，也可通过实验直接测定。由图2可知，如果再加大流速
2
——方差或散度。
2
2
ˆt 2
2 Pe
2 1 2 Pe
1 e Pe
（19）
通过实验测得
c（τ）与
τ
的关系数据，然后由式（17）求得
tˆ
，由式（18）求得
2
，通过式
（19）求出模型参数 Pe 的值。
三、实验装置与流程
实验四 流化床基本特性的测定
流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并使 固体颗粒具有某些流体特征的一种床型，它是流态化现象的具体应用，已在化工、能源、冶金、轻 工、环保、核工业等部门得到广泛应用。化工领域中，加氢、烯烃氧化、丙烯氨氧化、费-托合成 及石油的催化裂化等均采用了该技术。因此，它是极为重要的一种操作过程。
固体流态化的流动特性实验.doc
固体流态化的流动特性实验（示范实验）1、实验目的在环境工程专业，经常有流体流经固体颗粒的操作，诸如过滤、吸附、浸取、离子交换以及气固、液固和气液固反应等。
凡涉及这类流固系统的操作，按其中固体颗粒的运动状态，一般将设备分为固定床、移动床和流化床三大类。
近年来，流化床设备得到愈来愈广泛的应用。
固体流态化过程又按其特性分为密相流化和稀相流化。
密相流化床又分为散式流化床和聚式流化床。
一般情况下，气固系统的密相流化床属于聚式流化床，而液固系统的密相流化床属于散式流化床。
①通过本实验，认识与了解流化床反应器运行。
掌握解流化床反应器启动中物料的连续流化方法及其测定的主要内容，掌握流化床与固定床的区别，掌握鼓泡流化床与循环流化床在本质上的差异。
②测定流化床床层压降与气速的关系曲线本实验的目的，通过实验观察固定床向流化床转变的过程，以及聚式流化床和散式流化床流动特性的差异；实验测定流化曲线和流化速度，并试验验证固定床压降和流化床临界流化速度的计算公式。
通过本实验希望能初步掌握流化床流动特性的实验研究方法，加深对流体流经固体颗粒层的流动规律和固体流态化原理的理解。
2、实验装置与实验原理介绍流化床反应器是一种易于大型化生产的重要化学反应器。
通常是指反应物料悬浮于从下而上的气流或者液流之中，气体或者液体中的成分在与反应物料的接触中发生反应。
流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉（见煤气化炉）。
目前，流化床反应器已在电力、化工、石油、冶金、核工业等行业得到广泛应用。
与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是：①可以实现固体物料的连续输入和输出；②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制，特别适用于强放热反应；③便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程的进行，石油流化床催化裂化的迅速发展就是这一方面的典型例子。
然而，由于流态化技术的固有特性以及流化过程影响因素的多样性，对于反应器来说，流化床又存在明显的局限性：①由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动，无论气相或固相都存在着相当广的停留时间分布，导致不适当的产品分布，阵低了目的产物的收率；②反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了反应转化率；③由于固体反应物料在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使物料加速粉化，加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量细粒反应物料的带出，造成明显的反应物料流失；④床层内的复杂流体力学、传递现象，使过程处于非定常条件下，难以揭示其统一的规律，也难以脱离经验放大、经验操作。
流化床反应器流动特性测定实验
流化床反应器流动特性测定实验一、实验目的1）观察聚式和散式流态化的实验现象，学习流体通过颗粒床层流动特性的测量方法；2）测定流化曲线（ p~u曲线），作出流化曲线图，确定临界流化速度u mf；3）测定临界流化速度，并作出流化曲线图。
二、实验原理流态化是一种使用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。
近年来，这种技术发展很快，许多工业部门在处理粉粒状物料的输送、混合、涂层、换热、干燥、吸附、煅烧和气---固反应过程等过程中，都广泛地应用了流态化技术。
1、固体流态化过程的基本概念如果流体自下而上地流过颗粒层，则根据流速的不同，会出现三种不同的阶段，如下图所示：固定床流化床气力输送流化过程的几个阶段1）固定床阶段如果流体通过颗粒床层的表观速度（即空床速度）U较低，使颗粒空隙中流体的真实速度U1 ,则小于颗粒的沉降速度U t 则颗粒基本上保持静止不动，颗粒称为固定床。
2）流化床阶段当流体的表观速度U加大到某一数值时，真实速度U1比颗粒的沉降速度U t大了，此时床层内较小的颗粒将松动或“浮起”，颗粒层高度也有明显增大。
但随着床层的膨胀，床内空隙率ε也增大，而U1=U/ε，所以，真实速度U1随后又下降，直至降到沉降速度U t为止。
也就是说，在一定的表观速度下，颗粒床层膨胀到一定程度后将不再膨胀，此时颗粒悬浮于流体中，床层有一个明显的上界面，与沸腾水的表面相似，这种床层称为流化床。
因为流化床的空隙率随流体表观速度增大而变化，因此，能够维持流化床状态的表观速度可以有一个较宽的范围。
实际流化床操作的流体速度原则上要大于起始流化速度，又要小于带出速度，而这两个临界速度一般均有实验得出。
3）颗粒输送阶段如果继续提高流体的表观速度U，使真实速度U1大于颗粒的沉降速度U t，则颗粒将被气流带走，此时床层上界面消失，这种状态称为气力输送。
2、固体流态化的分类流化床按其性状的不同，可以分为两类，即散式流态化和聚式流态化。
气液固流化床性能测定实验心得
气液固流化床性能测定实验心得在中学阶段，我们学习了许多关于物理、化学等学科的知识，这些知识为我们今后的学习和工作打下了坚实的基础。
最近，我参加了学校组织的气液固流化床性能测定实验，通过这次实验，我对气液固流化床有了更深入的了解，也收获了许多宝贵的经验。
首先，我对气液固流化床有了更清晰的认识。
气液固流化床是一种高效的传质和反应设备，广泛应用于化工、环保等领域。
在实验过程中，我们通过观察床层的温度、压力、物料流动等参数，分析了气液固流化床的传质和反应机制。
通过实验，我明白了气液固流化床在工业生产中的重要性，也为今后从事相关领域的研究奠定了基础。
其次，我在实验过程中学到了许多实验技能。
在实验前，我们需要认真学习实验原理和操作规程，掌握实验室安全知识和基本实验技能。
在实验过程中，我们要认真记录数据、观察现象，并及时处理实验中遇到的问题。
通过这次实验，我学会了如何正确使用实验仪器、如何准确地测量数据以及如何分析实验结果。
这些实验技能不仅对学术研究有帮助，而且对我们今后的生活和工作也具有重要意义。
此外，我还体会到了团队合作的重要性。
在实验过程中，我们需要与同学们密切配合，共同完成实验任务。
每个人承担不同的责任，共同保证实验的顺利进行。
在这个过程中，我们学会了如何与人沟通、协调和合作，培养了团队精神和协作能力。
这些品质对我们今后的学习和工作都具有重要意义。
最后，我想说的是，这次实验让我深刻体会到了实践是检验真理的唯一标准。
通过亲身参与实验，我更加坚定了自己对气液固流化床研究的兴趣和信心。
我相信，在今后的学习生活中，我会继续努力，不断提高自己的实践能力和综合素质，为祖国的发展贡献自己的一份力量。
总之，这次气液固流化床性能测定实验让我受益匪浅。
我将继续努力学习，不断提高自己的专业素养和实践能力，为实现中华民族伟大复兴的中国梦贡献自己的一份力量。
实验4 流化床基本特性的测定
实验四流化床基本特性的测定流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并使固体颗粒具有某些流体特征的一种床型，它是流态化现象的具体应用，已在化工、能源、冶金、轻工、环保、核工业等部门得到广泛应用。
化工领域中，加氢、烯烃氧化、丙烯氨氧化、费-托合成及石油的催化裂化等均采用了该技术。
因此，它是极为重要的一种操作过程。
流化床反应器的重要特征是细颗粒催化剂在上升气流作用下作悬浮运动，固体颗粒剧烈地上下翻动。
这种运动形式使床层内流体与颗粒充分搅动混和、物料连续、结构紧凑、传质速度快、传热效率高、床层温度分布均匀，避免了固定床反应器中的热点现象，但操作中会造成固体磨损、床层粒子返混严重、反应中转化率不高等现象。
一、实验目的1．通过冷模观察聚式和散式流态化的实验现象，建立起对流态化过程的感性认识。
2．了解流化床的压降分布原理，通过冷模测定流化床的特定曲线。
3．通过冷模观察得到临界流化速度和带出速度，并计算出费劳德数Fr、膨胀比和流化数。
4．掌握流化床液体停留时间分布的测定方法及实验结果分析。
二、实验原理1．流化现象流体从床层下方流入，通过图1中虚线所示的分布板而进入颗粒物料层时，随着流体流速u0的不同，会出现不同的流化现象（图1）。
(a)(b)(c)(d)(e)固定床临界流态化散式流态化聚式流态化稀相流态化图1 流化现象（1）固定床阶段流体流速较低时，固体颗粒静止不动，即未发生流化，床层属于固定床阶段（图1（a）），阻力随流体流速增大而增大。
（2）临界流化阶段流体流速继续增大，颗粒在流体中的浮力接近或等于颗粒所受重力及其在床层中的摩擦力时，颗粒开始松动悬浮，床层体积开始膨胀，当流速继续增大，几乎所有的粒子都会悬浮在床层空间，床层属于初始流化或临界流化阶段（图1（b））。
此时的流速称为临界流化速度或最小流化速度u mf。
（3）流化阶段对于液固流化床，当液速u f>u mf时，由于液体与固体粒子的密度相差不大，此种床层从开始膨胀直到气力输送，床内颗粒的扰动程度是平缓的加大的，床层的上界面较为清晰，即床层膨胀均匀且波动较小，床层属于散式流化阶段（图1（c））。
固定床与流化床反应器流动性能测试2014-11-21
t*E(t) 0.0000 0.0140 0.0910 0.9964 1.0410 0.6250 0.4034 0.3160 0.2818 0.2690 0.2269 0.2099 0.1630 0.1211 0.1042 0.0688 0.0515 0.0805 0.0000 0.0676 5.1311 0.35635 2.80627
2.5000
2.0000
1.5000 1.0000
0.5000
0.0000 0.0000 0.0200 0.0400 0.0600 0.0800 0.1000 0.1200 0.1400 0.1600 0.1800
V（t）
图1. V(t）-t关系图
t
0.2000
图中曲线与横坐标的面积=55.6×0.01×0.1=0.0556
40.0000 35.0000
30.0000 25.0000
E(t)
20.0000
15.0000 10.0000 5.0000 0.0000
0.0000 0.0200 0.0400 0.0600
图2.E(t)-t关系图
0.0800
0.1000
0.1200
0.1400
0.0.3184 0.045762 0.00075 112.1403
无因次方差
釜数
方差2 0.000752 = =0.35635 平均停留时间2 0.045762
1 1 = =2.80627 无因次方差 0.35635
t
，
0.293216 0.302379 0.312375 0.321538 0.330701 0.339864 0.349860 0.359023 0.368186 0.378182 0.387345 0.396508 0.406504 0.415667 0.424830 0.434826 0.443989 0.453152 0.462315 0.472311 合计 平均停留时间 方差
气液固流化床性能测定实验心得
气液固流化床性能测定实验心得我进行了一系列关于气液固流化床的性能测定实验，以下是我的心得体会：首先，在实验前，我们需要对气液固流化床的原理和性能进行了解。
了解了流化床的工作原理以及液体和固体颗粒的特性之后，我对实验的设计有了更深入的理解。
在实验中，我选择了四种不同颗粒直径的固体颗粒进行了测试，并使用不同流速和液体浓度的条件进行了实验。
其次，实验中我发现了一些需要注意的问题。
首先是对实验数据的准确记录。
由于实验涉及到多种参数的测量，如颗粒床压力、颗粒床温度、颗粒床密度等，所以我在实验进行过程中注意记录每一次数据的变化，并及时校对和修正。
其次是实验过程中的安全问题。
由于气液固流化床的操作需要涉及到气体和液体的使用，所以我们需要佩戴合适的防护设备，并注意操作的安全性。
在实验中，我发现了一些有趣的现象。
首先是流化床的颗粒床高度与床压力的关系。
通过改变颗粒的直径和流速，我发现颗粒床的高度与床压力呈正相关关系。
其次是颗粒床的温度分布。
通过测量颗粒床不同位置的温度，我发现床温在上部较低，在床底部较高。
这是因为床底部有燃烧反应产生的热量，使得床底温度较高。
此外，我还观察到了液体的浓度对固体颗粒床的扩散性能的影响。
通过改变液体浓度，我发现液体浓度越高，颗粒床的扩散效果越好。
在实验过程中，我也遇到了一些问题。
首先是操作实验设备的熟练度。
由于实验设备较为复杂，需要对流体力学和热力学等知识有一定的了解，所以在操作设备时需要格外小心，避免出现意外。
其次是实验数据的处理。
由于实验数据的收集和处理过程较为繁琐，所以在处理数据时需要认真仔细，以保证结果的准确性。
最后，通过这次实验，我对气液固流化床的工作原理和性能有了更深入的了解。
我了解到流化床在化工工艺中的广泛应用，并认识到了流化床在工业生产中的重要性。
我也进一步熟悉了实验操作的流程和步骤，并学会了如何正确处理和分析实验数据。
通过这次实验，我提高了对化工实验操作和数据处理的能力。
化工基础实验 固定床和流化床实验
• 流化床阶段，每一个空塔速度对应一个相应的床层空隙 率，流体的流速增加，空隙率也增大，但流体的实际流 速总是保持颗粒的沉降速度μt不变，且原则上流化床有 一个明显的上界面。
C、颗粒输送阶段
• 当立体在床层中的实际流速超过颗粒的沉降速度μt时， 流化床的上界面消失，颗粒将虚浮在流体中并被带出器
•
测定两系统的临界流化速度即wmf。
3
二、实验原理
1.流态化现象 当一种流体自上而下流过床层时，随着流速的增大会出现三种不同的情况：
A、 固定床阶段 当流体通过床层的空塔速度较低时，若床
层空隙中流体的实际流速u小于颗粒的沉降速 度ut，则颗粒静止不动，颗粒层为固定床。
4
如图 a 所示，床层高度为L0。
外，如图（e）所示。
6
此时，实现了固体颗粒的气力或液力输送，相应的床 层称为相输送床层。
2、两种不同流化形式 A、散式流化 • 散式流化状态的特点：固体颗粒均匀的分散在流化介
质中，故称均匀流化。当流速增大时，床层逐渐膨胀 而没有气泡产生，颗粒彼此分开，颗粒间的平均距离 或床层中各处的空隙率均匀增大，床层高度上升，并 有一稳定的上界面。通常两相密度差小的系统趋向散 式流化，故大多数液—固流化属于“散式流化”。
L
L0
Lmf
气体或液体气体或液 液体
a 体b
c
稀相
区
L
气泡
相乳化
相
气
气体或液
体d
体e
• B、流化床阶段 当流体的流速增大到一定程度时，颗粒开始松动， 颗粒位置也在一定的区间内进行调整，床层略有膨 胀，但颗粒仍不能自由运动，这时床层处于起始或5 临界流化状态，如图（b）所示，床层高度为Lmf。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
2/4
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。
3/4
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。
4/4。