流化床的基本原理幻灯片精品PPT课件

二、悬浮颗粒的阻力系数
三、Reh气-固两相接触操作图
1、颗粒的阻力与颗粒的有效重力比值范围示意图 m<1，固定床/移动床 m=1，流化床 m>1，气流床/气力输送
2、Reh气固两相操作图
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回顾与总结
1. 固定床
流速较低时，颗粒静止不动，流体只在颗粒之间的缝隙中通过 料层高度不变 实际流速线形增长 通风阻力随风速的平方关系增大
输送阶段。此时的流体表观速度u称
为带出速度。在带出状态下床截面上
的空隙率即认为是1.0 ，此时u=u1 。 显然，带出速度u数值上等于ut 。据 此原理，可以实现固体颗粒的气力输
送或液力输送。
流化床的操作范围： umf~ut
流体
很显然，如果将流体的流量（流速）逐渐减小，则将由流化床 转化为固定床。
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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。
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实际流化床的特点:
请同学们总结出实际流化床的特点？？？？ 临界流态化速度
固定床与流化床分界点所对应的流体表观流速。
如为均匀颗粒，其ut 已知 umf ut fixedbed
ut
当流体的空床流速u>umf时，则出现u1>ut ,即up＞0 ，则颗粒向 上运动。同时引起床层空隙率的改变（增加）。床内的颗粒将
“浮起” ，颗粒wenku.baidu.com将“膨胀”，床内空隙率ε增大。
u1
u
u 5
（2）流化床
u
u1
又可能出现 u1 ut
化床 。 注意：u
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 。
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（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
up u1 ut 0
出现暂时的颗粒回落现象，又出现床层空隙率减小。
随着流体流量的增加 和 空隙率的减小，又出现 u1 ut
u1
u
颗粒再次上升，床层又膨胀，空隙率再次增 大。当床层膨胀到一定程度，空隙率稳定在 某一数值上，空隙中流体的流速u1 稳定于颗 粒的ut 时，颗粒悬浮于流体中，便形成了流
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u1
u u 1,max
max fixedbed
u1,max ut
up 0
ut
umax u1,max ut
umax为维持固定床状态的最大表观 气速。
起始流化速度：umf=umax
如果是均一的颗粒，其ut 可以计算出
umf ut fixedbed
u
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（2）流化床
u1
起始流化速度：umf=umax 此时 u1=ut
度ut （设是层流状态，并规定重力的方向为正。）
ut
dp2
p 18
g
与流体介质运动与否没有关系。
如果流体介质静止，则颗粒垂直向下的运动速度就是 ut 。
1
如果颗粒邻近的流体介质以方向向上的流速 u1 运动起来， 则颗粒的绝对速度（表观速度）（以固定点为参照点）up (规 定向上的方向为正）为
u=u1＜ut 故颗粒必然回落到界面上。
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。
流体
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（3）颗粒输送阶段
如果流体（气体）流量继续增加，始
终出现u1＞ut的关系，始终up＞0 ， 则颗粒被带出床外，此时，称为颗粒
如果流体介质静止或者上升流速u1 ， u1<ut
up 0,即颗粒绝对速度方向向 下，沉落而堆积在一起 。
随着上升流体流量的增大，u1增大，当达到u1=ut时，颗粒的表观 速度up=0 。 当u1 稍微大于ut时，颗粒便会上升，发生由固定床 向流化床的转化。
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保持固定床状态的最大空床气速 umax 床层形态由固定床向流化床转换的临界条件：
流化床的基本原理
将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有 类似于流体的某些表观特性，这种流固接触的状态称为固体流 态化。这种床层称为流化床。 反应器、焙烧炉、干燥器等
为什么颗粒能够悬浮于流体中呢？这要从颗粒的沉降速度、 流体的运动速度分析起。
重力场中，颗粒处于流体介质中，颗粒与介质之间的相对速
5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5
流态化的基本特征 最小流态化速度 最小鼓泡速度 流态化气泡特征 Geldart颗粒分类
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5.3.1 流态化的基本特征
1、 床层物料具有很高的颗粒表面积 2、床层内有大量的不同尺寸的气泡 3、颗粒损失大 4、容易实现连续控制
流态化曲线——床层孔隙率（或床层高度）、压降与流体表观流 速的关系曲线。
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流体通过流化床的阻力
流体通过颗粒床层的阻力与流体表观流速（空床流速）之间的关系 可由实验测得。
图是以空气通过砂粒堆积的床层测得的床层阻力与空床气速之间 的关系。由图可见，最初流体速度较小时，床层内固体颗粒静止不 动，属固定床阶段，在此阶段，床层阻力与流体速度间的关系符合 欧根方程；当流体速度达到最小流化速度后，床层处于流化床阶段， 在此阶段，床层阻力基本上保持恒定。
2. 流化床
颗粒不再由布风板所支持，而全部由流体的摩擦力所承托。此时， 对于单个颗粒来讲，可在床层中自由运动；就整个床层而言，具有 了许多类似流体的性质—流态化。此时：
料层膨胀，床高增加 颗粒间实际空气流速保持不变
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料层阻力变化不大，由托起的颗粒质量决定
5.3 流态化特征与Geldart颗粒分类
up u1 ut
颗粒空隙中流体的实际流速u1 。颗粒的绝对 运动速度 up ，床层表观流速u ，即空床流速。 其关系：
考察单位床层截面上流体的体积流量：
空隙率即等于横截面上空隙面积的分率。
qv 1 u u1
u
qV
D2
4
u
u1
u1
ut
流体
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（1）固定床阶段
up u1 ut
颗粒的直径一定，在流体介质中的沉降速度ut 一定。