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
d 3 f ( p f )g 1.75 d p u mf f 2 150 (1 mf ) d p umf f p ( ) ( ) 3 3 s mf 2 mf 2 s
1.气固密相流化床的结构与组成
气体分布板
自由段和扩大段 旋风分离器和料腿 内部构件
内构件 自由空间
旋风分离器
扩大段
料腿
换热装置 布风板
流化床结构示意图
2.气固散式流态化及其稳定性
气 固 两 相 流 多 媒 体 课 件
•对于Geldart A类物料，当气体速度达到临界流化速度，同时又不 产生气泡，则这时候流化床产生均匀膨胀，成为散式流态化。 •散式流态化的上、下操作界限分别为umb、umf。 •散式流态化的床层空隙率计算关联式：
Geldart的颗粒分类法 A类颗粒：通常粒径在30~100μm， 表观密度小于1400kg/m3 ，初始鼓泡 速度明显高于初始流化速度。
B类颗粒：通常称为粗颗粒，一般 粒径在100~600μm，表观密度小 于1400~4000kg/m3，初始鼓泡速 度与初始流化速度相等。 C类颗粒：通常称为粘性或超细颗 粒，一般粒径在20μm以下，很难 流化，传统上认为不适合于流态化 操作。
第六章 气固流态化基础
气 固 两 相 流 多 媒 体 课 件
6.1 6.2 6.3 6.4

概述 流态化基础知识和流型分类 气固密相流化床 喷动床
6.1 概
气 固 两 相 流 多 媒 体 课 件
1.流态化的概念
述
流态化(Fluidization)是固体流态化的简称，即依靠流 体流动的作用是固体颗粒悬浮在流体中或随流体一起流 动的过程。
2 3 2 3 ( p f ) gd p mf ( p f ) gd p f 210(u umf ) 1 f 1 mf
•散式流态化产生的判据：
p f H mf Frmf Re mf 100 f D
③ 床内返混明显，停留时间分布 对连续生产时提高转化率不利；
④ 容易造成设备的磨损； ⑤ 需具有效率较高的收尘装置。
6.2 流态化基础知识和流型分类 气 固 两 相 流 多 媒 体 课 件
1.流态质量、聚式与散式流态化
流化质量（Fluidization quality） 流化床内床层分布的均匀性，即固相在床内分布的均匀程度
主要优点
主要缺点
① 气固接触比表面积大，物理 与化学过程速率高；
② 床内温度、浓度等参数非常 均匀稳定；
① 气固两相系统复杂，工程放大 难度高；
② 鼓泡床操作时产生的大气泡容 易形成气体的短路；
③ 由于具有流动性，非常容易 实现连续操作；
④ 床内传热传质速率高； ⑤ 设备结构简单、造价低，运 行安全可靠。
2 Frmf umf /( gd p )
Re mf f umf d p /
3.气固鼓泡流态化
气 固 两 相 流 多 媒 体 课 件
Geldart B、D类物料，u>umf
形成气泡
鼓泡 流化床
Geldart A类物料，u>ubf
气泡形成
气泡聚并
气泡破碎
4.湍动流态化
气 固 两 相 流 多 媒 体 课 件
u=0.782m/s
（3）湍动流态化与鼓泡流态化的区别
气 固 两 相 流 多 媒 体 课 件
气泡尺寸较小、运动剧烈、呈现不规则形状且不断进行 破裂与聚并； 气泡、气穴（void）的边界不清，气泡相与乳化相难以 区分； 床内气固相处于激烈的湍动状态，压力波动幅度小于鼓 泡床，操作较平稳； 床层上部界面继续存在，但界面以上部分稀相浓度加大；
2.流态化现象
ln
Δp /ln ） （
H （ lnU
）
气 固 两 相 流 多 媒 体 课 件
3.流态化类似液体的性质
气 固 两 相 流 多 媒 体 课 件
（1）具有 象液体一 样的浮力
（2）保持 表面水平
（3）象液 体一样流动
（4）连同 容器中表面 一致的趋势
4.流态化技术的特点
气 固 两 相 流 多 媒 体 课 件
聚式流态化（Aggreative fluidization） •对于气固系统，当气体速度大于起始流化速度后，多余的气体会产 生气泡，并很快通过流化床，此时成为聚式流态化。 •聚式流态化中存在气泡相（bubble phase）或称稀相（lean phase） 以及颗粒相（particulate phase）或称密相（dense phase）、乳化相 （emulsion phase）。 散式流态化（Particulate fluidization） 固相均匀地分布于床层内，通常液固系统较容易形成。其流化质量较高。