流化床反应器流动状况的实验测定
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5 6 P 4
用空气。 由空气压缩机来的空
1
2
3
3
气经稳压阀稳压后，由转 子流量计调节计量，随后
图 2–28 流化床特性测试流程图 1–空压机；2–缓冲罐；3–调节阀；4–流量计； 5–流化床反应器；6–U 型压差计
可通入装有石英砂固体颗 粒的流化床反应器。气体
经分布板吹入床层，从反应器上部引出后放空 。床层压力降可通过 U 型压差计 测得。 E 实验步骤与方法
流化床反应器流动状况的实验测定
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： (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。 B 实验原理 (1) 流态化现象
（1）启动空压机后，调节流量计至所需流量，测定空管时压力降与流速关 系，以作比较 。 （2）关闭气源，小心打开反应器，装入己筛分的一定粒度石英砂，检漏。 （3）通入气体，在不同气速下观察有机玻璃反应器中流化现象，测定不同 气速下床层高度与压降值。 （4）改变石英砂粒度，重复实验。
（5）在某一实验点，去掉气体分布板，观察流化状态有何变化。
1 2
，
Re p > 500
其中，
Re p =
d p ut ρ g
μ
C 预习与思考
（1）气体通过颗粒床层有哪几种操作状态？如何划分？ （2）流化床中有哪些不正常流化现象？各与什么因素有关？ （3）流化床反应器对固体颗粒有什么要求？为什么？
D
实验装置与流程
流化床特性测试实验示意流程见图 2–28。 实验用的固体物料是 不同粒度的石英砂，气体
500
固定床
300 200
流化床
B C 来自百度文库 D
△AMax
气体通过颗粒床层的压降与气速的关系
E
如图 2–27 所示。当流体流速很小时，固体
100 50
umf
A F
0.02 0.03 0.05 0.1 0.01
ut 颗粒在床层中固定不动。在双对数坐标纸上
床层压降与流速成正比，如图 AB 段所示。此
0.1 0.2 0.3
（1）分析讨论流态化过程所观察的现象，与理论分析作比较； （2）分析影响临界流化速度与最大流化速度的因素有哪些，归纳实验得到的 结论； （3）比较理论计算值与实验值，并作误差分析；
（4） 列举各种不正常流化现象及产生的原因。
H
d p - 颗粒当量直经， m；
Re p - 雷诺数， Re p =
主要符号说明
（6） 实验结束，关闭空压机。
F
实验数据处理
在双对数坐标纸上 （1） 记录不同条件下的压降 Δp 与气体流量的变化值， 进行标绘； （2） 确定相应的临界流化速度与最大流化速度； （3） 按实验条件计算临界流化速度与最大流化速度；注意：最大流化速 度 u t 不能直接算出，需假定 Re p 范围后试算，再校核 Re p 是否适用。 G 结果及讨论
u mf = o.695 dp
1.82
(ρ
s
− ρg )
0..94
μ 0.88 ρ g 0.06
通过经验式计算常有一定偏差，在条件满足的情况下，常常通过实验直接 测定颗粒的临界流化速度。
（3） 最大流化速度 u t
最大流化速度 u t 亦称颗粒带出速度，理论上应等于颗粒的沉降速度。按不 同情况可用下式计算：
d p uρ g
u mf - 临界流化速度，
μ m s；
；
u t - 最大流化速度，
m s；
k g m3 ； k g m3 ；
kg m ⋅s 。
ρ g - 流体密度，
ρ s - 颗粒密度，
μ - 流体粘度，
粒在流体中形成悬浮状态的稀相，并与流体一起从床层吹出，床层处于气流输 送阶段。E 点之后正常的流化状态被破坏，压降迅速降低，与 E 点相应的流速称 为最大流化速度 u t 。 (2) 临界流化速度 u mf 临界流化速度可以通过 ΔP 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：
气速，u（米/秒）
图 2–27 气体流化床的实际△P u 关系图
时为固定床阶段。当气速略大于 B 点之后， 因为颗粒变为疏松状态排列而使压降略有下 降。
该点以后，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，并随气体运动而上下翻滚，此为流化床阶段，称为流 态化现象。开始流化的最小气速称为临界流化速度 u mf 。 当流体速率更高时，如超过图中的 E 点时。整个床层将被流体所带走，颗
ut =
2 (ρ s − ρ g )g dp
18μ
，
Re p < 0.4
⎡ 4 (ρ s − ρ g )2 g ⎤ ut = ⎢ ⎥ 225 ρ μ ⎢ ⎥ g ⎣ ⎦
1 3
dp
，
0.4 < Re p < 500
⎡ 3.1d p (ρ s − ρ g )g ⎤ ut = ⎢ ⎥ ρg ⎢ ⎥ ⎣ ⎦
用空气。 由空气压缩机来的空
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气经稳压阀稳压后，由转 子流量计调节计量，随后
图 2–28 流化床特性测试流程图 1–空压机；2–缓冲罐；3–调节阀；4–流量计； 5–流化床反应器；6–U 型压差计
可通入装有石英砂固体颗 粒的流化床反应器。气体
经分布板吹入床层，从反应器上部引出后放空 。床层压力降可通过 U 型压差计 测得。 E 实验步骤与方法
流化床反应器流动状况的实验测定
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： (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。 B 实验原理 (1) 流态化现象
（1）启动空压机后，调节流量计至所需流量，测定空管时压力降与流速关 系，以作比较 。 （2）关闭气源，小心打开反应器，装入己筛分的一定粒度石英砂，检漏。 （3）通入气体，在不同气速下观察有机玻璃反应器中流化现象，测定不同 气速下床层高度与压降值。 （4）改变石英砂粒度，重复实验。
（5）在某一实验点，去掉气体分布板，观察流化状态有何变化。
1 2
，
Re p > 500
其中，
Re p =
d p ut ρ g
μ
C 预习与思考
（1）气体通过颗粒床层有哪几种操作状态？如何划分？ （2）流化床中有哪些不正常流化现象？各与什么因素有关？ （3）流化床反应器对固体颗粒有什么要求？为什么？
D
实验装置与流程
流化床特性测试实验示意流程见图 2–28。 实验用的固体物料是 不同粒度的石英砂，气体
500
固定床
300 200
流化床
B C 来自百度文库 D
△AMax
气体通过颗粒床层的压降与气速的关系
E
如图 2–27 所示。当流体流速很小时，固体
100 50
umf
A F
0.02 0.03 0.05 0.1 0.01
ut 颗粒在床层中固定不动。在双对数坐标纸上
床层压降与流速成正比，如图 AB 段所示。此
0.1 0.2 0.3
（1）分析讨论流态化过程所观察的现象，与理论分析作比较； （2）分析影响临界流化速度与最大流化速度的因素有哪些，归纳实验得到的 结论； （3）比较理论计算值与实验值，并作误差分析；
（4） 列举各种不正常流化现象及产生的原因。
H
d p - 颗粒当量直经， m；
Re p - 雷诺数， Re p =
主要符号说明
（6） 实验结束，关闭空压机。
F
实验数据处理
在双对数坐标纸上 （1） 记录不同条件下的压降 Δp 与气体流量的变化值， 进行标绘； （2） 确定相应的临界流化速度与最大流化速度； （3） 按实验条件计算临界流化速度与最大流化速度；注意：最大流化速 度 u t 不能直接算出，需假定 Re p 范围后试算，再校核 Re p 是否适用。 G 结果及讨论
u mf = o.695 dp
1.82
(ρ
s
− ρg )
0..94
μ 0.88 ρ g 0.06
通过经验式计算常有一定偏差，在条件满足的情况下，常常通过实验直接 测定颗粒的临界流化速度。
（3） 最大流化速度 u t
最大流化速度 u t 亦称颗粒带出速度，理论上应等于颗粒的沉降速度。按不 同情况可用下式计算：
d p uρ g
u mf - 临界流化速度，
μ m s；
；
u t - 最大流化速度，
m s；
k g m3 ； k g m3 ；
kg m ⋅s 。
ρ g - 流体密度，
ρ s - 颗粒密度，
μ - 流体粘度，
粒在流体中形成悬浮状态的稀相，并与流体一起从床层吹出，床层处于气流输 送阶段。E 点之后正常的流化状态被破坏，压降迅速降低，与 E 点相应的流速称 为最大流化速度 u t 。 (2) 临界流化速度 u mf 临界流化速度可以通过 ΔP 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：
气速，u（米/秒）
图 2–27 气体流化床的实际△P u 关系图
时为固定床阶段。当气速略大于 B 点之后， 因为颗粒变为疏松状态排列而使压降略有下 降。
该点以后，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，并随气体运动而上下翻滚，此为流化床阶段，称为流 态化现象。开始流化的最小气速称为临界流化速度 u mf 。 当流体速率更高时，如超过图中的 E 点时。整个床层将被流体所带走，颗
ut =
2 (ρ s − ρ g )g dp
18μ
，
Re p < 0.4
⎡ 4 (ρ s − ρ g )2 g ⎤ ut = ⎢ ⎥ 225 ρ μ ⎢ ⎥ g ⎣ ⎦
1 3
dp
，
0.4 < Re p < 500
⎡ 3.1d p (ρ s − ρ g )g ⎤ ut = ⎢ ⎥ ρg ⎢ ⎥ ⎣ ⎦