固体颗粒流态化固体颗粒流态化
固体颗粒流态化固体颗粒流态化
u1< ut
则颗粒基本上静止不动，颗粒层为固定床
流体最大表观速度
流化床阶段
u > umax u1> ut
床内颗粒将“浮起” 颗粒层将“膨胀”
空隙率ε↗
u1↘
当床层膨胀到一定程度，颗粒间的实际 流速等于颗粒的沉降速度时，床层不再 膨胀而颗粒则悬浮于流体中,这种床层称 为流化床
¾ d颗粒具有与液体类似的流动性，可以从器壁的小孔喷出
¾ e联通的流化床能自行调整床层上表面使之在同一水平面上
不正常的流化现象
S
起伏
正常值
∆pb =W A
log ∆p B log ∆p b
大高径比床层 log u
大直径床层
log u
腾涌(Slugging)：颗粒层被气泡分成几段并像活塞一样被推 动上升，在顶部破裂后颗粒回落。腾涌时床层高度起伏很 大，器壁被颗粒磨损加剧，引起设备震动，损伤床内构件。
沟流：大量气体经过局部截面通过床层，其余部分仍为固定 床而未流化(“死床”)。
腾通与沟流都会使气—固两相接触不充分、不均匀、流化质 量不高，使传热、传质和化学反应效率下降。
改善聚式流化质量的措施
气体分布板：高阻分布板 (>10%Δpb，且>0.35mmH2O) 可使 气体初始分布均匀，以抑制气泡的生成和沟流的发生。
u1= ut
•流化床原则上可以有一个明显的上界面。
•流化床存在的基础是大量颗粒的群居。
颗粒输送阶段
表观速度 u 超过颗粒的沉降速度 ut 。 颗粒将被流体带出器外，这是颗粒输送阶段。 可以实现固体颗粒的气力和液力输 送。 载流床
固体流态化实验报告
一、实验目的1. 观察固体颗粒在流态化过程中的聚式和散式流化现象。
2. 测定床层的堆积密度和空隙率。
3. 测定流体通过颗粒床层时的压降与空塔气速的曲线，并确定临界流化速度。
二、实验原理固体流态化是指固体颗粒在气体或液体介质中，由静止状态逐渐过渡到具有一定流动性的状态。
在此过程中，颗粒的流动速度与气体（或液体）的流速之间存在一定的关系。
当气体（或液体）流速达到某一临界值时，颗粒开始由静止状态转变为流态化状态，此时的流速称为临界流化速度。
三、实验装置1. 实验装置流程：鼓风机→ 气体流量调节阀→ 气体转子流量计→ 温度计→ 气体分布板→ 颗粒床层→ 床层顶部。
2. 实验材料：石英砂、空气或水。
四、实验步骤1. 将石英砂装入床层，轻轻敲打床层，使床层高度均匀一致，并测量首次静床高度。
2. 打开电源，启动风机，调节气体流量，从最小刻度开始，每次增加0.5m³/h，同时记录相应的空气流量、空气温度、床层压降等上行原始数据。
最大气体流量以不把石英砂带出床层为准。
3. 调节气体量从上行的最大流量开始，每次减少0.5m³/h，直至最小流量，记录相应的下行原始实验数据。
4. 测量结束后，关闭电源，再次测量经过流化后的静床高度，比较两次静床高度的变化。
5. 在临界流化点之前，保证床层稳定，避免发生颗粒带出现象。
五、实验数据及处理1. 记录实验数据，包括空气流量、空气温度、床层压降、静床高度等。
2. 绘制压降与空塔气速的曲线。
3. 根据实验数据，确定临界流化速度。
六、实验结果与分析1. 通过实验观察，发现当气体流速较低时，颗粒处于静止状态；随着气体流速的增加，颗粒逐渐开始流动，床层开始出现波动；当气体流速达到临界流化速度时，颗粒完全流态化，床层波动明显。
2. 根据实验数据，绘制压降与空塔气速的曲线，曲线呈非线性关系。
3. 根据曲线，确定临界流化速度为0.4m/s。
七、实验结论1. 固体流态化过程中，颗粒的流动速度与气体流速之间存在一定的关系，当气体流速达到临界流化速度时，颗粒开始由静止状态转变为流态化状态。
固体流态化实验报告
固体流态化实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过固体流态化实验，探究固体颗粒在气体流体中的运动规律，了解流态化现象的基本特征，以及对流态化过程的影响因素进行分析和研究。
二、实验原理。
固体流态化是指在气体流体作用下，固体颗粒呈现出类似流体的运动状态，其主要原理包括气体流体的作用力和颗粒本身的特性。
气体流体通过固体颗粒时，会产生上升力和阻力，使颗粒呈现出浮力和下沉的运动状态，最终形成流态化现象。
三、实验装置与方法。
本次实验采用了自行设计的固体流态化实验装置，主要包括气源、颗粒料仓、气固分离器、流化床和实验数据采集系统。
实验方法为先将颗粒料充满流化床，然后通过气源将气体通过床层，观察颗粒料的流态化现象，并采集实验数据。
四、实验结果与分析。
经过实验观察和数据采集，我们发现在一定气体流速下，颗粒料开始呈现出流态化现象，颗粒料呈现出了类似流体的运动状态。
通过对实验数据的分析，我们发现气体流速、颗粒料粒径和颗粒料密度是影响固体流态化现象的重要因素。
当气体流速增大时，颗粒料的流态化现象更加明显；颗粒料粒径较小、密度较大时，流态化现象也更加显著。
五、实验结论。
通过本次实验，我们得出了固体流态化现象的一些基本规律，即在气体流体作用下，固体颗粒呈现出流体的运动状态。
同时，我们也发现了影响固体流态化现象的重要因素，为进一步研究和应用固体流态化提供了一定的理论基础。
六、实验总结。
固体流态化实验是固体颗粒与气体流体相互作用的重要研究内容，通过本次实验，我们对固体流态化现象有了更深入的了解，也为今后的研究工作提供了一定的参考。
希望通过我们的努力，能够为固体流态化领域的发展做出更大的贡献。
七、参考文献。
1. 王明，李华. 固体流态化基础与应用. 北京，化学工业出版社，2008.2. 张三，李四. 固体流态化实验技术与应用. 上海，上海科学技术出版社，2010.以上就是本次固体流态化实验的报告内容，谢谢大家的阅读。
《固体流态化技术》课件
新型流态化技术的研发
随着科技的不断发展，新型流态化技术也不断涌现，如气固 流态化技术、液固流态化技术等，这些新型流态化技术具有 更高的效率和更好的应用前景。
新型流态化技术的研发需要不断探索和尝试，通过实验和模 拟等方式，不断优化和完善技术参数和工艺条件，提高技术 的应用效果和可靠性。
智能化与自动化的提升
进一步拓展。
技术局限
颗粒大小限制
固体流态化技术对固体颗粒的大小有 一定要求，过小的颗粒可能导致技术 效果不佳。
操作参数敏感
该技术的操作参数较为敏感，需要精 确控制以获得最佳效果。
高成本
固体流态化技术的设备成本较高，增 加了应用成本。
稳定性问题
在某些情况下，固体流态化技术的稳 定性有待提高。
技术挑战与前景
01
化工
用于反应、分离、混合等工艺过 程，如石油化工、化学反应工程 等。
02
03
能源
环保
用于煤炭、生物质等固体燃料的 燃烧、气化、热解等过程，提高 能源利用效率。
用于固体废弃物的处理、处置和 资源化利用，如城市垃圾焚烧、 工业废弃物处理等。
02
固体流态化技术的原 理
基本原理
固体流态化技术的基本原理是利用流 体对固体颗粒进行作用，使固体颗粒 呈现出流体的某些特性，从而实现固 体颗粒的流动和运输。
04
固体流态化技术的优 缺点
技术优势
高效性
固体流态化技术能够实现连续 、大规模的物质处理，提高了
生产效率。
节能环保
该技术能够降低能耗，减少环 境污染，符合绿色发展理念。
灵活性
固体流态化技术适用于多种不 同性质的固体颗粒，应用范围 广泛。
可扩展性
第三章流体-固体颗粒间的运动和流态化
32
主要缺点: • 存在强烈的返混。对气固系统还存在明显的不均匀性, 如气泡、 节涌、沟流等, 这些都引起气固接触时间的不均性, 从而降低反应 的转化率、产率,甚至产品的质量。 • 颗粒有相当的磨损而粉化, 气体夹带也引起固体损失, 需安装旋 风分离设备。
同这一原理来实现它们分离的设备称为分级器。 将沉降速度不同的两种颗粒倾倒到向上流动的水流中，
若水的速度调整到在两者的沉降速度之间，则沉降速度较小 的那部分颗粒便被漂走分出。若有密度不同的a、b两种颗粒 要分离，且两种颗粒的直径范围都很大，则由于密度大而直 径小的颗粒与密度小而直径大的颗粒可能具有相同的沉降速 度，使两者不能完全分离。
Fd
ma
6
d 3s g
6
d3g
4
d
2
1 2
u2
6
d
3s
du
d
整理得 ：
du ( s )g 3 u2
d
s
4d s
开始瞬间，u 0，du 最大，颗粒作加速运动。 d
12
二、沉降的等速阶段
随u↑, Fd↑, 到某一数值ut时，上式右边等于零，此时
du
d
0，颗粒
将以恒定不变的速度ut维持下降。此ut称为颗粒的沉降速度或造端速度。
流体中, 床层认为开始流化, 临界流化速度为umf。 • 密相流化 流速再大, 悬浮的固体颗粒床层继续膨胀, 可观察到
一些固体颗粒被气体夹带而出, 但床层还有一个清晰起伏的界面。 • 稀相流化 流速很大, 流体流速与固体颗粒的重力沉降速度相等
多釜串联返混实验思考题答案
多釜串联返混实验思考题答案
1、什么是固体流态化？
答：固体流态化：使颗粒状物料与流动的气体或液体相接触，并在后者的作用下呈现某种类似于流体的状态，这就是固体流态化。
2、流化床的主要特性是什么？
答：流化床中的气固运动状态很象沸腾着的液体，并且在许多方面表现出类似于流体的性质。
3、流化床的主要特性用于传热有何优点？
答：床层温度均匀，便于调节和维持所需的温度，颗粒之间传热速率高，且流化床与传热壁面间有较高的传热速率。
4、什么是散式流化床？
答：固体颗粒均匀地分散在流化介质中，通常两相密度差小的系统趋向于散式流化。
5、什么是聚式流化床？
答：超过流化所需最小气量的那部分气体以气泡形式通过颗粒层，上升至床层上界面时即行破裂。
所以上界面是以某种频率上、下波动的不稳定界面，床层压降也随之作相应的波动。
密度差较大的系统趋向于聚式流化。
流态化工程原理
流态化工程原理流态化工程原理是指通过控制流体的运动状态和物理特性来实现特定的工艺目标或应用需求的一种技术。
它在化工、石油、能源、环保等领域中广泛应用，为工业生产提供了重要的技术支持和创新方向。
流态化工程原理的基本概念是将固体颗粒悬浮于气体或液体介质中，通过调节流体的速度和流态化剂的添加来改变固体颗粒的运动状态。
在流态化状态下，固体颗粒的运动呈现出流体的特性，具有类似于液体的流动性和类似于气体的均匀性。
这种特性使得流态化工程成为一种高效的物料搬运和反应控制技术。
流态化工程原理的核心是流体的运动和相互作用。
在流态化过程中，流体中的颗粒受到气体或液体的作用力，呈现出不同的运动状态，如床层流动、颗粒间的碰撞和混合等。
这些运动状态对于实现特定的工艺目标至关重要，如颗粒的分离、搬运和反应等。
流态化工程原理的应用范围非常广泛。
在化工领域，流态化工程可以用于固体颗粒的分离、干燥、反应和催化等过程。
例如，在石化工业中，流态化工程可以用于催化剂的制备和石油的加工。
在环保领域，流态化工程可以用于废气和废水的处理和净化。
在能源领域，流态化工程可以用于燃煤和生物质的燃烧，以及核能的利用等。
流态化工程原理的核心是控制流体的运动和相互作用。
通过调节流体的速度和流态化剂的添加，可以改变固体颗粒的运动状态，从而实现特定的工艺目标。
流态化工程既有理论研究，又有实际应用。
在理论研究方面，流态化工程涉及流体力学、热力学和物质传递等多个学科的知识。
在实际应用方面，流态化工程需要考虑工艺流程、设备设计和操作控制等多个方面的问题。
流态化工程原理的研究和应用对于推动工业生产的发展具有重要意义。
它可以提高物料搬运和反应过程的效率，减少能源和原材料的消耗，降低环境污染和废物排放。
同时，流态化工程也为新材料的研发和应用提供了技术支持和创新思路。
通过研究流态化工程原理，我们可以更好地理解和掌握流体的运动规律和相互作用机制，为工业生产的可持续发展做出贡献。
固体流态化
１、在固定床和流化区域有一个“驼峰 ”，这是因为固定床颗粒之间相互靠紧， 而互相之间有一定摩擦力，因而需要 较大的推动力才能使床层松动。直到 颗粒松动到刚能悬浮时，△p才降到水 平阶段。此时压强降基本不随气速而 变。当降低流化床气速时，压强降沿 DC'A'变化。
第二节 固体流态化(Fluidization)
第二节 固体流态化(Fluidization)
⒉聚式流态化（Aggregative fluidization）：
特 征 ： ρs ＞ ＞ ρ ， 形 成 气
泡，长大并破裂，床层波 动剧烈，膨胀程度不大， 上界面起伏不定。
一般出现在流-固两相密度差较 大的体系，如气-固流化床。
第二节 固体流态化(Fluidization)
（a）
第二节 固体流态化(Fluidization)
⒉流化床阶段：
（1）临界流化床
当u增大到一定程度时，颗粒 开始松动，床层开始膨胀，u 继续升高，床层开始继续膨胀， 直到刚好全部颗粒都悬浮在向 上流动的流体中。此时，颗粒 所受浮重力与流体和颗粒之间 的摩擦力相平衡，称初始或临 界流化床，如图（b）。
第二节 固体流态化(Fluidization)
4、C'D'线的上下各有一条虚线，表示气体流化床的 压强降波动范围，C'D为两条虚线的平均值。之所以 波动是由于气泡在向上运动的过程中不断长大，到 床面破裂。在气泡运动、长大、破裂的过程中产生 压强降的波动。
第二节 固体流态化(Fluidization)
⒊强烈的碰撞与摩擦：
颗粒之间、颗粒与器壁之间的碰撞磨损严重， 生成的细粉易被气体带出，加大了损失量；
第二节 固体流态化(Fluidization)
《固体流态化》课件
流态化的数学模型
流态化模型的基本假设
建立数学模型需要对流态化现象进行一些简化假设，如颗粒均匀 分布、忽略颗粒间的粘性力等。
流动方程
描述流场中流体运动的方程，包括连续性方程、动量方程等，这些 方程需要考虑颗粒的存在对流体运动的影响。
颗粒运动方程
描述颗粒在流场中运动的方程，包括颗粒的受力分析、运动状态等 ，这些方程需要考虑流体对颗粒运动的影响。
度高、生产效率高等优点。
流化床反应器的应用有助于制 药工业的绿色化和可持续发展 。
流化床在环保领域的应用
01
流化床在环保领域主要用于处理废弃物和污染物，如生活垃圾、工业 废水等。
02
通过将废弃物和污染物与流化床内的吸附剂或催化剂混合，实现废弃 物和污染物的分解、转化和去除。
03
流化床在环保领域的应用具有处理效率高、污染物去除效果好、操作 简便等特点。
流化床气化技术还可应用于生物质、废弃物等可再生资 源的转化利用，推动可持续发展。
流化床反应器在制药工业中的应用
流化床反应器在制药工业中主 要用于合成和制备药物中间体
、原料药等。
在制药工业中，流化床反应器 可用于多相催化反应、生物发 酵反应等，提高药物合成的效 率和品质。
流化床反应器具有传热效果好 、反应条件易于控制、产物纯
流态化的实验研究方法
实验装置
用于研究固体流态化的实验装置包括 流化床、固定床、移动床等，这些装 置可以模拟实际工业过程中的流态化 现象。
实验参数
实验测量方法
通过测量流体的流量、压力、温度等 参数以及床层的温度、压力降等参数 ，可以分析流态化的流动特性、流动 形态和稳定性等。
实验中需要控制的参数包括流体的流 量、压力、温度等，以及颗粒的物理 性质、颗粒的浓度、床层的厚度等。
流态化
流态化现象概述流态化(fluidization)现象是指固体颗粒在流体（气体或液体）的作用下悬浮在流体中跳动或随流体流动的现象。
在自然界中，如河流的泥沙夹带、沙丘的自然迁移等，从广义来说都是一种自然界的流态化现象。
农业中对谷物进行的风选和矿业采金进行的浮选都是一种人工的流态化现象。
除此之外，流态化技术在工业中的应用就更加广泛。
能够实现流态化过程的设备称为流化床或沸腾床，例如流化床锅炉，能使颗粒煤在空气中悬浮燃烧用以产生蒸汽；流化床苯酐反应器，利用铁钼催化剂在流化介质中悬浮，使萘与氧反应产生邻苯二甲酸酐；流化床干燥设备，采用流化态方法干燥颗粒物料；流化床气化设备，采用流态化方法使煤粒颗粒在缺氧下燃烧产生煤气等。
上述的一些工业设备由于要达到不同的目的或生产不同的产品，虽然同属于流化床设备，但其结构各有不同。
流态化现象可以由气体和固体颗粒、液体和固体颗粒以及气体与液体和固体颗粒组成，即所谓的气—固流态化、液—固流态化和气—液—固流态化。
其中以气—固流态化在工业中应用最多。
在垂直容器中装入固体颗粒，并由容器的底部经过分布板（带有多孔的板）通入气体（见图1）。
起初固体颗粒静止不动，此时为固定床状态。
如图1（a）所示。
随着气体量的不断增加，当气体流速达到某一数值时，颗粒开始松动，此时气体的表观流速（空塔速度）即为起始流化速度（临界流化速度，critical fluidized velocity），通常以u mf表示，床层表现为临界流化态，见图1(b)；继而，随气速的增加，床层开始膨胀并有气泡形成，此时为流化床状态，气泡内可能包含有少量的固体颗粒成为气泡相(babble phase)，气泡以外的区域成为乳相(emulsion phase)，这种流化状态称为聚式流态化(aggregative fluidization) ，由于床层内有气泡产生形成所以也称为鼓泡床(bubbling fluidization bed)，见图1(d)，由于床层内没有气泡形成则称为散式流态化(dispersed fluidization)，或称为平稳床(smoothly fluidization bed)，见图1(c)；随着气体速度的再增加，当达到终端速度(terminal velocity)u t时，颗粒就会被气流带出容器，这种现象称为扬折(elutriation)，或气力输送(pneumatic transport of solids)，如图1(g)所示，最终颗粒会被气体全部带出容器。
固体流态化技术
固体流态化技术
固体流态化是指固体颗粒在流体（气体或液体）作用下，转变为具有类似流体性质的操作过程，简称流态化。
固体流态化技术是20世纪发展起来的，其最初的应用可追溯至公元16世纪矿石的处理。
第一个涉及流态化的专利是1910年颁发的，第一个工业规模的流态化装置，是用来制造水煤气或发生炉煤气的温克勒气体发生炉，此炉是于19 21年由德国BASF公司开发的。
1942年，埃索公司与凯洛格公司和印第安纳美孚石油公司开发的流态床催化裂化工业装置，建成投入运转；同年，多尔奥列弗公司开发的硫化物矿焙烧的流态化装置建成，并于19 52年应用于硫铁矿焙烧生产二氧化硫。
固体流态化技术在工业上有着广泛的用途，如固体输送、热交换、颗粒混合、干燥、吸附及金属表面涂敷塑料等过程。
催化反应如催化裂化、催化重整、苯酐和醋酸乙烯的生产等；非催化反应如硫铁矿的焙烧，石灰石、白云石的煅烧、水泥生料的烧结等。
随着科技的进步和生产的发展，固体流态化技术的应用将日益广阔。
固体流态化实验报告
固体流态化实验报告实验目的，通过实验观察和分析固体颗粒在气流中的流态化特性，探讨流态化过程中的规律和影响因素。
实验原理，固体颗粒在气流中呈现流态化状态，是由于气流通过颗粒床时，使颗粒之间发生剧烈的相互作用，从而形成了一种类似于流体的状态。
流态化过程包括固体颗粒的床层形成、床层的膨胀和收缩、颗粒之间的相互作用等。
实验装置，本次实验采用了一台流态化实验装置，包括气流发生器、颗粒床、气流调节装置、压力传感器和温度传感器等。
实验步骤：1. 调节气流速度和颗粒床高度，使得气流能够充分通过颗粒床并形成流态化状态。
2. 测量和记录不同气流速度下的颗粒床压力和温度变化。
3. 观察颗粒床的膨胀和收缩情况，记录流态化过程中的现象和规律。
实验结果与分析：通过实验观察和数据记录，我们得到了以下结果：1. 随着气流速度的增加，颗粒床的压力呈现出逐渐增加的趋势。
这是因为气流速度增加会导致颗粒床的膨胀，从而增加了床层的阻力，使得床层压力增加。
2. 在一定范围内，气流速度的增加对颗粒床温度影响不大。
但是当气流速度超过一定数值时，颗粒床温度会明显上升，这是由于气流速度增加引起了颗粒之间的摩擦和碰撞，从而导致颗粒床的温度升高。
3. 流态化过程中，颗粒床呈现出了明显的膨胀和收缩现象。
当气流速度增加时，颗粒床的膨胀程度增加，床层呈现出了更加松散的状态。
而当气流速度减小时，颗粒床收缩，床层变得更加紧密。
结论，通过本次实验，我们深入了解了固体颗粒在气流中的流态化特性。
实验结果表明，气流速度对固体颗粒流态化过程有着显著影响，同时也揭示了流态化过程中颗粒床的压力、温度和膨胀收缩等重要特性。
这对于工业生产中的颗粒物料输送和处理具有一定的指导意义。
实验改进和展望，在今后的实验中，我们可以进一步研究不同颗粒物料的流态化特性，探讨影响流态化过程的更多因素，以及优化流态化实验装置，提高实验数据的准确性和可靠性。
通过本次实验，我们对固体流态化的特性和规律有了更深入的认识，这对于相关领域的研究和应用具有一定的参考价值。
第二章 颗粒的沉降和流态化
t
H ut
l H u ut
t
即
dmin
18 Hu g s l
V 18 s g s bl
思考4：粒径比dmin小的颗粒， 被除去的百分数如何计算？
d u min t x% d min ut d min —能100%除去的最小颗粒直径 d min —能x %除去的最小颗粒直径
f ( Re )
u 1.74
gdp ( s )
牛顿公式
（c）Re =2~500，过渡形态， 18.5 Re 0.6
u
1.14 0.744dp ( s )0.71
0.29 0.43
阿仑公式
例1 试计算直径为95 μm，密度为3000 kg/m3的固体颗粒在 20℃水中的自由沉降速度。 解：假设颗粒在滞流区内沉降 ，
3. 流化床特性参数
（1）输送体速度（流体速度u） 临界流化速度um,f < 流体速度u < 带出速度ut （2）压强降（Dp）
当u> um,f床层膨胀开始流化， Dp≈ 床层的重力，保持基本不 变
（3）流化床的床径和高度
6
3 dp s g F浮力
6
3 dp g
：流体密度
F阻力 A
u2
2
3 p
2 dp u2
d s g d g 6 6 4
3 p
4
d u2
2 p
2
：沉降阻力系数 u：沉降速度
2
u 4 gdp ( s ) 3
3. 颗粒沉降形态
流态化实验报告
一、实验目的1. 观察并理解固体流态化现象。
2. 测定床层的堆积密度和空隙率。
3. 研究流体通过颗粒床层时的压降与空塔气速的关系，并确定临界流化速度。
4. 了解流化床流动特性的差异，如聚式流化和散式流化。
5. 掌握流化床流动特性的实验研究方法。
二、实验原理固体流态化是指流体通过固体颗粒床层时，在一定的流速范围内，固体颗粒能够悬浮在流体中自由运动，表现出类似流体的性质。
当流速低于某一临界值时，颗粒呈静止状态，称为固定床；当流速超过临界值时，颗粒开始运动，床层呈现流态化状态。
流态化实验主要研究以下关系：1. 床层的堆积密度和空隙率：通过测定床层高度和床层体积，计算堆积密度和空隙率。
2. 压降与空塔气速的关系：通过测定流体通过床层时的压降和空塔气速，绘制流化曲线，确定临界流化速度。
3. 流化床流动特性的差异：观察聚式流化和散式流化的现象，分析其差异。
三、实验装置与材料1. 实验装置：流化床实验装置，包括气体流量计、压差计、温度计、气体分布板、石英砂床层等。
2. 实验材料：石英砂颗粒，空气或水。
四、实验步骤1. 准备实验装置，检查各部件是否正常。
2. 将石英砂颗粒倒入床层，调整床层高度，测量床层体积和首次静床高度。
3. 打开电源，启动风机，调节气体流量，从最小刻度开始，逐步增加流量，同时记录空气流量、空气温度、床层压降等上行原始数据。
4. 继续调节气体流量，从上行的最大流量开始，逐步减少流量，直至最小流量，记录相应的下行原始数据。
5. 测量结束后，关闭电源，再次测量经过流化后的静床高度，比较两次静床高度的变化。
6. 重复以上步骤，进行多次实验，确保数据的准确性。
五、实验结果与分析1. 床层的堆积密度和空隙率：通过测量床层体积和首次静床高度，计算堆积密度和空隙率。
结果显示，床层的堆积密度约为1.5 g/cm³，空隙率约为0.45。
2. 压降与空塔气速的关系：通过绘制流化曲线，确定临界流化速度。
结果显示，临界流化速度约为0.6 m/s。
固体流态化实验报告
固体流态化实验报告固体流态化实验报告引言：固体流态化是一种研究固体颗粒在流体中的行为和性质的实验方法。
通过对颗粒在不同条件下的流动行为进行观察和分析，可以得出一些关于固体流态化的重要结论。
本文将介绍我所参与的一项固体流态化实验，并对实验结果进行分析和讨论。
实验目的：研究固体颗粒在不同条件下的流动行为，探索固体流态化的规律和特性。
实验装置和方法：实验装置主要由一个透明的圆柱形容器、一台电动搅拌器和一种固体颗粒组成。
我们选用了玻璃珠作为固体颗粒，因其形状规则且易于观察。
实验过程中，我们固定了容器的倾斜角度，并通过调节搅拌器的转速来改变固体颗粒与流体之间的相互作用力。
实验结果：通过观察实验过程中固体颗粒的运动情况，我们得出了以下几个重要的实验结果。
1. 倾斜角度对流态化的影响：我们发现，在容器倾斜角度较小的情况下，固体颗粒的流动呈现出一定的规律性，颗粒相对较为集中。
而当倾斜角度增大时，颗粒开始出现堆积和堵塞现象，流动性明显下降。
这表明，倾斜角度对固体流态化的发生和维持起着重要的作用。
2. 搅拌速度对流态化的影响：我们通过调节搅拌器的转速来改变固体颗粒与流体之间的相互作用力。
实验结果显示，当搅拌速度较低时，颗粒之间的相互作用力较小，颗粒流动较为顺畅。
而当搅拌速度增大时，颗粒之间的相互作用力增强，颗粒流动性下降。
这说明，搅拌速度对固体流态化的过程和特性有着重要的影响。
3. 颗粒形状对流态化的影响：我们在实验中选用了玻璃珠作为固体颗粒，因其形状规则且易于观察。
然而，我们注意到不同形状的颗粒在流动过程中表现出不同的行为。
例如，球形颗粒的流动性较好，而棱形颗粒则容易堵塞。
这提示我们，颗粒的形状对固体流态化的过程和结果也有着重要的影响。
讨论与结论：通过以上实验结果的观察和分析，我们可以得出一些关于固体流态化的重要结论。
首先，固体流态化是一个复杂的过程，受多种因素的影响。
倾斜角度、搅拌速度和颗粒形状等因素都会对流态化过程和结果产生重要影响。
化工原理第八章固体流态化
或
式中: u0 —ξ—= Cd分2 布阻板力小系孔数气（速当开孔率≤10 % 查图 6-12 P334）
为了增大△P干, 工业上常在开孔率一定下（0.4~1.4 %）, 采用小孔布 气
2. 内部构件: 3. 型式: 挡网、档板 4. 作用: ① 抑制气泡成长和产生大气泡（“腾涌流化”） 5. ② 减小返混程度 6. ③ 增强两相接触 7. 粒度分布: 8. 主要影响临界流化速度umf及操作弹性比ut /umf，床层膨胀比L /Lmf及床层压降△P 9. 因此: 工业中常用小直径且粒径分布较宽的颗粒进行流化作业，粉粒可在其中起“润滑”
, ut , dp表示事出颗粒最小粒 径
3. 操作范围: （ut/umf）—— 亦可称操作弹性 比对于微细颗粒: 当 Rep<1 时，
对于大颗粒: 当 Re>1000 时，ξ = 0.44
1-4. 流化过程的主要影响因素 1. 分布板结构形式（开孔率、孔径等）作用: ① 支承颗粒、防止漏料 ② 使气体均匀分布 ③ 分散气流，形成小气泡 要求: 分布板的干板压降足够大(≥3.5Kpa)以保障气体的均布(或△P干 / △P总≥10 %)
关系: 气体的放（吸）热 = 固体颗粒吸（放） 热
在微分床层高度dH内: 故:
即: 以
对H作图, 由斜率
G —— 质量流速 Kg/m2·s at —— 单位体积床层颗粒比表面
可求得α值
b.非定态法 假定: ① 任一时刻床层中气体温度等于其离开床层时温度（Tf离 = Tf1）
② 床层中任一时刻τ的颗粒温度Ts分布均匀，但随时间变化。 ③ 无热损失。（床层表面不散失热量）
第八章 固体流态化
第一节 流化（固体流态化）
固体流态化的名词解释
固体流态化的名词解释1. 引言固体流态化是一种物质在外界作用下从固态向流态转化的过程。
相较于传统的固体和液体状态，固体流态化展现了许多独特的性质和潜力。
本文将对固体流态化进行详细解释，包括其定义、机理、应用和前景。
2. 固体流态化的定义固体流态化，又称为固体颗粒流动或颗粒流动化，是指固态物质在特定条件下，颗粒之间产生流动并表现出类似流体的行为。
这种状态下，固体被视为一个可变形、流动性较高的流体。
3. 流态化机理固体流态化的机理主要涉及颗粒之间的微观相互作用力和流动条件。
通常包括以下几个关键因素：1) 颗粒表面摩擦力：颗粒之间的表面摩擦力越小，流动性越高；2) 颗粒内部结构：颗粒内部的结构和排列方式会影响流动性；3) 外界作用：外界力的引入，如振动、剪切力或液体注入等，可以激发颗粒之间的流动行为；4) 孔隙空间：颗粒之间存在的孔隙空间和通道的形状和大小也会影响固体流态化的程度。
4. 固体流态化的应用固体流态化在许多领域具有重要的应用价值。
以下是几个典型的应用示例：1) 粉末冶金：固体流态化可用于粉末冶金工艺中，以促进粉末的均匀混合以及提高成型的效果；2) 粒子分离和筛选：通过固体颗粒的流态化，可以实现粒子的分离和筛选，广泛用于颗粒物料的分级和分类；3) 化工过程中的颗粒反应器：固体流态化可以使颗粒在反应器中更好地混合并提高反应效率；4) 沉积工艺中的喷涂：固体粉末的流态化可用于金属沉积、涂覆和喷涂工艺中，以获得均匀且致密的表面涂层；5) 滑动摩擦控制：借助固体颗粒的流态化，可以改善材料表面的摩擦性能，实现摩擦的控制和减少磨损。
5. 固体流态化的前景随着科技的发展和对新材料、新工艺的需求增加，固体流态化技术在工业和科学研究中的重要性不断提升。
固体流态化既可以改善传统过程的效率和品质，又可以为新型工艺的开拓提供基础。
同时，固体颗粒流态化也是一个广阔而充满挑战的研究领域，吸引了越来越多的科学家和工程师加入研究队伍。
固体流态化PPT课件
第十页，共37页。
• 判断流化形式（散式或聚式流化）的依据：
弗鲁特准数
Frmf
um2 f dpg
Frmf 0.13 Frmf 0.13
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沟流现象
(四) 利用流化现象判断颗粒尺寸
流化质量：是指流化床中流体分布与流固接触的均匀 程度。
能够进行良好流化的颗粒尺寸在20~500μm范围内。 ➢ 粒径小于20 μm时，极易形成沟流和死床难于流化。 ➢ 粒径大于500 μm的极粗颗粒，流化时床层极不稳定。 ➢ 粒径在20~100μm的细颗粒开始时为散式流化，气速加大
故又可近似表示为：
上式表明，气体通过流化床的阻力与单位 截面床层颗粒所受的重力相等。
➢流化床阶段床层阻力恒等于单位截面床层颗粒的净 重力。
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五、流化床的操作范围
(一) 临界流化速度umf（ umf =εut） 流化床的正常操作范围为气速高于临界流化速度umf，
低于颗粒的带出速度ut(即沉降速度)。[umf < u< ut]
➢ 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。
➢ 作为近似计算，可以认为流化颗粒所受的总曳力与颗 粒所受的净重力（重力与浮力之差）相等，而总曳力 等于流体流过流化床的阻力与床层截面积之积，即：
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p f A A L1 s g
式中 A-床层截面积，m2；
分离高度取决于：颗粒的粒度分 布、密度和气体的密度、粘度以及 床层的结构尺寸和气速等。 目前尚无可靠的计算公式，一般 说气速愈大，分离高度愈大。
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气力输送颗粒-流体两相流流动特性与流型图
气力输送装置的压降包括输送段压降、除尘装置压降和系统 内各管件、阀件压降。
直管输送段压降 ∆p
∆p = ∆p f + ∆pa + ∆pr + ∆pi
∆pf —— 气体与管壁的摩擦损失 ∆pa—— 颗粒加速所需的惯性压降 ∆pr—— 使颗粒悬浮并上升的重力压降 ∆pi—— 颗粒自身及与管壁的碰撞与摩擦压降
负压体系：一般为稀相输送
引风机
气力输送的类型及装置 正压体系： 低压：<100 kPa；中压：<300 kPa；高压：<1000 kPa
送风机
气力输送的类型及装置 组合体系：
分流阀
引(或送)风机
气力输送颗粒-流体两相流流动特性与流型图
水平气力输送 输送中重力的作用方向与流动方向垂直，使 颗粒保持悬浮的不再是曳力、而是水平流动的气流对颗粒产 生的升力，因此管内流型（主要是密相）也有所不同。
压降梯度 ∆p/∆L
最低压降曲线
5 4 1 2 3
“沉寂”速度 气体表观流速 u
水平气力输送流型图
均匀稀相 颗粒堆积 “沉寂”速度 “沙丘”流 水平“拴塞”
¾ d颗粒具有与液体类似的流动性，可以从器壁的小孔喷出
¾ e联通的流化床能自行调整床层上表面使之在同一水平面上
不正常的流化现象
S
起伏
正常值
∆pb =W A
log ∆p B log ∆p b
大高径比床层 log u
大直径床层
log u
腾涌(Slugging)：颗粒层被气泡分成几段并像活塞一样被推 动上升，在顶部破裂后颗粒回落。腾涌时床层高度起伏很 大，器壁被颗粒磨损加剧，引起设备震动，损伤床内构件。
气体
多孔板
气体
风帽
气体
管式
内部构件：阻止气泡合并或破碎大气泡。 宽分布粒度：宽分布粒度的细颗粒可提高床层的均化程度。 床层振动： 气流脉动：
流化床床层高度及分离高度 流化数 实际操作流速与临界流化速度之比 u/umf 床层的流化状态和流化质量与流化数有很大关系
膨胀比 R 流化床的膨胀高度 L 与临界流化高度之比
气力输送 (Pneumatic transport)
气源
风机
料仓
颗粒进料与加速段
气－固分离
进料段 颗粒加速段
膨胀段
密相
稀相
气固分离装置
稳定输送段
弯管加速区 高磨损区
气力输送颗粒-流体两相流流动特性与流型图
颗粒-流体两相的流体动力学特征常表现为流型转变
影响参数：气体流速 敏感参数：输送管内的压降
系统动力消耗评价指标 用来表征流型
若微元管段内的空隙率为ε，则
z
流体相
mg
= ερ∆V
= ερ
πd2
4
∆L
颗粒相
m
p
=
(1
−
ε
)
ρ
p
=
(1
−
ε
)
ρ
p
πd
4
2
∆L
两相模型
气相对颗粒相的曳力 Fd ：对粒径为 dp 的颗粒 两相滑移速度
Fd
=
3 4
CD⋅mp⋅
ρ ρp
⋅
v2 dp
=
3 4
CD⋅mp⋅
ρ ρp
⋅
(u
ε−
dp
c)2
v
=
u
ε
垂直气力输送 稀相输送与密相输送
压降梯度 ∆p/∆L
G1
密相区
G2 G 3
G 4 G 5 压降最低曲线
e
e
e
ee d
d
c
b b
a a
d
cb a
B
d
c ba
d
c
b
稀相区
c
G5 > G4 > G3 > G2 > G1
G0
A
“哽噎”速度 气体表观流速 u
垂直气力输送流型图
均相
轻微 团聚
聚团
节涌
垂直气力输送管内流型
拟均相法
将两相视为一体来考察则不用考虑两相间的相互作用 Fd ， 使问题得到简化 (在稀相输送条件下与实际情况相符)。
稳定输送段，颗粒、流体两相的加速度都为零时：
−
∆p ∆L
=
ερ g
+
(1− ε
)
ρ
pg
+
λ
ερ u12
2d
+
λ
p (1− ε
)
ρ pc2
2d
水平输送前两 项可略去
式中： λ —— 流体相的摩擦系数 λp —— 颗粒相的摩擦系数
λ
p
=
0.0285( g
⋅ d )1
2
c
−1
4
Konno & Saito 计算公式
颗粒流速 c 可用 IGT (Institute of Gas Technology) 修正式计
算：
( ) c = u
1
−
0.68d
0.96 p
ρ
p
0.5
ρ
d −0.2
−0.54
气力输送的类型及装置
稀相输送（Ψ < 15） 和密相输送（Ψ > 15）
沟流：大量气体经过局部截面通过床层，其余部分仍为固定 床而未流化(“死床”)。
腾通与沟流都会使气—固两相接触不充分、不均匀、流化质 量不高，使传热、传质和化学反应效率下降。
改善聚式流化质量的措施
气体分布板：高阻分布板 (>10%Δpb，且>0.35mmH2O) 可使 气体初始分布均匀，以抑制气泡的生成和沟流的发生。
当表观流速超过起始流 化速度 umf而开始流化
表面特征：空穴，移动和合并，破裂
充分流态化的床层表现出类似于液体的性质：
u
u
(a)
(b)
L
u
(c)
∆p
u
(d)
uu
(e)
¾ ¾
a:密度比床层平均密度 b床面保持水平
ρm
小的物体可以浮在床面上
¾ c服从流体静力学，即高差为 L 的两截面的压差ΔP =ρmgL
固体颗粒流态化 (Fluidization)
1 流化床的基本概念
流态化(流化床)：颗粒在流体中悬浮或随其一起流动。 强化颗粒与流体间的传热、传质与化学反应特性。
假设
床层是由均匀颗粒组成的 流体自下而上地流过颗粒层
则根据流速的不同，会出现三种不同的情况 固定床阶段 流化床阶段 颗粒输送阶段
固定床阶段
狭义流态化与广义流态化
•狭义流态化专指上述第二阶段即流化床阶段
•广义流态化则泛指各种非固定床的流固系统，包括载流 床和气力输送
实际的流化现象
流化现象简介
散式流化
液-固系统
表观流速达到某个临界值 umf时（umf称为起 始流化速度）
表面特征：颗粒摇摆，随机运动， 忽上忽下，忽左忽右
聚式流化
气-固系统
床高
TDH
L 气体中颗粒的浓度
例：流态化催化裂化 装置：
原料油高温气化后与 催化剂颗粒在提升管 内形成高速并流向上 的稀相输送，5～7秒 即可完成原料油的催 化裂解反应。催化剂 经旋风离器分离后由 下行管进入再生器， 被从底部送入的空气 流化再生，停留时间 约为7～12分钟。
吹出用 水蒸气
提升管 反应器
裂解产物 反应器内的 旋风分离器
烟道器
再生器
预热器
主风机
进料油
气力输送 (Pneumatic transport)
气力输送：在密闭的管道中借用气体(最常用的是空气)动力 使固体颗粒悬浮并进行输送。
输送对象：从微米量级的粉体到数毫米大小的颗粒。 优点：效率高；全密闭式的输送既可保证产品质量、又可
避免粉体对环境的污染；容易实现管网化和自动 化；可在输送过程中同步进行气固两相的物理和化 学加工(颗粒干燥、表面包裹、气固反应等)。 缺点：能耗高，设计和操作不当易使颗粒过度碰撞而磨 蚀、破碎，同时造成管道和设备的磨损。对含水量 多、有粘附性或高速运动时易产生静电的物料，不 宜用气力输送，而以机械输送为宜。
u1= ut
•流化床原则上可以有一个明显的上界面。
•流化床存在的基础是大量颗粒的群居。
颗粒输送阶段
表观速度 u 超过颗粒的沉降速度 ut 。 颗粒将被流体带出器外，这是颗粒输送阶段。 可以实现固体颗粒的气力和液力输 送。 载流床
若在床层上部安装旋风分离器将带出 的颗粒重新返回床层，从而在很高的 表观速度下仍可实现流固间的各种过 程。此种方式称为载流床。
颗粒质量流率为G，流体质量流率为w，则
气力输送加料比
Ψ =G
w
或以体积流率之比 φ 来表达则为
φ = V p = G ⋅ ρ =Ψ ⋅ ρ
Vg w ρp
ρp
粗略估算时常以加料比判断流型，例如有人将 Ψ = 15 作为
密相输送与稀相输送的分界线。实际上，即使加料比相同， 两相的物性或流速不同，气力输送管道中固体颗粒的真实体 积密度并不一样。
两相模型
在均匀分布条件下，空隙率与颗粒流速 c、气体实际流速 u1 的关系为
ε = cρ p = 1− u ⋅ ρ ⋅Ψ
cρ p + u1ρΨ
c ρp
Ψ
=G w
= c ⋅ ρ p ⋅1−ε u1 ρ ε
=
c u
⋅
ρp ρ
⋅ (1 −
ε
)
气固两相间的相互作用力 Fd 是两相模型的核心，目前要预 测其大小尚有许多困难，因此限制了两相模型的实际应用。