固体流态化PPT课件

➢ 流化床阶段还有一个特点是床层有明显的上界面， 如图(c、d)所示。
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(3) 气力（或液力）输送阶段 特点：
➢ 当流体流速（空塔速度u）=颗粒的沉降速 度时，颗粒被流体带出器外，床层的上界面 消失，此时的流速称为流化床的带出速度， 流速高于带出速度后，为流体输送阶段，如 图(e)所示。
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(二) 两种不同的流化形式
➢ 流化床中的流-固运动很象沸腾着的液体，并且在 很多方面表现出类似于液体的性质，如下图所示。
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(1) 密度比床层密度小的物体能浮在床层的上面，见 图(a)；
(2) 床层倾斜，床层表面仍能保持水平，见图(b)；
(3) 床层中任意两截面间的压差可用静力学关系式表 示(△p=ρgL,其中ρ和L分别为床层的密度和高度)， 见图©；
➢ 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”。
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（2） 聚式流化（气-固系统） ➢ 通常两相密度差较大的系统趋向于聚式流化。如气
固系统往往成为聚式流化。
➢ 聚式流化床一般存在两相： 连续相：是由空隙小，而固体浓度大的气固均匀混 合物构成。
气泡相：是夹带有少量固体颗粒而以气泡形式通过 床层的不连续相。
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固体流态化的优点
1、颗粒流动平稳，类似液体，可实现连续、 自动控制；
2、固体颗粒混合迅速，整个流化床内处于等 温状态；
3、流体与颗粒之间的传热和传质速率高； 4、整个床层与浸没物体之间传热速率高。
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二、 床层的流态化过程
(一)流态化现象
➢ 在垂直装填 有固体颗粒 的床层中， 流体自下而 上通过颗粒 床层，随着 流速从小到 大变化，床 层将出现下 述三种不同 的状态，如 下图所示。
a.固定床；b-c-d.流化床；e. 气力输送
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(1) 固定床阶段 特点：
➢ 通过床层的流速低； ➢ 颗粒受的曳力小，颗粒之间紧密相接，静
止不动； ➢ 床层高度不变； ➢ u↑，流体通过床层的阻力↑ ，其关系可以用
欧根公式表示，如图(a)。
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(2) 流化床阶段 特点：
➢ 当u↑一定值时，(颗粒的)曳力接近净重力（重力减 去浮力），或者流体通过床层的阻力接近单位截 面床层的重量时，颗粒开始浮动，但仍未脱离原 来的位置，如图(b)。
➢ 下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。
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➢ 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。
➢ 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：
➢ 在此状态时， u稍稍↑ ，颗粒便互相离开，床层的 高度也会有所提高，则这时的状态称为起始流化 状态或临界流化状态，对应的流速称为起始流化 速度(umf)或最小流化速度 。
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➢ 在临界流化状态时，继续↑u ，则颗粒间的距离增 大，颗粒作剧烈的随机运动，这个阶段称为流化 床阶段(沸腾床)。
➢ 在流化床阶段，随流体空床流速的增加，床层高 度增高，床层的空隙率也增大，使颗粒间的流体 流速保持不变；此时床层空隙中的流速=颗粒的沉 降速度，同时床层的阻力几乎保持不变，等于单 位截面床层的重量。
（1） 散式流化（液-固系统） ➢ 固体颗粒均匀地分散在流化介质中，亦称均匀流
化或理想流化。
➢ 特点： a 在流化过程中有一个明显的临界流态化点和临界 流化速度；
b 流化床层的压降为一常数： c 床层有一个平稳的上界面； d 流态化床层的空隙率在任何流速下都有一个代表
性的均匀值。不因床层内的位置而变化。
➢ 流态化技术是近50多年发展起来的一种新技术，设 备结构简单、生产强度大、易于实现连续化、自动 化操作。
➢ 该技术在食品工业中，主要用于加热（Heating）、 冷却(Cooling)、冷冻(Freezing)、干燥 (Drying/Dehydration)、混合(Mixing)、造粒 (Granulation)、浸出(Extraction)、洗涤 (Scrubbing/Cleaning/Washing)等方面。
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➢ 所以，单位高度流化床层的阻力可表示为：
➢ 对于气-固流化床，由于颗粒与流体的密度差 较大，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。
第三节 固体流态化
一、 概述
二、 床层的流态化过程 三、 流化床的类似液体的特性 四、 流体通过流化床的阻力 五、流化床的操作范围
六、 流化床的主要特点 七、流化床的高度与直径
八、气力输送简介
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一、 概述
➢ 固体流态化：流体以一定的流速通过固体颗粒组成 的床层时，可将大量固体颗粒悬浮于流动的流体中， 颗粒在流体作用下上下翻滚，类似于液体的沸腾。 这种状态称为固体流态化。简单来说，固体流态化 就是固体物质流体化。
➢ 特点：床层内各点处不再处处相等，床层无稳定的 上界面，上界面以某种频率作上下波动，床层压降 也随之作相应波动。
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• 判断流化形式（散式或聚式流化）的依据：
弗鲁特准数
Fr mf
u
2 mf
d pg
Frmf 0.13 Frmf 0.13
为散式流态化 为聚式流态化
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三、 流化床的类似液体的特性
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p fA A L 1 sg
式中 A-床层截面积，m2； L-床层高，m； ε-床层空隙率； ρs-固体颗粒的密度，kg/m3； ρ -流体密度，kg/m3。
p
m
Ap
(p
)g
式中 A——空床截面积,m2;
m——床层颗粒的总质量，kg；
ρp ,ρ——分别为颗粒与流体的密度，kg/m3。
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(4) 有流动性，颗粒能像液体一样从器壁小孔流出， 见图(d)）；
(5) 联通两个高度不同的床层时，床层能自动调整平 衡，见图(e)。
利用流化床的这种似液性，可以设计出不同的流固接触方式，易于实现过程的连续化与自动化。
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四、 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。