化工原理第3章机械分离与固体流态化方案.ppt

3.5.1 基本概念 此时流体的真正速度 u? 颗粒的沉降速度u0 此时u?= u0 颗粒悬浮于流体中，床层有一个明显的上界面，与沸腾水的表面相似 此时u? u0 （1） 固定床阶段 流体通过颗粒床层的表观速度u较低，使颗粒空隙中流体的真实速度 小于颗粒的沉降速度 ，则颗粒基本上保持静止不动，颗粒层为固定床。 （a）固定床 （b）流化床 （c）气力输送 （2）流化床阶段 在一定的表观速度下，颗粒床层膨胀到一定程度后将不再膨胀，此时颗粒悬浮于流体中，床层有一个明显的上界面，与沸腾水的表面相似，这种床层称为流化床。 （3）颗粒输送阶段 如果继续提高流体的表观速度u，使真实速度 大于颗粒的沉降速度 ，则颗粒将被气流所带走，此时床层上界面消失，这种状态称为气力输送。 （b）流化床 （c）气力输送 3.5.2 流化床的两种形态 床内颗粒的分散状态和扰动程度平缓地加大，床层的上界面较为清晰。 （1）散式流化床：两相密度差小的系统趋于散式流态化--液固体系 （2）聚式流化床：气固体系 乳化相（连续相、密相）空隙小固体浓度大的气固均匀混合物 气泡相（稀相）夹带着少量固体颗粒以气泡的形式通过床层的不连续相。 两种不正常现象 腾涌现象 沟流现象 散式流化床：液固体系 聚式流化床：气固体系 腾涌：高径比太大或气速过高，形成大气泡推动颗粒层 沟流：更易发生在大直径床中，气体短路。 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。在设计和操作流化床时应避免其发生。 聚式流化床的不正常现象 3.5.3 流化床的主要特性 液体样特性： 恒定的压力损失： 床层颗粒质量不变 床内流体质量变 又 整个床层受力平衡，即合力为零。 流化床的机械能衡算： 床层净重量 （重力－浮力） ＝常数 例3-3 图中表述了聚式流化床压降与流速的关系，请指出，①、②、③线段分别代表什么阶段，④和⑤分别代表什么现象？  ①，②，③分别代表固定床、流化床、输送床阶段；④、⑤分别代表沟流和腾涌现象。 画图并说明流化床的压力损失与气速的关系 在流态化阶段，流体通过床层的压力损失等于流化床中全部颗粒的净重力。AB段为固定床阶段，由于流体在此阶段流速较低，颗粒较细时常处于层流状态，压力损失与表观速度的一次放成正比，因此该段为斜率为1的直线。A’B’段表示从流化床恢复到固定床时的压力损失变化关系；由于颗粒从逐渐减慢的上升气流中落下所形成的床层比随机装填的要疏松一些，导致压力损失也小一些，BC段略向上倾斜是由于流体流过器壁及分布板时的阻力损失随气速增大而造成的。CD段向下倾斜，表示此时由于某些颗粒开始为上升气流所带走，床内颗粒量减少，平衡颗粒重力所需的压力自然不断下降，直至颗粒全部被带走。 流化床的空隙率随流体表观速度的增大而变化，能维持流化床状态的表观速度有一个范围。 流化床操作的流体速度原则上要大于起始流化速度 （按平均颗粒直径定出），又要小于带出速度 （按不希望被带出的最小颗粒直径定出）。 （1）起始流化速度（临界或最小流化速度） 是固定床到流化床的转折点，图中的B点。可通过固定床与流化床的压力损失线的交点决定，由实验测定，也可估算。 适用：起始流化雷诺数 偏差约达 3.5.4 流化床的操作流速范围 （2）带出速度 等于指定粒径颗粒的沉降速度，层流时有： （3）流化床的流速操作范围 可用 的值表示，理想情况下： 较小颗粒， 例3-5：某流化床在常压，20°C下操作，固体颗粒群的直径范围为50—175 微米，平均颗粒直径为98微米，其中直径大于60微米的颗粒不能被带出，试求流化床的初始流化速度和带出速度？ 其他已知条件为：固体密度为1000kg/m3,颗粒的球形度为1，初始流化时，床层的孔隙率为0.4. 20°C的空气粘度为0.0181mPa.S,密度为1.205kg/m3 允许最小气速就是用平均直径计算的 (1)假设颗粒的雷诺数Re20，由式⑥可以写出其