吉林大学食品工程原理第三章分解.ppt

第三章 流态化和气力输送 如果流体通过固定床流动时的流速增加而且超过某一限度时，床层就要浮起，此时床层将具有许多固定床所没有的特性，这就是流化床。这种现象称为流化态现象。 而当流体速度达到颗粒的沉降速度以后，稳定的颗粒床层将不再存在，固体颗粒将被气流带出，称为气力输送。 第一节 固体流态化 固体流态化技术，或称沸腾床技术，是一种微粒固体与气体或液体接触而转变成类似流体状态的操作。 在食品工业中，流态化技术主要用于加热、速冻、干燥、混合、造粒、浸出、洗涤等各方面。 （三）密相流态化和稀相流态化 在流化时，只要床层有一个清晰地上界面，气体和液体流化床都可以认为是密相流化床。 当流速高到足以超过固体颗粒的极限速度时，床层上界面也就消失，固体颗粒随流体从床层中带出。这种情况称为呈气力输送现象的稀相流化床。 （四）流化床中常见的不正常现象——沟流和腾涌 1.沟流状态 ① 现象：气体通过床层时形成短路，床层内密度分布不均匀，气、固接触不良，部分床层变成死床。 ② 原因：与颗粒的特性、堆积情况、床层直径及气体分布板有关。 ③ 发生沟流现象时，床层阻力较正常值低。 二、流化床的流体力学 （一）流化床的压降 流化床阶段，近似认为颗粒处于动态平衡。 重力=浮力+流体阻力 △p=Lmf(1 – εmf )(ρs – ρf )g （三）最大流化速度和流化操作速度 最大流化速度是流化床操作中流体速度的上限。在数值上等于颗粒的沉降速度。 up= uf – ut uf —— 垂直向上的速度 ut ——沉降速度 挡板的缺点 挡板虽然有提高流化效果的作用，但它阻止了颗粒的纵向混合，使颗粒沿床层高度产生分级，并使床层纵向温度梯度增大。为此，可将挡板或挡网的直径做得比床径小些，使颗粒在环隙内构成纵向循环。 固体流化态的优点 1.颗粒流动平稳，类似液体，故可实现连续自动控制； 2.固体颗粒迅速混合，使整个流化床内处于等温状态； 3.流体和颗粒之间的传热和传质速率较其它接触方式为高。 4.整个床层与浸没物体之间的传热速率高。 第二节 气力输送 固体颗粒床层的流化态过程中，当流体速度增大到等于或大于固体颗粒的带出速度时，则颗粒在流体中就形成悬浮状态的稀相，颗粒将随同流体一起从流化床中带出，此后的阶段称为气力输送阶段或水力输送阶段。 一、气力输送的原理和基本概念 气力输送的原理，主要是利用空气的动力作用，物料在空气动力作用下被悬浮而后被输送。 （一）颗粒在垂直管中和水平管中的悬浮 垂直管：一种是颗粒本身的重力与气体浮力之差，此力力图使颗粒作向下运动；另一种是气体对颗粒所产生的力，此力迫使颗粒上升。当此两力成平衡时，颗粒就悬浮在某一高度，并与管壁相脱离。 水平管 由于气流运动方向与颗粒的重力方向相垂直，其悬浮运动就很复杂。 （1）气流为湍流，气体在垂直方向的分速度产生垂直向上的力，颗粒在此作用下悬浮； （2）气流沿管截面存在速度分布，管中心处速度最大，愈靠近管壁，速度愈低。由于气流的速度梯度，颗粒存在着旋转。根据玛格纽斯效应，逆气流方向的一侧方所受的压强高于顺气流一侧方的压强，管中下部的颗粒在此压强下被悬浮； 二、气力输送系统的组成 （一）气力输送的输料管路 气力输送是通过管道来输送物料，是气固系统的双相流动。 双向流动特点： 1.气体的湍流程度以及系统的总压降都会因固体的存在而增加。 2.由于颗粒之间的碰撞摩擦，可能产生颗粒的破损。 3.在某种条件下，颗粒聚集并堵塞管路。 4.颗粒与管壁的摩擦可能产生静电效应。 气力输送的优点： ① 系统密闭，可避免物料飞扬，减少物料损失，改善劳动条件； ② 输送管线受地形与设备设置的限制小； ③ 输送的同时易于进行物料的干燥、加热、冷却等操作； ④ 设备紧凑，易于实现过程的连续化与自动化。 气力输送的缺点： ① 动力消耗大、颗粒尺寸受一定限制； ② 在输送过程中颗粒易破碎； ③ 管壁受到磨损； ④ 不适用于含水量大、有粘附性或高速运动时易产生静电的物料。 （3）由于颗粒形状的不规 则，气流推力在垂直方向上 产生分力，使颗粒悬浮； （4）颗粒间的相互碰撞 或颗粒与管壁间的碰撞， 使颗粒跳跃，或受到反作 用力在垂直方向上的分 力的作用，使颗粒悬浮。 悬浮流 底密流