第三章沉降过滤及流态化分解.ppt

3. 流化床的类似液体的特性 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。 图3-21 流化床的液体特性 4. 流化床的主要特点 (1) 流化床中的两相流动 床内各处温度或浓度均匀一致，避免局部过热。但传热、传质推动力下降。 原因:在同一截面各处流体速度不完全相同，颗粒总是上下作往复循环运动；同时还作杂乱无章的不规则运动。流化床内部分流体也有相应的循环和混合现象。 (2) 流化床有类似液体的特点 流化床具有类似液体的流动性，故使操作易于实现连续化与自动化。 (3) 流化床的不正常现象 沟流现象 在大直径床层中，由于颗粒堆积不匀或气体初始分布不良，可在床内局部地方形成沟流。此时，大量气体经过局部地区的沟道上升，如图示，而床层的其余部分处于固定床状态而未被流化。 △p ～ u的关系为△p 低于单位面积上的净重力。沟流现象的出现主要与颗粒的特性和气体分布板有关。颗粒过细、密度过大，易于黏结的颗粒，以及气体在分布板的初始分布不均匀，都宜引起沟流。 沟流现象 图3-22 床层发生沟流后的△p ～ u关系 节涌现象(腾涌现象) 床高：床径的比值（长径比）过大（床层为细长形），或气速过高时导致小气泡合并成大气泡的现象； 当气泡直径=床层直径时，则床层被形成相互间隔的气泡与颗粒层； 颗粒层被气泡向上推动，到达上部后气泡崩裂，而颗粒又分散下落，这种现象称为节涌现象。如图3-23所示： 图3-23 节涌（腾涌） 出现节涌现象时，由于颗粒层与器壁的摩擦造成压强降大于理论值，而气泡破裂值又低于理论值，因而 △p ～ u图上表现为△p在理论值附近作大幅度的波动，如图所示： 床层发生节涌现象时，气固两相接触不良，且使容器受颗粒磨损加剧，同时引起设备振动。 防止节涌现象的措施：实际操作中应采用适宜的床层高度/床径之比值，以及适宜的操作气速。 图3-24 床层发生节涌后的 △p ～ u关系 二、流化床的流体力学 1. 流化床的压降 忽略床层与器壁的摩擦阻力，在垂直方向上，作用在床层上有三个力： ①重力↓，②浮力↑，③推力↑。 三力平衡： 式中：L，A——床层的高度和截面积； ε——床层空隙率。 床层压降为： 若流化介质为气体，则 即对气体流化床有： 式中：m——床中固体颗粒的总质量，kg。 显然，在流化床阶段，流体通过床层的压降为定值。 流体通过床层的压降(压力降)ΔP与空塔速度u的关系如下图所示： 图3-25 △p ～ u关系 AB段为固定床阶段，Δp与u在对数坐标上成直线关系；BC段为流化床阶段，Δp基本不变；CD段为气力输送阶段，气体流速到达带出速度时，颗粒被带走，床层的空隙率快速增大，因而气体流动的压降随之骤然下降。如果床内出现不良现象（节涌、沟流），通过床的压降将会波动。 2.临界流化速度 临界流化速度（最小流化速度）umf 临界流化速度与空床雷诺数等有关。下面介绍几个umf的计算式： ①当 Re≤20时②当 Re≥1000时 ③ 0Re∞，有：式中：de——颗粒的平均粒径，m； ρ，μ——流体的物性。注意，求umf最可靠的方法是实验的方法，见下例题。 【例 3-8】某气、固流化床反应器在350℃、压强1.52×105 Pa条件下操作。此时气体的黏度为μ=3.13×10-5 Pa.s，密度=0.85kg/m3，催化剂颗粒直径为0.45 mm，密度为1200 kg/m3。为确定其临界流化速度，现用该催化剂颗粒及30 ℃、常压下的空气进行流化实验，测得临界流化速度为0.049 m/s，求操作状态下的临界流化速度。 解：查得30 ℃、常压下的空气的黏度和密度分别为：μ′=1.86×10-5 Pa·s，密度ρ′=1.17 kg/m3实验条件下的雷诺数 由 得：  3.最大流化速度和流化操作速度 最大流化速度=颗粒的沉降速度ut 一般食品的悬浮速度（颗粒的沉降速度）见表3-3。 下面介绍几个 ut 的计算式：①球形颗粒，且Re 0.4时 当Re0.4，则可按教材图3-26所示的校正系数对ut进行修正。 ②对于非球形颗粒，还要乘以如下的校正系数C 注意：在计算umf 时，颗粒直径取床层中实际颗粒粒度分布的平均直径，而计算 ut 时须用具有相当数量的最小颗粒的粒度。 操作弹性： ut/umf 比值的大小。 对于细颗粒，Re0.4， 有