化工原理讲稿(中国石油大学)固体流态化.ppt

实验五 固体流态化实验 一、实验目的： 观察散式和聚式流态化现象； 二、实验装置： 实验五 固体流态化实验 思考题 1.什么是固体流态化？其优点是什么？ 2.什么是固定床？什么是流化床？ 3. 什么是聚式流态化？什么是散式流态化？ 4.流化床的主要特性？气-固流化床中的两种不正常操作现象是什么？ 5.流化床的操作范围是什么？ 第四章 固体流态化和气力输送 第一节 概述 第二节 固体流态化 第三节 气力输送 第一节 概 述 固体流态化 将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有类似流体的某些表观特性，这种流固接触状态称固体流态化。 1942年美国成功地将流态化技术应用到石油加工工业的催化反应上，使催化裂化由间歇操作变为连续操作，大大提高了设备的生产能力，以后又在石油化工、冶金及原子能工业等部门应用范围日益扩大，已成为我国石油加工工业部门中的重要技术。 高低并列提升管催化裂化装置 优点： 颗粒剧烈搅拌，床层各部分温度均匀，避免了局部过热； 流化层中常用20～100μm的粒子，因此床层中固体或气体与固体的接触表面积大，利于传热、传质速率的提高； 床层中颗粒的运动犹如流体，易于从装置输入和输出，使过程连续化； 第一节 概 述 缺点： 粒子搅拌剧烈，无法保证流体与粒子间的逆流接触及轴向的温度与浓度梯度，对传质、传热及化学反应不利； 由于床中粒子的混合作用，无法将新鲜粒子与失活粒子完全分开； 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，同时要求具有较高效率的除尘设备； 流化床反应器中流体流速与固体粒子性质有关，许可变化范围较窄。 第一节 概 述 第二节 固体流态化(Fluidization) 一、流化床的不同阶段 ⒈固定床阶段： 空床气速（表观速度）u 低； 实际流速um＜沉降速度ut ； 颗粒静止不动，床层高度不变 ⒉流化床阶段： 表观速度u ↑ →曳力＞重力，床层开始流化→床层空隙率ε↑； 实际流速um = 颗粒沉降速度ut 时，颗粒悬浮于流体中，形成流化床； 颗粒彼此脱离，做不规则运动，但不脱离床层，床层有明显上界面。 第二节 固体流态化(Fluidization) 流化床存在的基础是大量颗粒的群居。群居的大量颗粒通过床层 的膨胀调整空隙率，从而在一个相当宽的气速范围内悬浮于气流之中，这是流化床能够存在的物理基础。 ⒊颗粒输送阶段： 实际速度um ＞颗粒沉降速度ut， 颗粒被带出 ─气力输送阶段 第二节 固体流态化(Fluidization) 二、流化床的流化类型 ⒈散式流态化（Particulate fluidization） 特征：颗粒分散均匀，随流速增加床层均匀膨胀，床内空隙率均匀增加，床层上界面平稳，压降稳定、波动很小。 一般流-固两相密度差较小的体系呈现散式流态化特征，如液-固流化床。 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) 鼓泡 流态化 聚式与散式流态化的判断： 气-固流态化与液-固流态化并不是区分聚式与散式流态化的唯一依据，在一定的条件下气-固床可以呈现散式流态化(密度小的颗粒在高压气体中流化)或者液-固床呈现聚式流态化(重金属颗粒在水中流化)行为。 第二节 固体流态化(Fluidization) 散式流态化 聚式流态化 临界流化条件下的弗鲁德数 根据流-固两相的性质及流化床稳定性理论，B.Bomero 和I.N.Johanson 提出了如下的准数群判据： 第二节 固体流态化(Fluidization) 临界流化床层高度，D 为床层直径 临界流化条件下颗粒的雷诺数 三、流化床的主要特性 ⒈类似于液体的特性： 轻物浮起 床面 呈水平 压强符合流体静力学 流动性 连通床面趋于水平 第二节 固体流态化(Fluidization) ⒉固体颗粒剧烈运动与迅速混合： ⒊强烈的碰撞与摩擦： 固体颗粒上升，必有等量颗粒下降，使颗粒均匀混合，但导致停留时间不均，固体产品的质量不均； 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) ⒋气流的不均匀分布与气固床层的不均匀接触—聚式流化床的不正常操作 沟流： 床层中出现气沟； 床层部分流化，部分形成“死床”； 气体与颗粒不能良好接触， 工艺过程严重恶