刘云宏流化床、气力输送、均质、乳化

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1、食品工程原理主讲：刘云宏UnitOperationsinFoodEngineering第二节流态化和气力输送一、流态化现象（一）流体流过颗粒床层的三个阶段1．固定床状态2．流化床状态3．气力（或水力）输送状态固定床流化床气力输送1、固定床阶段流体速度很小时，固体颗粒静止不动，流体从颗粒间的缝隙中穿过。2、流化床阶段固定床操作到C点后，床层状态开始发生质变，颗粒开始悬浮于流体中，床层颗粒往各个方向做不规则运动，并且具有与流体同样的流动性，称为流态化状态。如果流化操作至D点后继续增大流速，则固体颗粒随同流体一起从流化管中带出。3、气力（或水力）输送阶段理想情况下的Dp-u关系实际情况

2、下的Dp-u关系（1）存在一个“驼峰”BCD，原因：初始时颗粒排列紧密（2）DE线右端向上倾斜，原因：颗粒间碰撞和颗粒与器壁摩擦引起的损失（3）有波动（气固系统），原因：气泡运动、破裂（二）流化床的主要特征（1）流化床具有类似于液体的性质。（2）固体颗粒处于悬浮状态，并作不停的剧烈运动。颗粒得到强烈的混合，传热和传质均非常迅速。（3）颗粒间和颗粒与器壁间产生强烈的碰撞和摩擦，颗粒可能因碰撞而破碎，器壁会磨损，流动阻力增加。（4）小颗粒比大颗粒更容易流态化。（5）在气——固流化床中，由于气泡的运动，气体与颗粒的接触时间是不均匀的。以气泡形式通过床层的气体，其接触时间较短，而乳化相中

3、的气体与颗粒的接触时间较长。（三）聚式和散式流态化在液-固系统，当流速增大到临界流化速度以上时，床层就平稳而逐渐的膨胀，空隙率逐渐变大。散式流态化液体是均匀而稳定的从固定颗粒的间隙中穿过，而固定颗粒是彼此散开的。床层比较均匀，床层具有稳定的上界面，在极限速度未到达之前，压力降基本保持不变。这样的床层称为散式流化床或平稳流化床。这种现象，称为散式流态化。散式流态化聚式流态化流化床没有一个稳定的上界面，界面以每秒数次的效率上下波动，压力降也随之波动。从现象来看，出现一部分气体以“鼓泡”高速流经床层。穿过床层的鼓泡到达床面后即破裂，并向上溅起固体颗粒。另外，床层中的固体颗粒也产生激烈的

4、运动，发生颗粒间的混合和搅拌作用。特别是在更高气速下，运动变得更为活跃。这种床层称为聚式流化床，或称鼓泡流化床，上述现象称为聚式流态化。聚式流态化只要床层有一个清晰的上界面，气体和液体流化床都可以认为是密相流化床，但是流速高到足以超过固体颗粒的极限速度时，床层的上截面也就消失，并可以观察到夹带现象，固体颗粒随流体从床层中带出。这种现象称稀相流化床。密相流态化和稀相流态化稀相区气泡密相区固定床临界流化床散式流化床聚式流化床输送床（四）沟流和腾涌1．沟流流体通过床层时分布不均匀，有大量流体没有与固体颗粒很好地接触就通过床层。在有沟流的床层中，压降始终低于Dp，其差值表示沟流的严重程度

5、。造成沟流的原因主要是气体分布不均匀、气速过小、粒度过细、密度过大等，其中分布板的合理与否特别重要。2．腾涌腾涌状态主要发生在气—固流化床中。如果床层高度与直径之比过大，气速过高时，就会产生气泡的相互聚合，形成大气泡。当气泡直径长大到与床径相等时，就将床层分成几段，成为一段气泡一段颗粒层的相互间隔，颗粒层被气泡向上推动，到达上部后气泡破裂引起部分颗粒分散下落，这就是腾涌现象。二、流化床的主要特性（一）流化床的压降当固体颗粒床操作的流速达到临界流化速度umf时，颗粒悬浮在流体中，与此相应的床层空隙率为emf。此时，重力、浮力和流体阻力互成平衡，即：Dp=Lmf(1-emf)(rs-

6、rf)g在临界点之后，压降Dp保持近似定值：Dp=Lmf(1-emf)(rs-rf)g=L(1-e)(rs-rf)gLmf(1-emf)g=L(1-e)（二）临界流化速度流体以层流流经固定床时的压降公式由欧根方程给出：在颗粒很小（Rep<20）时右边第二项可以忽略不计：对工业上的常见情形，(1-emf)/jA2emf3≈11当Rep>1000时，欧根方程的第一项可以忽略不计：更可靠的方法是做实验，测定临界流化速度。（三）最大流化速度和流化操作速度最大流化速度在数值上等于颗粒的沉降速度。如果Rep>0.4，则可按下图所示的校正系数对ut进行修正。如果颗粒为球形对于非球形颗粒还要乘以

7、如下的校正系数C：C=0.843lg(jA/0.065)ut/umf比值的大小可作为流化操作是否机动灵活的一项指标。对细颗粒，Rep<0.4：ut/umf=91.6对大颗粒，Rep>1000：ut/umf=8.72大颗粒的ut/umf比值较小，说明其操作灵活性较小颗粒为差。ut/umf之比值常在10：1和90：1之间。操作速度与临界流化速度之比称为流化数，即：K=u/umf[例4-5]具有某种粒度分布的面粉，其平均直径dp=200mm，密度rp=1400kg/m3。假设球形度jA