颗粒物料临界速度和沉降速度的工程计算

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1、万方数据碗磷设计与粉体工程2009年第5期SP&BMHRELATEDENGINEERING·1·1概述颗粒物料临界速度和沉降速度的工程计算丁德承(南京三普造粒装备有限公司，江苏南京210041)摘要：在流化床干燥器(或冷却器)、气流干燥器、流化床吸收器、流化床反应器及气力输送等的工程设计中，颗粒物料的临界速度、沉降速度是主要的工艺参数，计算公式多，但这些公式的局限性较大。介绍了临界速度、沉降速度和操作速度的常用计算公式和计算实例，认为用普拉诺夫斯基修正式进行工程计算不需要进行区间判断，适用于床层孔隙率s=0．4一1．O的任何场合。关键词：流态化+颗粒物料；临界速

2、度；沉降速度；工程计算；建议中图分类号：TQ028．015文献标识码：B文章编号：1009—1904(2009)05—0001—07颗粒物料临界速度和沉降速度的工程计算，广泛用于固体物料(或液滴)的流化床干燥器、流化床冷却器、气流干燥器、流化床吸收器(湍球塔吸收器)及流化床反应器等设备的工艺计算。流化床干燥器和气流干燥器的流体力学范围仅限于气固两相，而流化床吸收器的流体力学范围牵涉到气、液、固三相，其工艺计算更为复杂。颗粒物料临界速度是物料从固定床向流化床过渡的起始速度，即通常所谓的从床层孔隙率占由0．4向大于0．4过渡时的速度。大于l临界速度小于沉降速度就是流

3、态化速度，此时床层孔隙率占=0．55—0．75。占=0．4时的临界速度和8=0．55—0．75时的流态化速度之比值称流态化数鼠。喷动床的床层孔隙率占=0．75—0．95。沉降速度是使用范围很广的一种速度，此时床层孔隙率占一1。颗粒物料(或液滴)在自由空间及有限空间内沉降速度的计算，对于气流干燥器操作速度的选定，流化床干燥器(或冷却器)、流化床反应器上部颗粒物料扬析及带出，气力输送装置中管道速度的确定，除沫器分离空间尺寸的确定是一个基本参数。极为重要。2临界速度在做完了沸腾干燥器物料衡算和热量平衡之后，动力学计算的第一步就是确定被干燥物料粒子的临界速度。在超过半个

4、世纪的时间里，各国学者曾提出了超过70个计算颗粒物料临界速度的公式。但是，由于实验条件限制在一定范围内，这些公式应用范围的局限性较大。现把工程上常用的计算公式汇集如下。1、M．李伐提出的公式G：o．00923d1．32盥≮掣竖(1)p式中：卜颗粒物料的质量流速，ks／(n12·s)；卜粒子平均直径，nl；p。——粒子密度，ks／n13；以——气体密度，ks／m3；r气体动力黏度，Pa·s即ks／(s·m)。当如大于10时，式(1)要引入修正系数K，其值可按图1确定。如果粒子平均直径d=1／∑(xi／di)时，则式(1)对于多分散颗粒物料也具有足够的精确性。2、O

5、．M．托杰斯关系式＼、＼、＼＼、＼、、5010050010005000Re／1图1Re数与修正系数J

6、f的关系∽瞄％¨眈o万方数据·2·硫磷设计与粉体工程SP＆BMHRELATEDENGlNEERING2009年第5期O．M．托杰斯关系式常在杂乱填平、固定床孔隙率占=0．4时用。Hk。=Rekp∥d(2)Rek。=Ar／(1400+5．22徊r)(3)Ar=d3(P。一P。)g／(tJ2p。)(4)式中：u。。——颗粒物料l临界速度，m／s；舶k。——临界雷诺数，1；t，——气体运动黏度，m2／s；Ar——阿基米德数，l；r重力加速度，g=9．8lm／s2。3、

7、图解法这是工程计算上比较简捷的计算方法，也是目前被广泛采用的。它由兀．B．李森科提出，并把如3与加之比称为李森科数(巧)，即Ly=Re3／Ar，并由图2⋯求得。图中分别列出了8为O．4，0．5，0．6，0．7，0．8，0．9，1．O的曲线(实线)；直线1为李森科数(如)最佳值；曲线2为速度最佳值；曲线(虚线)3，4间的范围为沸腾干燥器的操作区。图2李森科数母与阿基米德数Ar之关系万方数据2009年第5期丁德承．颗粒物料临界速度和沉降速度的工程计算·3·MkD=7tyo蜀o。／g(5)4、通用关联式近来n．r．罗曼科夫等对文献上已经发表的计算颗粒物料流态化临界速度

8、的公式归纳整理后得出了通用关联式：“。，／Ⅱ沉降=0．1175一丁jIf毛粉(6)式中，Ⅱ沉降为颗粒物料的沉降速度，m／s。式(6)是对固定床孔隙率s=0．40一O．41而言。但实际上，固定床的孔隙率占值可能在0．35—0．45，那时候式中的0．1175值将为另一个值所代替。此值与占之关系，可由表1查出。表1中A、曰值随Mkp／“沉降而异，当Ar>106时，取ukp／u沉降=A；当Ar<106时，取“k。／u沉降=B。表1系数A和口与固定层孔隙率的关系15、普拉诺夫斯基通用公式Re-鱼等掣㈣式中：如——粒子形状修正系数，1；r床层孔隙率，1。式(7)对于8=0．

9、4～1．0范围都是适用的