固体流态化课件.ppt

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1、第三节   固体流态化一、概述二、床层的流态化过程三、流化床的类似液体的特性四、流体通过流化床的阻力五、流化床的操作范围六、流化床的主要特点七、流化床的高度与直径八、气力输送简介一、概述固体流态化：流体以一定的流速通过固体颗粒组成的床层时，可将大量固体颗粒悬浮于流动的流体中，颗粒在流体作用下上下翻滚，类似于液体的沸腾。这种状态称为固体流态化。简单来说，固体流态化就是固体物质流体化。流态化技术是近50多年发展起来的一种新技术，设备结构简单、生产强度大、易于实现连续化、自动化操作。该技术在食品工业中，主要用于加热

2、（Heating）、冷却(Cooling)、冷冻(Freezing)、干燥(Drying/Dehydration)、混合(Mixing)、造粒(Granulation)、浸出(Extraction)、洗涤(Scrubbing/Cleaning/Washing)等方面。固体流态化的优点1、颗粒流动平稳，类似液体，可实现连续、自动控制；2、固体颗粒混合迅速，整个流化床内处于等温状态；3、流体与颗粒之间的传热和传质速率高；4、整个床层与浸没物体之间传热速率高。二、床层的流态化过程在垂直装填有固体颗粒的床层中，流体自下而上通

3、过颗粒床层，随着流速从小到大变化，床层将出现下述三种不同的状态，如下图所示。(一)流态化现象a.固定床；b-c-d.流化床；e.气力输送(1)固定床阶段特点：通过床层的流速低；颗粒受的曳力小，颗粒之间紧密相接，静止不动；床层高度不变；u↑，流体通过床层的阻力↑，其关系可以用欧根公式表示，如图(a)。(2)流化床阶段特点：当u↑一定值时，(颗粒的)曳力接近净重力（重力减去浮力），或者流体通过床层的阻力接近单位截面床层的重量时，颗粒开始浮动，但仍未脱离原来的位置，如图(b)。在此状态时，u稍稍↑，颗粒便互相离开，床层的高

4、度也会有所提高，则这时的状态称为起始流化状态或临界流化状态，对应的流速称为起始流化速度(umf)或最小流化速度。在临界流化状态时，继续↑u，则颗粒间的距离增大，颗粒作剧烈的随机运动，这个阶段称为流化床阶段(沸腾床)。在流化床阶段，随流体空床流速的增加，床层高度增高，床层的空隙率也增大，使颗粒间的流体流速保持不变；此时床层空隙中的流速=颗粒的沉降速度，同时床层的阻力几乎保持不变，等于单位截面床层的重量。流化床阶段还有一个特点是床层有明显的上界面，如图(c、d)所示。(3)气力（或液力）输送阶段特点：当流体流速（空塔速度

5、u）=颗粒的沉降速度时，颗粒被流体带出器外，床层的上界面消失，此时的流速称为流化床的带出速度，流速高于带出速度后，为流体输送阶段，如图(e)所示。(二)两种不同的流化形式（1）散式流化（液-固系统）固体颗粒均匀地分散在流化介质中，亦称均匀流化或理想流化。特点：a在流化过程中有一个明显的临界流态化点和临界流化速度；b流化床层的压降为一常数：c床层有一个平稳的上界面；d流态化床层的空隙率在任何流速下都有一个代表性的均匀值。不因床层内的位置而变化。通常两相密度差小的系统趋向散式流化，故大多数液-固流化属于“散式流化”。（2

6、）聚式流化（气-固系统）通常两相密度差较大的系统趋向于聚式流化。如气固系统往往成为聚式流化。聚式流化床一般存在两相：连续相：是由空隙小，而固体浓度大的气固均匀混合物构成。气泡相：是夹带有少量固体颗粒而以气泡形式通过床层的不连续相。特点：床层内各点处不再处处相等，床层无稳定的上界面，上界面以某种频率作上下波动，床层压降也随之作相应波动。判断流化形式（散式或聚式流化）的依据：弗鲁特准数三、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。(1)密度比床层密度小的

7、物体能浮在床层的上面，见图(a)；(2)床层倾斜，床层表面仍能保持水平，见图(b)；(3)床层中任意两截面间的压差可用静力学关系式表示(△p=ρgL,其中ρ和L分别为床层的密度和高度)，见图©；(4)有流动性，颗粒能像液体一样从器壁小孔流出，见图(d)）；(5)联通两个高度不同的床层时，床层能自动调整平衡，见图(e)。利用流化床的这种似液性，可以设计出不同的流-固接触方式，易于实现过程的连续化与自动化。四、流体通过流化床的阻力流体通过颗粒床层的阻力与流体表观流速（空床流速）之间的关系可由实验测得。下图是以空气通过砂粒

8、堆积的床层测得的床层阻力与空床气速之间的关系。由图可见，最初流体速度较小时，床层内固体颗粒静止不动，属固定床阶段，在此阶段，床层阻力与流体速度间的关系符合欧根方程；当流体速度达到最小流化速度后，床层处于流化床阶段，在此阶段，床层阻力基本上保持恒定。作为近似计算，可以认为流化颗粒所受的总曳力与颗粒所受的净重力（重力与浮力之差）相等，而总曳力等于流