西北大学：《化工原理》课程教学资源（课件讲稿）固体流态化技术

西北大学化工原理课件 第四节固体流态化技术 一、流化床的基本概念 固体流态化是一种使流体与固体颗粒接触并使整个流—固 系统具有流体性质的技术。广泛应用于：颗粒物料的加热、干 燥、混合、浸取、缎烧、输送及反应过程。 反应气 标准流化床 (乙烯氧氯化反应器) 冷剂 C22 HCL 空气

1 西北大学化工原理课件 一、流化床的基本概念 第四节 固体流态化技术 固体流态化技术 固体流态化是一种使流体与固体颗粒接触并使整个流 — 固 系统具有流体性质的技术。广泛应用于：颗粒物料的加热、干 燥、混合、浸取、煅烧、输送及反应过程

西北大学化工原理课件 流态化是一种使固体颗粒通过与流体接触而转变成类似于 流体状态的操作。 当流体自下而上地流过颗粒层，则根据流速的不同，会出 现下面三种不同的情况： (a)固定床 b)流化床 (c)气力输送 流态化的三个过程 2

2 西北大学化工原理课件 流态化是一种使固体颗粒通过与流体接触而转变成类似于 流体状态的操作。 当流体自下而上地流过颗粒层，则根据流速的不同，会出 现下面三种不同的情况： (a)固定床 (b)流化床 (c)气力输送 流态化的三个过程

西北大学化工原理课件 1.流化床 流化床在不同气速下的状态-固定床 ①固定床阶段 如果流体通过床层的表观速 度（即空塔速度）加较低，颗粒空 隙中流体的实际流速u<山，则 颗粒基本静止，颗粒层为固定 床。则理论最大表观速度： Umax=Ut 8 ↑气体

3 西北大学化工原理课件 1.流化床 如果流体通过床层的表观速 度 (即空塔速度)u较低，颗粒空 隙中流体的实际流速 u 1<u t，则 颗粒基本静止，颗粒层为固定 床。则理论最大表观速度： umax=u t ε ① 固定床阶段

西北大学化工原理课件 ②流化床阶段 流化床在不同气速下的状态-流化床 如果流体通过床层的表观速 度山大于固定床阶段的最大表观 速度umax,流体通过颗粒空隙的 实际流速u>山，此时床层内颗 粒将“浮起”，颗粒层“膨胀”，称 为流化床。此时床层内流体的实 际流速山与与表观速度山的关系 可表示为： u 41= E ↑气体

4 西北大学化工原理课件 如果流体通过床层的表观速 度 u大于固定床阶段的最大表观 速度 umax，流体通过颗粒空隙的 实际流速 u 1>u t，此时床层内颗 粒将 “浮起 ”，颗粒层 “膨胀 ”，称 为流化床。此时床层内流体的实 际流速 u 1与与表观速度 u的关系 可表示为： ② 流化床阶段 1 u u ε =

西北大学化工原理课件 3 颗粒输送阶段 流化床在不同气速下的状态-流体输送 如果继续提高流体的表观速度 u,使真实速度u>u,则颗粒将被 气流所带走，此时床层上界面消 失，这种状态称为颗粒输送阶段。 依据此原理，可实现气力和液力输 送。 2.广义流化与狭义流化 狭义流态化 u=u阶段； 广义流态化 各种非固床 的流一固系统，包括载流床和气力 输送。 气体

5 西北大学化工原理课件 ③ 颗粒输送阶段 如果继续提高流体的表观速度 u，使真实速度 u1>ut，则颗粒将被 气流所带走，此时床层上界面消 失，这种状态称为颗粒输送阶段。 依据此原理，可实现气力和液力输 送。 2. 广义流化与狭义流化 狭义流态化———u 1=u t 阶段； 广义流态化———各种非固床 的流 —固系统，包括载流床和气力 输送

西北大学化工原理课件 二、 实际的流化现象 按照流体和颗粒的运动状况分类： 1.散式流化 一 般发生在液一固系统，当表观流速接近临界值um时， 发生流化现象，将u称为起始流化速度。此种流化床的上界 面比较清晰，散式流化床比较接近理想流化床。 2.聚式流化 般发生在气一固系统，当表观流速超过um而开始流化 后，床内出现一些空穴，气体将会优先穿过各个空穴至床层顶 部逸出。聚式流化界面有频繁的起伏波动，界面以上的空间也 会有部分固体颗粒，与理想流化床偏离较大。 6

6 西北大学化工原理课件 二、实际的流化现象 按照流体和颗粒的运动状况分类： 一般发生在液 —固系统，当表观流速接近临界值 umf时， 发生流化现象，将 umf称为起始流化速度。此种流化床的上界 面比较清晰，散式流化床比较接近理想流化床。 1. 散式流化 2. 聚式流化 一般发生在气 —固系统，当表观流速超过 umf而开始流化 后，床内出现一些空穴，气体将会优先穿过各个空穴至床层顶 部逸出。聚式流化界面有频繁的起伏波动，界面以上的空间也 会有部分固体颗粒，与理想流化床偏离较大

西北大学化工原理课件 三、流化床的主要特征 1.液体样特征 ①无定形，随容器的形状变化，有一定的上界面； ②如将小于床层密度的物体放入，此物体将浮在表面上； ③当容器倾斜时，床层上界面保持水平； ④两个床层连通时，其床面自动调整到同一水平面上； ⑤床层任意两截面间的压强变化等于这两截面间单位面积 上床层的重力； ⑥流化床与液体一样具有流动性

7 西北大学化工原理课件 三、流化床的主要特征 1. 液体样特征 ①无定形，随容器的形状变化，有一定的上界面； ②如将小于床层密度的物体放入，此物体将浮在表面上； ③当容器倾斜时，床层上界面保持水平； ④两个床层连通时，其床面自动调整到同一水平面上； ⑤床层任意两截面间的压强变化等于这两截面间单位面积 上床层的重力； ⑥流化床与液体一样具有流动性

西北大学化工原理课件 帝心大习 释物裤浮起 表面保持水平 床拉平 (a) (e3 固体颗粒目 孔中喷出 图5-24流化床的液体样特征 8

8 西北大学化工原理课件 图5-24 流化床的液体样特征

西北大学化工原理课件 - 2.固体充分混合 床内c、很快达到均一一 主要优点 3.气流不均匀分布和气-固不均匀接触 ①腾涌或节涌 颗粒层象活塞那样被气泡向上推动，在达到 床层上界面后气泡崩裂，颗粒分散下落，这种现 象称为腾涌现象。 动画演示 a.圆顶满涌 b.平顶腾桶 ②沟流 沟流是指气体通过床层时形成短路。发生沟流 图5-25 腾涌现象 现象时，床层内密度分布不均，且气体不能充分与 颗粒接触，使传质、传热等工艺条件恶化。 9

9 西北大学化工原理课件 ② 沟流 床内 c 、 t很快达到均一 ———主要优点 2. 固体充分混合 3. 气流不均匀分布和气 -固不均匀接触 ① 腾涌或节涌 颗粒层象活塞那样被气泡向上推动，在达到 床层上界面后气泡崩裂，颗粒分散下落，这种现 象称为腾涌现象。 沟流是指气体通过床层时形成短路。发生沟流 现象时，床层内密度分布不均，且气体不能充分与 颗粒接触，使传质、传热等工艺条件恶化。 动画演示

西北大学化工原理课件 - 南心大军 沟流示意动画一贯穿沟流 沟流示意动画-局部沟流 ↑气体 ↑气体 10

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