壓力流體固體流態化：將大量固體顆粒懸浮于運動的流體之中，從而使顆粒具有類似于流體的某些表觀特性，這種流固接觸狀態稱為固體流態化。5.4固體流態化技術2/4/20231第5章顆粒的沉降和固體流態化將大量固體顆粒懸浮于運動的流體之中，從而使顆粒具有類似于流體的某些表觀特性，這種流固接觸的狀態稱為固體流態化。這種床層稱為流化床。反應器、焙燒爐、干燥器等重力場中，顆粒處于流體介質中，顆粒與介質之間的相對速度ut

（設是層流狀態，并規定重力的方向為正。）與流體介質運動與否沒有關系。如果流體介質靜止，則顆粒垂直向下的運動速度就是ut

。5.4.1流化床的基本概念為什么顆粒能夠懸浮于流體中呢？這要從顆粒的沉降速度、流體的運動速度分析起。觀看錄像2/4/20232第5章顆粒的沉降和固體流態化如果顆粒鄰近的流體介質以方向向上的流速u1

運動起來，則顆粒的絕對速度（表觀速度）（以固定點為參照點）up(規定向上的方向為正）為u1ut顆粒空隙中流體的實際流速u1

。顆粒的絕對運動速度

up

，床層表觀流速u

，即空床流速。其關系：考察單位床層截面上流體的體積流量：流體空隙率即等于橫截面上空隙面積的分率。2/4/20233第5章顆粒的沉降和固體流態化（1）固定床階段如果流體介質靜止或者上升流速u1

，u1<ut隨著上升流體流量的增大，u1增大，當達到u1=ut時，顆粒的表觀速度up=0。當u1

稍微大于ut時，顆粒便會上升，發生由固定床向流化床的轉化。顆粒的直徑一定，在流體介質中的沉降速度ut

一定。2/4/20234第5章顆粒的沉降和固體流態化保持固定床狀態的最大空床氣速umax床層形態由固定床向流化床轉換的臨界條件：umax為維持固定床狀態的最大表觀氣速。起始流化速度：umf=umaxut如果是均一的顆粒，其ut

可以計算出2/4/20235第5章顆粒的沉降和固體流態化

當流體的空床流速u>umf時，則出現u1>ut,即up＞0，則顆粒向上運動。同時引起床層空隙率的改變（增加）。床內的顆粒將“浮起”，顆粒層將“膨脹”，床內空隙率ε增大。起始流化速度：umf=umax

此時u1=ut（2）流化床ut如為均勻顆粒，其ut

已知2/4/20236第5章顆粒的沉降和固體流態化出現暫時的顆粒回落現象，又出現床層空隙率減小。顆粒再次上升，床層又膨脹，空隙率再次增大。當床層膨脹到一定程度，空隙率穩定在某一數值上，空隙中流體的流速u1

穩定于顆粒的ut

時，顆粒懸浮于流體中，便形成了流化床。（2）流化床隨著流體流量的增加和空隙率的減小，又出現因此，在流化床的范圍內，每一個表觀氣速u對應一個空隙率，表觀氣速越大，空隙率也越大。只要顆粒懸浮狀態，表明流體通過空隙時的實際速度u1不變，始終為顆粒的ut

。2/4/20237第5章顆粒的沉降和固體流態化（2）流化床需要特別指出的是，流化床原則上應有一個明顯的上界面。在此界面之下的顆粒，u1=ut

。假設某個懸浮的顆粒由于某種原因離開了床層而進入界面以上的空間，在該空間中（ε=1.0）該顆粒的表觀速度u即為其真實速度u1

u=u1＜ut

故顆粒必然回落到界面上。流體由此可見，流化床存在的基礎是大量顆粒的群居。群居的大量顆粒可以通過床層的膨脹以調整空隙率，從而能夠在一個相當寬的表觀速度范圍內懸浮于流體之中。這就是流化床之可能存在的物理基礎。2/4/20238第5章顆粒的沉降和固體流態化很顯然，如果將流體的流量（流速）逐漸減小，則將由流化床轉化為固定床。如果流體（氣體）流量繼續增加，始終出現u1＞ut的關系，始終up＞0，則顆粒被帶出床外，此時，稱為顆粒輸送階段。此時的流體表觀速度u稱為帶出速度。在帶出狀態下床截面上的空隙率即認為是1.0，此時u=u1

。顯然，帶出速度u數值上等于ut

。據此原理，可以實現固體顆粒的氣力輸送或液力輸送。流化床的操作范圍：umf~ut

（3）顆粒輸送階段流體2/4/20239第5章顆粒的沉降和固體流態化5.4.2實際的流化現象散式流化聚式流化（鼓泡流化）兩類散式流化：一般發生于液—固系統床內固體顆粒充分混合，流化床的上界面清晰，接近于理想流化床。聚式流化：一般發生于氣—固系統當表觀氣速超過起始流化速度umf而開始流化后，床內出現一些空穴，氣體將優先取道穿過各個空穴至床層頂部逸出。由于“氣泡”在界面處破裂，床層上界面頻繁地起伏波動，界面以上的空間也會存在一定量的固體顆粒。流化床界面以上的區域稱為稀相區，流化床界面以下的區域稱為濃相區。2/4/202310第5章顆粒的沉降和固體流態化流體

5.4.3流化床的主要特性----恒定的總壓降流化床的橫截面積A,床層高度L，床內所有顆粒的質量m，顆粒的密度ρp流體的密度ρ，截面1的壓強P1

，截面2的壓強P2

。方向向上的力之和=方向向下的力之和如果忽略浮力特別注意：總床層高度上的壓降近似等于單位截面床內固體顆粒的重量，與流體速度無關，是定值。但是，單位床層高度上的壓降隨著流體速度增加而減小。總床層高度上的壓降2/4/202311第5章顆粒的沉降和固體流態化例5－4床層固存量的近似估計注意：在流化床的范圍內，隨著氣體速度的增加，床層高度L逐漸增加，盡管總床的壓降基本不變。但是，單位床層高度上的壓降是變化（減小）的。在某一各處均勻狀態的流化床中，2/4/202312第5章顆粒的沉降和固體流態化根據第4章中的歐根方程，對于小顆粒(Rep＜20）又可以利用固定床壓降的計算式（5-40）（1）流化床的壓降（2）固定床的壓降此時，床層壓降既符合固定床計算式，又符合流化床計算式。設流化床的床層高度為L，床層空隙率為ε，則此時，床層壓降既符合固定床計算式，又符合流化床計算式。5.4.4流化床的操作范圍1、起始流化速度umf2/4/202313第5章顆粒的沉降和固體流態化Xi----各種粒度的質量分數。2/4/202314第5章顆粒的沉降和固體流態化2/4/202315第5章顆粒的沉降和固體流態化起始流化速度umf

(5-42)式，最小帶出速度ut

，此速度范圍稱為流化速度范圍。流化床的實際操作速度與起始流化速度umf之比稱為流化數。P162例5－6流化床的操作范圍壓力流體2/4/202316第5章顆粒的沉降和固體流態化流化質量是指流化床內流體分布及流---固兩相接觸的均勻程度。提高流化質量的措施：1、增加分步板的阻力(達到流體分布均勻)，2、采用內部構件(設置水平擋板和垂直構件,限制大尺度的空穴)，3、采用寬粒徑分步的顆粒(小顆粒帶出,經過旋風分離器收集后，再通入流化床中）。4、采用細顆粒、較高氣速的操作條件。5.4.5流化質量2/4/202317第5章顆粒的沉降和固體流態化5.5氣力輸送（簡介）利用氣體在管內的流動來輸送粉狀固體的方法稱為氣力輸送。空氣是最常用的輸送介質，但若是輸送易燃、易爆粉料時，則用惰性氣體。氣力輸送的主要優點：1、系統密閉，可避免物料飛揚，減少物料損失，同時改善了勞動條件。2、輸送管線不受地形限制，在無法鋪設道路或安裝輸送機械的地方尤為適宜。3、設備緊湊，易于實現連續化、自動化操作，便于同連續的化工過程相銜接。4、在氣力