超细颗粒在声场流化床中的流化特性

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流化床干燥设备中颗粒物料的流化性分析

流化床干燥设备中颗粒物料的流化性分析流化床干燥设备是一种常用于颗粒物料干燥的技术装置，其基本原理是通过将高速气流从底部通入床层，使物料在气流作用下呈现流化状态，从而实现快速均匀的干燥效果。

在流化床干燥过程中，颗粒物料的流化性是一个关键参数，直接影响干燥的效果及设备的操作稳定性。

首先，颗粒物料的流化性指的是物料在气流作用下，能够达到一定程度的流动性和可操控性。

在流化床干燥设备中，物料的流化性对于干燥过程的均匀性以及干燥速度有着重要影响。

物料的颗粒大小及粒径分布是影响流化性的重要因素之一。

颗粒物料通常具有一定的粒径分布，这些颗粒在气流作用下会产生不同的受力状况。

通常来说，过大的颗粒容易产生如堵塞、堆积等问题，过小的颗粒则易被气流带走导致物料损失。

因此，在流化床干燥设备中，需要对物料的颗粒大小进行分析，合理控制物料的粒径分布，以实现适当的流化性。

物料的粒子形状也对流化性有一定的影响。

相对于球状颗粒而言，不规则形状的颗粒在气流作用下容易产生不稳定的运动状态。

这种不规则形状的颗粒会使流化床中的气固两相分离不均匀，从而影响干燥的效果。

因此，在进行流化床干燥设备的物料选择时，需要注意物料的形状，并进行相应的测试和分析。

除了颗粒大小和形状外，物料的密度和颗粒间的疏松程度也会对流化性产生影响。

高密度的物料容易产生颗粒间的结聚现象，导致气固两相流动性能下降，甚至堵塞流化床。

而过于松散的颗粒则在气流作用下容易散开甚至飞散，也会影响流态床的稳定性。

因此，物料的密度和颗粒间的疏松程度是流化床干燥设备中需要重点关注的参数之一。

此外，物料的含水率也会影响其流化性。

含水率过低的物料容易产生静电效应，导致物料之间黏附并难以流动。

而含水率过高的物料则容易形成粘稠的状况，导致流化床干燥设备的堵塞风险增加。

因此，在进行物料的流化性分析时，需要对物料的含水率进行测试，并根据实际情况进行调整。

综上所述，流化床干燥设备中颗粒物料的流化性分析对于干燥效果的提升及设备的稳定运行具有重要意义。

流化床颗粒静电特性及对流动特性的影响

流化床颗粒静电特性及对流动特性的影响流化过程中,颗粒与颗粒之间、颗粒与壁面之间不断发生接触、碰撞和摩擦等过程,不可避免的产生静电积聚。

粉体静电不仅造成颗粒团聚和黏壁,影响整个反应器内的流化状态,还会引发生产事故造成重大的经济损失。

由于流化床中流化特性和静电机理的双重复杂性,该领域理论还未完善,静电对粉体流动特性的影响鲜有报道。

因此本文对流化床内颗粒静电特性及对流动特性的影响进行系统的实验研究,探究静电特性及对流动特性的影响机制。

在二维流化床静电实验系统上对玻璃珠、聚乙烯、玉米粉进行了流化时间、流化风速、取样高度和静床高等操作参数对流化床内颗粒静电特性的实验研究。

研究结果表明:随着流化时间的增加,颗粒荷质比随之增大;当流化90分钟左右时,颗粒静电达到静电饱和状态。

增大流化风速,床内湍动程度增强,颗粒荷质比升高。

当静床高为50cm时,在低倍流化数下,距布风板较近的颗粒荷质比大于距布风板较远的颗粒荷质比,随着流化数的升高,后者逐渐增加并大于前者。

当静床高为80cm时,距布风板最近取样口处颗粒荷质比在不同流化数下总是最高。

为了获得粉体物性对颗粒静电特性的影响规律,分别以玉米粉、玻璃珠和聚乙烯为实验物料,通过改变物料粒径和种类,探究粉体物性对流化床内颗粒静电的影响规律。

结果表明,玉米粉和玻璃珠均携带正电荷,聚乙烯颗粒携带负电荷。

同一流化数下,聚乙烯颗粒荷质比绝对值总是高于玉米粉和玻璃珠,玉米粉颗粒荷质比高于玻璃珠。

对于相同的粉体物料,小粒径颗粒荷质比大于大粒径颗粒荷质比。

基于实验数据,采用量纲分析法运用SPSS软件对二维流化床内粉体静电量及影响因素进行了拟合分析,得到了玻璃珠和聚乙烯颗粒静电变化拟合公式。

通过气泡注入和数字图像分析系统,进行了流化床内颗粒静电对气泡特性影响的实验研究,得到了不同静电特性下单个气泡上升过程中气泡上升速度、圆形度、纵横比、面积等气泡特性参数变化规律。

通过调节流化风速改变床内物料静电荷质比,运用MATLAB图像处理程序提取上升过程中气泡特性参数。

流化床颗粒的分类及其流化特性

流化床颗粒的分类及其流化特性：1973年Geldart根据多年对颗粒大小对流化床流化特性的研究，将颗粒的流化特性与颗粒平均径的关係分成A、B、C和D四大类，并将它们表绘在以dp为横坐标，以固体密度ρp与流化气体密度ρg的差（ρp –ρg）为纵坐标的图上（参见下面的Geldart颗粒分类图）。

以便供根据物理或反应过程的特性对流化特性的要求，以选用适合于自己工业化的特点的颗粒粒径及分布。

A类颗粒了（充气流化特性）：A类颗粒的特点是颗粒的平均尺寸较小，颗粒的密度较低。

由图可知，A类颗粒一般颗粒的平均粒径＜100微米，颗粒密度小于1400kg/m3，这类颗粒由于凝聚性较小，因此颗粒间充气性好，床层膨胀比（R≡床层流化时的高度Hf/床层静止时的高度H0）大，当床层气速达到起始流化速度时，床内还不会产生气泡（即床层的起始鼓泡速度大于起始流化速度），当气速进一步增加时，床内虽产生了气泡，但气泡较小，气泡的聚併、分裂速度也快。

所以，这类颗粒应该说是流化特性较好的一类颗粒。

（说明：起始流化速度umf即是流化床开始流化时的最小速度。

起始鼓泡速度umb即是流化床内出现笫一个气泡时的气体速度。

）在工业上使用时应尽可能选用这类颗粒。

在石化行业中的催化裂化装置上首先被使用，在这个行业中，催化剂中必须含有一定量的小颗粒，小于44微米被称为关键组分。

这类颗粒以后在丙烯氨氧化制丙烯腈等流化床中也得到了应用。

B类颗粒（沙状流化特性）：由图可知，B类颗粒一般颗粒的平均粒径＜40微米＜500微米，颗粒密度＜1400kg/m3＜4000kg/m3。

这类颗粒在气速达到或稍高于颗粒的起始流化速度时，床內就出现了气泡，床层膨胀比R较A类颗粒小，气泡聚併现象严重，气泡直径也迅速变大，且气泡随床高而变大，当气泡达到床层表面时破裂，从而影响了流化质量，影响了床层与传热面间的传热和相间的传质。

这类颗粒在工业上应用也较多，如醋酸乙烯、农药百菌清和苯酐行业都有使用。

流化床内细长颗粒＼惰性物料混合流化特性研究

第１１卷第３期
南京师范大学学报（工程技术版）
Ｖ１１．ｏ．１Ｎｏ３
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ｄｒａｔｌｓｆｏｔｅｃｎｒｌｒｇｏｓｔｈｅｒｗａｌｒｇｏｓｎｔｅｆｌ — ｅｅｏｅｅｉｎ，ｔｅｎｍｂｒｃｎｅｔｔｎｅｒｃｅｒｍｈｅｔａｅｉｎｏｔｅｎａ — ｌｅｉｎ，ｉｈｕｌｄｖｌｐｄｒｇｏｓｈｕｅｏｃｎｒｉｐｉｙａｏｏｌｎｅａｔｌｓｉｄｎｉａｏｔｅｉｉａｕｅｏｃｎｒｔｎｏｌｎｅａｔｌｓｉｎｒｎｅｏｈｓｒｈｒｅ — ｆｅｄｒｐｒｃｅｓｉｅｔ１ｈｎｔｌｎｍｂｒｃｎｅｔａｉｆｓｅｄｒｐｒｉｅｎｅｔｃｆｅｒｅ．ｔｅｏｉｎｓｉｃｔｉｏｃａｔｉ

双组分颗粒声场流态化的实验研究

双组分颗粒声场流态化的实验研究张建;郭庆杰;刘会娥;陈爽【期刊名称】《化学反应工程与工艺》【年(卷),期】2006(022)005【摘要】在内径为56 mm 的玻璃声场流化床中,以5～10 nm未改性和有机改性的SiO2为实验物料主体颗粒,Fe3O4(粒径小于0.053 mm)为客体颗粒,在声压级为90～105 dB时系统考察了声场频率、声场强度和主客体颗粒不同配比关系对超细颗粒流化行为和聚团尺寸的影响.结果表明,当声场频率处于50 Hz,声压级大于100 dB时,声波可以有效地消除节涌、抑制沟流、降低临界流化速度,减小聚团尺寸,显著改善超细颗粒的流化质量.声场频率一定,声场强度越大,颗粒团聚体的直径越小.客体颗粒的添加比例存在一适宜范围.【总页数】5页(P429-433)【作者】张建;郭庆杰;刘会娥;陈爽【作者单位】中国石油大学(华东)化学化工学院,重质油国家重点实验室,山东,东营,257061;中国石油大学(华东)化学化工学院,重质油国家重点实验室,山东,东营,257061;中国石油大学(华东)化学化工学院,重质油国家重点实验室,山东,东营,257061;中国石油大学(华东)化学化工学院,重质油国家重点实验室,山东,东营,257061【正文语种】中文【中图分类】TQ0【相关文献】1.超细颗粒声场流态化机理研究 [J], 王铭华;郭庆杰;陈爽2.气固流化床中双组分混合颗粒的流态化特性 [J], 刘伟伟;卢春喜;范怡平;施晓萌;徐春明3.磷矿颗粒流态化特性的实验研究 [J], 田昊一;康明雄;刘根炎;李茜;吴元欣;刘少文4.液-固流化床颗粒流态化特性实验研究 [J], 刘阿珍;张卫义;李汉勇;李星波5.黏性颗粒失流态化过程的实验研究 [J], 杨润东;范浩杰;陈博;梅登飞;杨俊波因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

流化床颗粒的分类及其流化特性(6)

这类颗粒在工业上应用也较多，如醋酸乙烯、农药百菌清和苯酐行业都有使用。值得一提的是，这些行业并不是不想使用A类颗粒，而是不能用，如醋酸乙烯、农药百菌清流化床反应器，因其使用的催化剂是活性炭，活性炭不允许做得太细，太细了易被吹出，不易回收！而在苯酐行业由于催化剂是钒催化剂，可制成小颗粒，所以北二化首先在苯酐行业将B类颗粒改用A类颗粒，流化质量明显地得到改善！本人在对温州某化工厂的苯酐流化床的改造中，仅在其原用的B类颗粒中加入了10%的A类颗粒后，其产量就增加了25%以上！
在工业上使用时应尽可能选用这类颗粒。在石化行业中的催化裂化装置上首先被使用，在这个行业中，催化剂中必须含有一定量的小颗粒，小于44微米被称为关键组分。这类颗粒以后在丙烯氨氧化制丙烯腈等流化床中也得到了应用。
B类颗粒（沙状流化特性）：由图可知，B类颗粒一般颗粒的平均粒径＜40微米＜500微米，颗粒密度＜1400kg/m3＜4000kg/m3。这类颗粒在气速达到或稍高于颗粒的起始流化速度时，床內就出现了气泡，床层膨胀比R较A类颗粒小，气泡聚併现象严重，气泡直径也迅速变大，且气泡随床高而变大，当气泡达到床层表面时破裂，从而影响了流化质量，影响了床层与传热面间的传热和相间的传质。
流化床颗粒的分类及其流化特性：
1973年Geldart根据多年对颗粒大小对流化床流化特性的研究，将颗粒的流化特性与颗粒平均径的关係分成A、B、C和D四大类，并将它们表绘在以dp为横坐标，以固体密度ρp与流化气体密度ρg的差
（ρp – ρg）为纵坐标的图上（参见下面的Ge选用适合于自己工业化的特点的颗粒粒径及分布。
根据本人对颗粒粒径及分布的研究，认为A、B类颗粒流化特性的差别是非常明显的，如：
A类颗粒了（充气流化特性）：A类颗粒的特点是颗粒的平均尺寸较小，颗粒的密度较低。由图可知，A类颗粒一般颗粒的平均粒径＜100微米，颗粒密度小于1400kg/m3，这类颗粒由于凝聚性较小，因此颗粒间充气性好，床层膨胀比（R≡床层流化时的高度Hf/床层静止时的高度H0）大，当床层气速达到起始流化速度时，床内还不会产生气泡（即床层的起始鼓泡速度大于起始流化速度），当气速进一步增加时，床内虽产生了气泡，但气泡较小，气泡的聚併、分裂速度也快。所以，这类颗粒应该说是流化特性较好的一类颗粒。（说明：起始流化速度umf即是流化床开始流化时的最小速度。起始鼓泡速度umb即是流化床内出现笫一个气泡时的气体速度。）

流化床干燥设备中颗粒结构的研究进展

流化床干燥设备中颗粒结构的研究进展流化床干燥设备是一种常用于进行固体颗粒物的干燥处理的技术装置，该设备在化工、制药、食品等行业中被广泛应用。

在流化床干燥设备中，颗粒结构的特征对干燥效果和设备性能具有重要影响。

本文将详细介绍流化床干燥设备中颗粒结构的研究进展。

首先，颗粒结构的研究对于流化床干燥设备的设计和优化具有重要意义。

颗粒结构的研究包括颗粒形状、粒径分布、颗粒间的空隙结构等方面。

研究表明，颗粒形状对干燥速度和干燥均匀性有重要影响。

例如，球形颗粒在流化床中更容易形成稳定的床层，从而提高干燥的效果。

而粒径分布的研究可以帮助确定最佳的颗粒大小范围，以提高干燥速度和均匀性。

此外，颗粒间的空隙结构对于气固两相流的传递和混合也具有重要影响。

其次，颗粒结构对于流化床干燥设备的操作参数的选择和优化也有一定影响。

操作参数包括气体速度、床层高度、颗粒填充密度等。

颗粒结构的研究可以帮助确定最佳的操作参数范围，以提高干燥效果和设备性能。

例如，研究发现，在一定范围内增加颗粒填充密度可以提高干燥速度和热传导效率。

而颗粒结构的改变也会影响床层的气体分布和颗粒的间隙分布，进而影响干燥速度和均匀性。

颗粒结构的改变还可能引起流化床干燥设备的运行特性的变化。

研究发现，颗粒结构和颗粒形状对干燥设备的气力特性、热力学特性和动力学特性等方面都具有一定影响。

例如，颗粒结构的改变可能会导致床层的流态变化，从而影响干燥设备的气固两相流传递和传热传质效果。

此外，颗粒结构对颗粒流体化和粘附现象的发生也有一定的影响。

随着科学技术的不断进步，对流化床干燥设备中颗粒结构的研究也在不断深入。

目前，一些先进的实验和数值模拟技术被广泛应用于颗粒结构的研究。

例如，通过三维成像技术和颗粒追踪技术可以实时观察和分析颗粒结构的变化。

同时，使用计算流体力学模拟来研究流化床中颗粒的运动行为和流态变化。

这些研究方法为深入理解和优化流化床干燥设备提供了有力的支持。

总结起来，流化床干燥设备中颗粒结构的研究对于优化设备性能和提高干燥效果具有重要意义。

振动流化床中纳米颗粒的流态化行为

ｖａｌｕｅｓｗｅｒｅｉｎａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ＷＯＲＤＳ
ｎａｎｏ－ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，
ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ，ｖｉｂｒｏ—ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ
ｂｅｄ，
ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅ，ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｓｉｚｅ
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中南大学硕士学位论文
符号说明
符号说明
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ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｓｓｉｚｅｓｗｅｒｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｓｔａｂｌｅａｆｔｅｒｔｈｅｓｅｃｏｎｄｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ．ＣｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅＥｒｇｕｎａｎｄｔｈｅＲｉｃｈａｒｄｓｏｎ－Ｚａｋｉｅｑｕａｔｉｏｎｓ，ｔｗｏｔｙｐｅｓ
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ｉｎｂｅｄＷａｓｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄｏｂｖｉｏｕｓｌｙ，ａｎｄｔｈｅｒｅｅｘｉｓｔｅｄ
ｏｂｖｉｏｕｓｌｙｗｉｔｈｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｓｉｚｅａｓｗｅｌｌａｓｌｏｏｓｅｒ
ａｍｐｌｉｔｕｄｅ（３ｍｍ）ｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｓａｐｐｌｉｅｄ，ｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍ
ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｏｔｈｅｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｗｉｔｈｏｕｔｖｉｂｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆＳｉ０２ｕｎｄｅｒｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙｃｏｕｌｄｂｅｒｅｄｕｃｅｄｂｙ５０％；ｗｈｉｌｅｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙＷａｓｎｅａｒｌｙｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎａｍｐｌｉｔｕｄｅａｔａｌｍｏｓｔ４０Ｈｚ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｎａｎｏ．ｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｉｔｈｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ

超细颗粒流化质量的强化方法

超细颗粒流化质量的强化方法
高明玉;杨遥;黄正梁
【期刊名称】《应用化工》
【年(卷),期】2019(48)S01
【摘要】综述了现有文献报道中涉及的辅助细颗粒流化的诸多方法,包括机械振动、离心场、声波、电/磁场扰动、脉冲气流以及添加组分;介绍了各种方法在机理研究和作用效果方面取得的各种进展;并结合各种手段的优缺点给出了一些未来可能的
研究方向。

分析表明机械振动、离心场、声波、电/磁场扰动等方法更适合于小型
化工业生产或实验室研究,脉冲气流以及添加组分有应用于大型化工业生产的可能性,但应用添加组分时如何综合考虑后续分离过程,进而选择合适的添加组分是该种
手段成功应用的关键。

为超细颗粒流态化研究及工业应用提供指导。

【总页数】9页(P175-183)
【作者】高明玉;杨遥;黄正梁
【作者单位】中国石化集团公司;浙江大学化学工程与生物工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ027.1
【相关文献】
1.超细颗粒流化聚团尺寸的预测模型
2.超细颗粒在声场流化床中的流化特性
3.超细颗粒聚团流化的临界流化速度
4.声场作用下超细颗粒在气-固流化床中的流体力学
研究5.在具有锥形料腿的循环流化床中流化CaCO_3超细颗粒
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流化床特征

流化床特征流化床是一种常用的化工装置，具有独特的特征和应用。

本文将从流化床的原理、应用领域以及优缺点等方面进行详细介绍。

一、流化床的原理流化床是利用气体或液体通过颗粒床层时产生的浮力将颗粒物料悬浮起来的一种装置。

在流化床中，颗粒物料与气体或液体之间形成了一种流态，呈现出液体般的流动特性，这也是流化床的特点之一。

在流化床中，气体或液体通过床层时会产生压力和速度的变化，从而使床层呈现出不同的状态。

当气体或液体流速较小时，床层中的颗粒物料会堆积在一起形成固体床；当流速逐渐增大时，床层中的颗粒物料开始悬浮并形成流态床；当流速进一步增大时，床层中的颗粒物料会被气体或液体带走而形成喷射床。

这种由固态到流态的转变过程就是流化床的原理。

二、流化床的应用领域流化床具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1. 化工领域：流化床可以用于催化反应、吸附分离、干燥等化工过程。

由于流化床具有较大的传质和传热特性，可以提高反应速率和产品质量。

2. 石油炼制：流化床可以用于催化裂化、催化重整等石油炼制过程。

由于流化床具有较好的固体混合性和热传导性，可以提高反应效率和产物收率。

3. 燃烧领域：流化床可以用于煤炭、生物质等固体燃料的燃烧。

由于流化床具有较高的燃烧效率和低排放特性，可以减少环境污染。

4. 粉体工程：流化床可以用于粉体干燥、颗粒物料的包覆等粉体工程过程。

由于流化床具有较好的颗粒流动性和均匀性，可以提高产品的质量和工艺的稳定性。

三、流化床的优缺点流化床作为一种特殊的化工装置，具有以下优点：1. 可调性强：流化床可以通过调节气体或液体的流速、温度等参数来控制床层的状态，从而适应不同的工艺要求。

2. 传质传热效果好：由于流化床中颗粒物料与气体或液体之间的接触面积大，传质传热效果较好，可以提高反应速率和产品质量。

3. 可连续运行：流化床可以实现连续生产，不需要停机换料，提高了生产效率。

然而，流化床也存在一些缺点：1. 选材要求高：由于流化床中颗粒物料与气体或液体之间的摩擦作用较大，对床层材料的选择有一定要求。

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Powder SiO 2
4 5 3 2 1 8 6 7 9
10
图 1 实验装置流程图图 1 实验装置流程图 Fig.1 Experimental apparatus Fig.1 Experimental apparatus
1.air air compressor 2.2. silica gel drier 1. compressor silica gel drier 3.rotor rotorflowmeter flowmeter4.4. micromanometer 3. micromanometer 5.pressure pressure taps 6. data acquisition system 5. taps 6. data acquisition system 7.gas gas outlet 7. outlet
第 18 卷第 5 期
梁华琼等：超细颗粒在声场流化床中的流化特性 581
30~1000Hz 之间变化。在声场流化床中，作用在颗粒上的气体总速度 u 是向上进气速度 u0 与声波产生的振动速度 Usinωt 之和，假设声波以平面波的形式传播，则声波产生的振动速度峰值 U 可由下式计算：
收稿日期： 2003-08-01;
修订日期：2003-12-18。
基金项目：国家自然科学基金(20176031)。作者简介：梁华琼(1977-)，女，湖北宜昌人，四川大学硕士生。通讯联系人：周勇， E-mail: zhouyong_scu@
580
高校化
学工
程学报
2004 年 10 月
第 18 卷第 5 期 2004 年 10 月
高校化学工程学报 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities
Oct.
No.5 Vol.18 2004
文章编号：1003-9015(2004)05-0579-06
超细颗粒在声场流化床中的流化特性
9. amplifier
9. amplifier
loud-speaker 8.8. loud-speaker 10. signal generator 10.signal generator
表 1 物料性能 Table 1 Properties of materials
Shape Sphere Mean size / nm 15 Particle density / kg·m−3 2560 u mf / m·s−1 5.9×10−10
梁华琼, 周勇, 李爱蓉, 段蜀波 (四川大学化工学院，四川成都 610065)
摘要：在内径为 130mm 的声场流化床中，以原生纳米级 SiO2 超细颗粒为物料，在声压水平为 0~140dB、声波频率为 0~500Hz 范围内系统地考察了声波对超细颗粒流化特性的影响。结果表明：当声波频率为 100~150Hz、声压大于 130dB 时，声波可以有效地消除节涌、抑制沟流、降低临界流化速度，显著地改善纳米 SiO2 颗粒的流化质量。在频率一定的情况下，声压越高，超细颗粒的临界流化速度越低，流化质量越好。当频率低于 100Hz 或高于 150Hz 时，随着频率的进一步降低或增加，超细颗粒的临界流化速度都增大，甚至又出现节涌和沟流，声波的效果减弱甚至消失。关键词：超细颗粒；流态化；聚团；声场中图分类号：TQ021.1 文献标识码：A
1.0 4
∆P*
0.6 0.4 0.2 0.0 0 20 40 60 80
－1
(H －H 0)/H 0
100
0.8
3 2 1 0 0 20 40 60
－1
80
100
u /mm· s
图4
u /mm· s
图5
无声场时床层压降- 流速曲线，m=90g ▽ decreasing u
无声场时床膨胀- 流速曲线, m=90g ▽ decreasing u
3.2 声波对超细颗粒流化特性的影响
1.05
1.0
0.90
1.00 0.75
∆P*
∆P*
SPL=121dB 0.75 0.60
0.8
SPL=131dB
∆P*
0.50 0.25
SPL=135dB
0.6
0 5 10 15 －1 20 25
0.00 0 4 8
u /mm · s
u /mm· s
图6
－1
12
2.3 操作条件实验操作条件列于表 2。其中初始床高 H0 通过以下方式确定：在一定的声场条件下，让超细颗粒达到完全流化后，再缓慢降低气速，直到截断气源，关闭声波后，让粉体沉降，至表面稳定后，测得其高度即为 H0 ；声压水平 (SPL) 及频率在 0~140dB 及
Fluidizing gas
SPL=20log
U 2U ref
(1)
式中 Uref =4.83×10-8m·s-1 为参照速度，例如当声压为 140dB 时，气速峰值为 683mm·s-1，远远高于操作气速。
3 实验结果与讨论
3.1 无声场时的流化特性在无声场引入的情况下，SiO2 超细颗粒流化时的压降曲线及膨胀曲线如图 4、5 所示。从图 4 可以看出，气体进入床层后，由于超细粉透气性很差，床层压降随气速增加迅速升高；然后，超细颗粒床层形成一活塞缓慢上升，升至某高度后，活塞崩塌，形成块状掉落于分布板上，气体从块间间隙流过，形成沟流，床层压降降至最低；此后，压降在一个较宽的气速范围内增加很小，表明沟流在一较宽的范围内稳定存在。同时从图 5 的膨胀曲线也可以看出，在此气速范围内，床高变化很小；继续增大气速，沟流壁面处的粉体在气流剪切作用下，形成较小的聚团进入沟流，并被气流流化，床层压降上升，高度增加。随着气速的进一步增加，流化范围扩大；当气速超过约 80mm·s−1 时，全部物料流化，压降不再随气速增加而改变，但由于有粉体带出，床层压降低于理论压降。以上结果表明，在没有声场时，纳米 SiO2 的流化过程与其它超细粉相似，仍经历了活塞流、沟流和聚团流化三个阶段。
Cumulative particle size distribution / %
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.1 1
Particle size / µm 图 2 纳米 SiO 2 透射电镜图 Fig.2 TEM photograph of SiO 2 nano-particles 图 3 SiO 2 粒径分布图 Fig.3 Particle size distribution of SiO 2 nano-particles
1 前
言
超细颗粒通常是指尺寸介于原子团簇与微粉之间、粒径在 1~1000nm 范围内的固体颗粒，按 Geldart[1]分类法属典型的C类颗粒。这类颗粒由于粘附性强，流化时易形成横向裂纹和纵向沟流而难以实现平稳流态化，因此，超细颗粒的流态化一直很少受到关注。然而超细颗粒由于具有许多特殊的新性质与新效应，在众多领域有着广阔的应用前景，因此，近年来超细颗粒的研究受到世界上广泛的关注并获得了迅速发展。流态化技术作为一种强化气固接触的手段，在超细颗粒制备、处理和应用方面都具有独特的优越性，因此，超细颗粒的流态化技术越来越受到人们重视，并对其展开了研究。 Chaouki 等人首先发现[2]，当气速远远高于超细颗粒临界流化速度时，Cu/Al 2O3 气溶胶会因自团聚作用而形成许多小团聚体，并以聚团形式实现平稳流态化。随后其他的研究者也都发现[3~5] 超细颗粒在较高气速下的自团聚现象，但除少数情况外，多数情况下，由于形成的聚团粒度分布很宽，流化质量很差，甚至不能流化，所以如何改善超细颗粒的流化性能成为人们研究的热点。改善超细颗粒流化性能的方法有很多，这些方法归纳起来可分为两大类：一类是采用添加较大的颗粒来改善粉体结构特性以改善其流化质量；另一类则是向流化床引入各种力场，如振动场、磁场、声场等[6~9]，利用附加能量来削弱粒子间的粘附，以达到改善超细颗粒流化质量的目的。Chiorone等[8,9] 研究了直径为5~50 μm 催化剂超细颗粒在声场流化床中的流化行为，发现声波的引入能有效地降低流化床中超细颗粒聚团的尺寸，抑制沟流、节涌等使之在低气速下稳定流化，显著地改善超细颗粒的流化质量。与其它方法相比，声能还具有不受颗粒物性限制，可以采用辐射方式引入流化床而不需要内部构件等优点。因此，引入声波来改善超细颗粒的流化质量是一种很有效的方法。但是，现在的有关超细颗粒声场流化床的研究还很少，特别是对纳米级超细粉在声场中的流态化的研究尚未见有关报道，因此有必要对超细颗粒在声场流化床中流化行为作系统的研究。本文以原生纳米级 SiO2 超细粉为物料，在内径为 130mm 直径的声场流化床中，考察声压及频率对纳米级超细颗粒流化特性的影响。
表 2 操作条件 Table 2 Operating conditions
air 0~100 0.08 130 30~1000 0~140 0~683 Fluidizing gas velocity, u /mm·s−1 Bed weight, M /kg Unexpanded bed height, H0/mm Sound frequency, f /Hz SPL/dB Peak value of gas velocity associated with sound, U/ mm·s−1
2 实验装置与方法
2.1 流程与装置实验装置如图 1 所示：主要由流化床、声波导管、声波发生系统和测试系统构成。来自压缩机的空气经硅胶干燥器干燥，转子流量计计量后进入床内，最后经布袋过滤后排空。流化床床体由有机玻璃制成，内径 130mm，高 1000mm。上部由一高 400mm 的弯管与一扩大管相连接，起声波导的作用；气体分布板为有机玻璃多孔板，在分布板上铺了一层滤布。在 3mm·s−1 的表观气速下，分布板压降大约为 150Pa，在分布板下还有一填料层，起预分布的作用。声波发生系统包括一台带功放的数字信号发生器和一只扬声器，数字信号发生器用来获得特定频率的正弦波，通过功放放大后送入扬声器，产生声波，声波经声波导管进入流化床。测试系统包括声压的测量、床层压降的测量及床高的测量。声压的测量采用精密脉冲声压计；床层压降用 U 型管压差计测量；床高的测量采用目测法。 2.2 实验物料流化物料为气相法制备的 SiO2 超细粉，主要物性列于表 1 。图 2 为 SiO2 透射电镜照片，如图所示 SiO2 原生颗粒形状近似球形，