当前位置：文档之家 › 第三章 流体-固体颗粒间的运动和流态化.

第三章 流体-固体颗粒间的运动和流态化.

  • 格式：ppt
  • 大小：4.43 MB
  • 文档页数：78

下载文档原格式

  / 78

合集下载

第三章-第5节-固体流态化技术课件

第三章-第5节-固体流态化技术课件

20
校核雷诺数 由于不希望夹带直径大于60mm的颗粒，因此最大气速不 能超过60mm的颗粒的带出速度ut。假设颗粒沉降属于滞流 区，其沉降速度用斯托克斯公式计算，即
21
（3）流化数
颗粒沉降速度和临界流化速度之比为29:1，最大颗 粒能够流化。一般情况下，所选气速不应太接近ut 或umf。通常取操作流化速度为（0.4-0.8）ut。
二者压降相等
带出开始 C
log u
D（带出速度）
Umf为流化 床操作范围 下限
17
常见小颗粒的起始流化速度 umf ：
（非均匀颗粒）
如颗粒直径相差 6 倍以上，当大颗粒起动，而小颗粒已 被带走；公式不适用于粒径变化很大的颗粒床层。此公 式计算的 umf 偏差较大（±34%），实际 umf 应以实验测定 值为准；但公式提供了影响 umf 的变量，当实验条件与 操作条件不同时，可用来对实验结果进行修正。
散式流化 液-固系统 固体颗粒均匀分布、上界面清晰
聚式流化
气-固系统 存在空穴（气泡）的移动和合并 空穴破裂→ 界面起伏 界面以下 浓相区 界面以上 稀相区
散式流化床
聚式流化床
8
三、流化床的主要特性
1、液体样特性
流化床的一般特性
2、固体颗粒的均匀混合
流化床的主要优点
9
3、气流的不均匀分布和气-固的不均匀接触 P174
11
4、恒定的压降
流化床的重要优点
流化床床层压降 =（重量-浮力）/单位床截面积
ΔP
流化阶段，压降与气速无关，始终保持定值
固定床
流化床 C
带出开始
B
A
¢ 起始流化速度
u D（带出速度）
表观速度
第三章 固体流态化技术

第三章 固体流态化技术


沟流对反应过程的影响：沟流现象发生时，大部分气体没有 与固体颗粒很好接触就通过了床层，这在催化反应时会引起催 化反应的转化率降低。由于部分颗粒没有流化或流化不好，造 成床层温度不均匀，从而引起催化剂的烧结，降低催化剂的寿 命和效率。
4、恒定的压降
流化床的重要优点
流化床床层压降 =（重量-浮力）/单位床截面积
固定床阶段 床层不动 u1 ut

流化床阶段 u1 ut开始悬浮
颗粒输送阶段 u1 ut 颗粒带走
u ，u1 ，u1 ut
(a)固定床
(b)流化床
(c)气力输送
此时流体的真正速 度 u < 颗粒的沉降 速度u0
此时u= u0 颗粒悬浮于流体中，床层 有一个明显的上界面，与 沸腾水的表面相似
流化阶段，压降与气速无关，始终保持定值
固定床 流化床 C ΔP B A ¢ u 带出开始
m P ( p ) g Ap
起始流化速度
表观速度 流体通过颗粒床层的压降
D（ 带出速度 ）
推导：
流化床阶段，近似认为颗粒处于动态平衡。
即：总曳力 总重力 总浮力
p f A Fg Fb AL(1 )(s ) g
此时u> u0
固体流态化运用在粉粒状物料的输送、混合、加热或冷 却、干燥、吸附、煅烧和气固反应等过程中。
3、流化床存在的基础—大量颗粒群居 颗粒能在相当宽范围内悬而不走，离开群体的个别颗粒上 升后， 速度将减小，则会回落。
浮力
曳力 u1（实际速度） 重力
u（表观速度）
二、实际流化现象
流态化按其性状的不同，可以分成两类， 即散式流态化和聚式流态化。
主要用途：
化工原理课件 3 机械分离和固体流态化-128页PPT资料

化工原理课件 3 机械分离和固体流态化-128页PPT资料

直径，可先令
Ret1 4(3s2ut3)g
查 Ret1 Ret 曲线图，可求直径 d ，即 d R et ut
39
40
2
1
4.沉降速度的计算
3)用量纲为1的数群K 值判别流型
K d 3 (s )g 2
K ≤2.62为斯托克斯定律区; 2.62< K <69.1为艾仑定律区; K ≥69.1为牛顿定律区。
30
1.沉降速度
沉降速度 u t
等速阶段中颗粒相对于流体的运动速度ut称
为沉降速度。由于这个速度是加速阶段终了时颗
粒相对于流体的速度，故又称为“终端速度”。
ut
4gd(s ) 3
31
2. 阻力系数
f(Rte, s)
Ret

dut ρ μ

Re t
32
2. 阻力系数
ut
41
2. 重力沉降设备
降尘室——气固体系 沉降槽——液固体系
42
1）降尘室
2.重力沉降设备
气流水平通 过降尘室速
度
动画
图3-4 降尘室示意图 (a)沉降室 (b)尘粒在沉降室内运动情况
沉降速 度
43
2.重力沉降设备
思考1：要使颗粒除去，必须满足什么条件？
位于降尘室最高点的颗粒沉降到室底所需的时间为
on定律区）
0.44 ut 1.74 gds （ 1000Rte2000） 0 33
3.
影响沉降速度的因素
ut
4ds g
3
1) 流体的粘度
滞流区 过渡区 湍流区
表面摩擦阻力 形体阻力
34
3.
影响沉降速度的因素
第三章循环流化床锅炉气固两相流基础理论

第三章循环流化床锅炉气固两相流基础理论

第三章循环流化床锅炉气固两相流基础理论循环流化床锅炉中的气—固两相流流体动力特性是学习其燃烧特性和传热特性的基础。

为了叙述方便和更好地理解本章及以后章节的内容，首先简单介绍一下循环流化床锅炉涉及的部分概念和定义。

第三节流化床基本原理一、颗粒流态化的概念1．流态化现象当气体或液体以一定的速度向上流过固体颗粒层时，固体颗粒层呈现出类似于液体状态的现象，称为流化现象。

2．流态化的定义当气体或液体以一定的速度流过固体颗粒层，并且气体或液体对固体颗粒产生的作用力与固体颗粒所受的其他外力相平衡时，固体颗粒层呈现出类似于液体状态的现象或者当固体颗粒与气体或液体接触时固体颗粒转变成类似流体状态，这种状态称为流态化。

3．流化床的流体力学性质流化床流态化后，具有与流体一样的性能，主要表现在以下几方面。

（1）浮力定律。

密度小于流体密度的物体会浮在床层表面上。

（2）液面特性。

床表面保持水平，形状保持容器的形状。

（3）小孔射流。

在流化床侧面开孔，流化床固体物料像流体一样射流，离床层上表面越近，射流距离越小；越靠近流化床底部，射流距离越大，也可以从底部流出去。

（4）连通效应。

几个流化床底部联通后，床层高度自动保持同一水平高度。

气体流化床的拟流体性质见图3—4图3—4 气体流化床的拟流体性质气固流化床类似流体的性质还有：①在任一高度的静压近似于在此高度以上单位床截面内固体颗粒的重要；②密度高于床层表面密度的物体在床内会下沉，密度小于床层表面密度的物体会浮在床面上；③床内颗粒混合良好，因此，当加热床层时，整个床层的温度基本均匀。

一般的液—固流态化，颗粒均匀地分散于床层中，称之为“散式”流态化。

而一般的气—固流态化，气体并不均匀地流过颗粒床层，一部分气体形成汽包经床层短路逸出，颗粒则被分成群体做湍流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化，因此这种流态化称为“聚式”流态化。

燃煤循环流化床锅炉靠空气或烟气流化颗粒状物料，属气—固流态化范畴，也即属于聚式流态化。

南京理工化工原理课件3 --机械分离和固体流态化

南京理工化工原理课件3 --机械分离和固体流态化

1．间歇过滤机的生产能力
操作周期为 T=θ +θ
θ
W+θ D
θ ——一个操作循环内的过滤时间，s；
W——一个操作循环内的洗涤时间，s；
θ D——一个操作循环辅助操作所需时间，s。
则生产能力
3600V 3600V Q T W D
V——一个操作循环内所获得的滤液体积，m3
二、连续过滤机的生产能力
阻力：

6
1 2 Fd Ap u 2
根据牛顿第二运动定律：
Fg Fb Fd ma

u 2 3 d s g d g d d s a 6 6 4 2 6
3 3 2


加速阶段：开始沉降瞬间，u=0，因而Fd=0，加速度a等 速阶段：u=ut时,阻力、浮力与重力三者的代数和为零， 加速度a=0。 ut——“沉降速度”，又叫“终端速度”。由于工业上沉 降操作所处理的颗粒往往甚小，阻力随速度增长甚快， 可在短时间内就达到等速运动，所以加速阶段常常可以 忽略不计。
对于不可压缩滤饼
dq p uR 常数 d r q qe
p ruR 2 ruR qe
压强差随过滤时间成直线增高。
3．先恒速后恒压 恒压阶段 ：
dV KA2 d 2 V Ve
KA2 d V Ve dV 2
令VR、θ R分别代表升压阶段终了瞬间的滤液体积 及过滤时间，则上式的积分形式为
dV Ad p V Ve r A
可压缩滤饼的情况比较复杂，它的比阻是两侧压强 差的函数。考虑到滤饼的压缩性，通常可借用下面的 经验公式来粗略估算压强差增大时比阻的变化
r=r'（Δ p）s
第三章固体流态化

第三章固体流态化


实际操作流速与临界流化速度之比 u/umf
床层的流化状态和流化质量与流化数有很大关系
膨胀比 R 流化床的膨胀高度 L 与临界流化高度之比
R L L mf 1 mf 1
散式流化具有空隙率随流化数均匀变化的规律
聚式流化乳化相的空隙率几乎不变，床层膨胀主要由气泡相 的膨胀所引起。聚式流化床膨胀比是一个较难确定的参数。
固定床阶段
流化床阶段
颗粒输送阶段
流态化现象
ΔP 500 固定床 300 200 100 50 1 2 umf 10 空床流速 u0 50 ㎝/s 100 斜率=1 夹带开始 Δ P=W/At 流化床
固 定 床
L0
L
起 始 流 化
L
膨ห้องสมุดไป่ตู้胀 床
Lf
L
鼓 泡 床
Lf
节 涌 气 力 输 送
Lmf
流体
2014-12-20
匀且波动很小，粒子分布均匀。
不同阶段
鼓泡床：气速达到一定值时，才有气泡。此时速度为
起始鼓泡速度。
节涌床：床高与床径比大，气泡在上升过程中可能聚
并增大甚至达到占据整个床层，固体粒子一节节的往 上柱塞式的推动，直到达到某一位置崩落为止，这种 现象称为节涌。
流化床和颗粒输送阶段
umax ut 0 ut 颗粒沉降速度， 0 固定床空隙率
改善聚式流化质量的措施 气体分布板：高阻分布板 (>10%Δpb，且>0.35mmH2O) 可使 气体初始分布均匀，以抑制气泡的生成和沟流的发生。
气体 气体 气体
多孔板
风帽
管式
内部构件：阻止气泡合并或破碎大气泡。 宽分布粒度：宽分布粒度的细颗粒可提高床层的均化程度。
第三章流体-固体颗粒间的运动和流态化

第三章流体-固体颗粒间的运动和流态化

而对温度敏感的过程。因而在氧化、裂解、焙烧、干燥等方面广泛 应用。 • 固体粒子易于往返输送。如石油的催化裂化中用于催化剂输送。 • 气固充分接触。用于气固相催化反应，提高催化剂的有效系数，加 快反应速度，利于传质、传热过程。如干燥等可有较大的生产强度。
32
主要缺点: • 存在强烈的返混。对气固系统还存在明显的不均匀性, 如气泡、 节涌、沟流等, 这些都引起气固接触时间的不均性, 从而降低反应 的转化率、产率,甚至产品的质量。 • 颗粒有相当的磨损而粉化, 气体夹带也引起固体损失, 需安装旋 风分离设备。
同这一原理来实现它们分离的设备称为分级器。 将沉降速度不同的两种颗粒倾倒到向上流动的水流中，
若水的速度调整到在两者的沉降速度之间，则沉降速度较小 的那部分颗粒便被漂走分出。若有密度不同的a、b两种颗粒 要分离，且两种颗粒的直径范围都很大，则由于密度大而直 径小的颗粒与密度小而直径大的颗粒可能具有相同的沉降速 度，使两者不能完全分离。
Fd
ma
6
d 3s g
6
d3g
4
d
2
1 2
u2
6
d
3s
du
d
整理得 ：
du ( s )g 3 u2
d
s
4d s
开始瞬间，u 0，du 最大，颗粒作加速运动。 d
12
二、沉降的等速阶段
随u↑, Fd↑, 到某一数值ut时，上式右边等于零，此时
du
d
0，颗粒
将以恒定不变的速度ut维持下降。此ut称为颗粒的沉降速度或造端速度。
流体中, 床层认为开始流化, 临界流化速度为umf。 • 密相流化 流速再大, 悬浮的固体颗粒床层继续膨胀, 可观察到
一些固体颗粒被气体夹带而出, 但床层还有一个清晰起伏的界面。 • 稀相流化 流速很大, 流体流速与固体颗粒的重力沉降速度相等
化工原理 第三章 机械分离与固体流态化 课件解剖

化工原理 第三章 机械分离与固体流态化 课件解剖


u
V
滤饼过滤过程中，滤饼逐渐增厚，流动阻力也随之逐 渐增大，所以过滤过程属于不稳定的流动过程。故
u
dV
Ad
ddq
其中q V A
29
《化工原理》电子教案/第三章
二、过滤基本方程
1、过滤基本方程的推导
------滤液量V～过滤时间的关系
L
le
u
u
de
u 真实速度
流体在固定床内流动的简化模型
简化模型：假定：
16
《化工原理》电子教案/第三章
增稠器（沉降槽）
用于分离出液-固混合物
加料
结构：请点击观看动画
与降尘室一样， 沉降槽的生产能
水平
力是由截面积来 挡板
保证的，与其高
度无关。故沉降 槽多为扁平状。
耙
除尘原理：与降尘室相同
稠浆 连续式沉降槽
《化工原理》电子教案/第三章
清液溢流 清液
17
增稠器（沉降槽）
(1)细管长度le与床层高度L成正比
le K0L
(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积， 滤饼体积
流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。
de
4润流湿通周截边面积细 4细 管管 的的 全流 部动 内 a4BV V空 表 a间 面 14 积
aBa1
颗粒的比
表30面积
《化工原理》电子教滤案/饼第的三比章表面积
停 留 时 间 = 沉 降 时 间 r
几点假设：
❖假设器内气体速度恒定，且等于进口气速ui； ❖假设颗粒沉降过程中所穿过的气流的最大
厚度等于进气口宽度B；
❖假设颗粒沉降服从斯托克斯公式。
含 尘 ui
气体
流态化的状态及特征

流态化的状态及特征

产生沟流的主要原因是运行中一次风速太低料层太薄或严重不均以及炉床内结焦给煤太湿布风板设计不合如果料层中的气泡聚集汇合接近炉床宽度时在小而深的床层中它们甚至会大得几乎充满床层的整个截面料层就被分成几层一层比较稠密的床料一层稀疏床料的空气向上运动当达到某一高度后崩裂固体颗粒喷撒而下
第三节 流态化的状态及特征 一、流化床的形成 气固流态化是固体颗粒悬浮在气体 中表现出类似流体状态的运动模式。 当气体通过一个颗粒床层，该床层 随着气流速度的变化会呈现不同的流动状 态。随着气流速度的增加，固体颗粒分别 呈现出固定床、起始流态化、鼓泡流态化 、节涌、湍流流态化及气力输送等状态。
炉内发生节涌时，风压波动剧烈，燃 烧不稳定，极易在断层下部结焦，若床 内布置埋管，则会使埋管磨损加剧。
2021/7/5
2021/7/5
图6-14 不同气流速度下固体颗粒床层的流动状态 (a)固定床；(b)起始流态化；(c)鼓泡流化床；(d)节涌；
(e)湍流流态化；(f)具有气力输送的稀相流态化
2021/7/5
二、不正常的流化态
1．沟流
大量的空气从阻力小的地方穿过料 层而其它部位仍处于固定床状态，这种 现象就称做沟流。沟流一般分为贯穿沟 流和局部沟流两种。
产生沟流的主、布风板设计不合 理等。
2021/7/5
2021/7/5
图 6-15 沟流
2．节涌
如果料层中的气泡聚集汇合接近炉 床宽度时（在小而深的床层中它们甚至 会大得几乎充满床层的整个截面），料 层就被分成几层，一层比较稠密的床料 ，一层稀疏床料的“空气”向上运动， 当达到某一高度后崩裂，固体颗粒喷撒 而下。这种现象称做节涌。
《固体流态化颗粒》课件

《固体流态化颗粒》课件

该颗粒具有良好的流动性和抗坍塌性能
未来发展前景广阔
未来可望发展更多新技术，应用领域将进一步扩展
液压式
固体颗粒通过液体（水或油）的 作用形成流态化状态
气力式
利用气力（压缩空气或氮气）使 颗粒流动起来
共振式
通过共振效应产生的颠簸效应将 颗粒推向流动状态
固体流态化颗粒的特性
• 流动性：具有优良的流变性能，易于输送、混合和分离等 • 内摩擦角：固体颗粒之间的摩擦力和储存压力之间的比值 • 坍塌角：指颗粒堆积成的锥形堆的夹角 • 静态压缩度：颗粒在堆积过程中的体积变化量和初始体积的比值 • 动态强度：颗粒在流动过程中的抗破坏能力
固体流态化颗粒的应用
1
粉煤灰处理
常采用流态化床技术，具有高效节能的特点
2
煤粉的输送
适用于长距离输送、节能降耗
3
煤泥的输送
采用流态化床技术，降低能耗，排放清洁
4
石灰石的输送
适用于高浓度石灰石浆体输送
固体流态化颗粒测试技术
1 Rafting方法
用木板从粉体表面滑过，通过观察形成的纹理判断流动性
2 振动管法
固体流态化颗粒
在这篇PPT课件中，我们将深入探讨固体流态化颗粒的定义、形成机制、特性、 应用、测试技术和未来等方面的内容。
固体流态化颗粒的定义
含义
指固体颗粒形成像流体一样的流动状态
关键特征
颗粒之间存在特殊的相互作用力和碰撞效应
经典例子
沙漏、流沙、瀑布等
应用领域
化工、粉体、环保、冶金等来自固体流态化颗粒的形成机制
利用振动管将固体颗粒变成流体进行测试
3 旋转圆盘法
利用旋转圆盘将固体颗粒推向边缘，通过观察与水的接触情况判断流动性
《固体流态化》课件

《固体流态化》课件


流态化的数学模型
流态化模型的基本假设
建立数学模型需要对流态化现象进行一些简化假设，如颗粒均匀 分布、忽略颗粒间的粘性力等。
流动方程
描述流场中流体运动的方程，包括连续性方程、动量方程等，这些 方程需要考虑颗粒的存在对流体运动的影响。
颗粒运动方程
描述颗粒在流场中运动的方程，包括颗粒的受力分析、运动状态等 ，这些方程需要考虑流体对颗粒运动的影响。
度高、生产效率高等优点。
流化床反应器的应用有助于制 药工业的绿色化和可持续发展 。
流化床在环保领域的应用
01
流化床在环保领域主要用于处理废弃物和污染物，如生活垃圾、工业 废水等。
02
通过将废弃物和污染物与流化床内的吸附剂或催化剂混合，实现废弃 物和污染物的分解、转化和去除。
03
流化床在环保领域的应用具有处理效率高、污染物去除效果好、操作 简便等特点。
流化床气化技术还可应用于生物质、废弃物等可再生资 源的转化利用，推动可持续发展。
流化床反应器在制药工业中的应用
流化床反应器在制药工业中主 要用于合成和制备药物中间体
、原料药等。
在制药工业中，流化床反应器 可用于多相催化反应、生物发 酵反应等，提高药物合成的效 率和品质。
流化床反应器具有传热效果好 、反应条件易于控制、产物纯
流态化的实验研究方法
实验装置
用于研究固体流态化的实验装置包括 流化床、固定床、移动床等，这些装 置可以模拟实际工业过程中的流态化 现象。
实验参数
实验测量方法
通过测量流体的流量、压力、温度等 参数以及床层的温度、压力降等参数 ，可以分析流态化的流动特性、流动 形态和稳定性等。
实验中需要控制的参数包括流体的流 量、压力、温度等，以及颗粒的物理 性质、颗粒的浓度、床层的厚度等。

固体颗粒流态化固体颗粒流态化

垂直气力输送管内流型
气力输送颗粒-流体两相流流动特性与流型图
气力输送装置的压降包括输送段压降、除尘装置压降和系统 内各管件、阀件压降。
直管输送段压降 ∆p
∆p = ∆p f + ∆pa + ∆pr + ∆pi
∆pf —— 气体与管壁的摩擦损失 ∆pa—— 颗粒加速所需的惯性压降 ∆pr—— 使颗粒悬浮并上升的重力压降 ∆pi—— 颗粒自身及与管壁的碰撞与摩擦压降
负压体系：一般为稀相输送
引风机
气力输送的类型及装置 正压体系： 低压：<100 kPa；中压：<300 kPa；高压：<1000 kPa
送风机
气力输送的类型及装置 组合体系：
分流阀
引(或送)风机
气力输送颗粒-流体两相流流动特性与流型图
水平气力输送 输送中重力的作用方向与流动方向垂直，使 颗粒保持悬浮的不再是曳力、而是水平流动的气流对颗粒产 生的升力，因此管内流型（主要是密相）也有所不同。
压降梯度 ∆p/∆L
最低压降曲线
5 4 1 2 3
“沉寂”速度 气体表观流速 u
水平气力输送流型图
均匀稀相 颗粒堆积 “沉寂”速度 “沙丘”流 水平“拴塞”
¾ d颗粒具有与液体类似的流动性，可以从器壁的小孔喷出
¾ e联通的流化床能自行调整床层上表面使之在同一水平面上
不正常的流化现象
S
起伏
正常值
∆pb =W A
log ∆p B log ∆p b
大高径比床层 log u
大直径床层
log u
腾涌(Slugging)：颗粒层被气泡分成几段并像活塞一样被推 动上升，在顶部破裂后颗粒回落。腾涌时床层高度起伏很 大，器壁被颗粒磨损加剧，引起设备震动，损伤床内构件。

机械分离及固体流态化—颗粒与流体之间的相对运动

第三章机械分离及固体流态化本章学习指导1．本章学习目的通过本章学习能够利用流体力学原理实现非均相物系分离（包括沉降分离和过滤分离），掌握过程的基本原理、过程和设备的计算及分离设备的选型。

建立固体流态化的基本概念。

2．本章重点掌握的内容（1）沉降分离（包括重力沉降和离心沉降）的原理、过程计算和旋风分离器的选型。

（2）过滤操作的原理、过滤基本方程式推导的思路，恒压过滤的计算、过滤常数的测定。

（3）用数学模型法规划实验的研究方法。

本章应掌握的内容（1）颗粒及颗粒床层特性（2）悬浮液的沉降分离设备本章一般了解的内容（1）离心机的类型与应用场合（2）固体流态化现象（包括气力输送）3．本章学习中应注意的问题本章从理论上讨论颗粒与流体间相对运动问题，其中包括颗粒相对于流体的运动（沉降和流态化）、流体通过颗粒床层的流动（过滤），并借此实现非均相物系分离、固体流态化技术及固体颗粒的气力输送等工业过程。

学习过程中要能够将流体力学的基本原理用于处理绕流和流体通过颗粒床层流动等复杂工程问题，即注意学习对复杂的工程问题进行简化处理的思路和方法。

参考书籍（1）柴诚敬，张国亮.化工流体流动与传热.北京:化学工业出版社,2000（2）陈维枢主编.传递过程与单元操作.上册.浙江:浙江大学出版社,1993（3）陈敏恒等,化工原理(上册).北京:化学工业出版社,1999（4）机械工程手册编辑委员会.机械工程手册(第二版),通用设备卷.北京:机械工业出版社,1997（5）大连理工大学化工原理教研室.化工原理,上册.辽宁:大连理工大学出版社,1993（6）时钧等.化学工程手册,上卷.2版.北京:化学工业出版社,1996（7）McCabe W. L. and Smith. J. C. Unit Operations of Chemical Engineering. 5th. ed. New York: McGraw Hill,1993（8）Foust A. S. and Wenzel. L.【本章概述】一．混合物的分类自然界的大多数物质为混合物。

化工原理 第三章 非均相物系的分离和固体流态化.


' 4.17 0.29
Reb
pf L
1 2 a2u
4.17
3
1 au2
0.29 3
6 a
sde
pf L
1 2 u 150 3 sde 2
1 u2
1.75
3 sde
Reb
3
pf L
1 2 u 150 3 sde 2
Reb
100
pf L
1 u2 1.75 3 sde
第三章 非均相物系分离和固体流态化
目的→基于流体 力学（颗粒与流 体间的相对运 动），掌握非均 相物系的机械分 离方法、过程计 算及其典型设备 的结构、特性和 选型。
非均相物系 概念
颗粒和颗粒床层特性
非均相物系的
沉降
分离和固体流 机械分离
态化
过滤
固体流态化
概念－非均相物系
1. 非均相物系 ① 非均相物系
均相混合物 （均相物系）
溶液与混合气体
混合物
分散物质 固体颗粒、液滴或气泡
非均相混合物 （分散相）
（非均相物系） 分散介质 气态非均相物系（含尘气体）
（连续相） 液态非均相物系（悬浮液）
概念－非均相物系
② 非均相物系的分离方法 沉降→颗粒相对于流体(静止或运动)运动而实现悬 浮物系分离，作用力是重力或离心力。
1/100 0.0042 0.0058 in或147 μm
概念－颗粒
② 颗粒群的平均粒径 颗粒群的平均粒径→常用平均比表面积直径，即Sauter直径。
k
da2
6
da3
ni di2
i 1
k i 1
ni
6
di3
xi K nisdi3

固体流态化PPT课件

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。
第十页，共37页。
• 判断流化形式（散式或聚式流化）的依据：
弗鲁特准数
Frmf
um2 f dpg
Frmf 0.13 Frmf 0.13
第二十五页，共37页。
沟流现象
(四) 利用流化现象判断颗粒尺寸
流化质量：是指流化床中流体分布与流固接触的均匀 程度。
能够进行良好流化的颗粒尺寸在20~500μm范围内。 ➢ 粒径小于20 μm时，极易形成沟流和死床难于流化。 ➢ 粒径大于500 μm的极粗颗粒，流化时床层极不稳定。 ➢ 粒径在20~100μm的细颗粒开始时为散式流化，气速加大
故又可近似表示为：
上式表明，气体通过流化床的阻力与单位 截面床层颗粒所受的重力相等。
➢流化床阶段床层阻力恒等于单位截面床层颗粒的净 重力。
第十七页，共37页。
五、流化床的操作范围
(一) 临界流化速度umf（ umf =εut） 流化床的正常操作范围为气速高于临界流化速度umf，
低于颗粒的带出速度ut(即沉降速度)。[umf < u< ut]
➢ 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 等于流体流过流化床的阻力与床层截面积之积，即：
第十五页，共37页。
p f A A L1 s g
式中 A-床层截面积，m2；
分离高度取决于：颗粒的粒度分 布、密度和气体的密度、粘度以及 床层的结构尺寸和气速等。 目前尚无可靠的计算公式，一般 说气速愈大，分离高度愈大。

化工原理 第三章-流体流过颗粒和颗粒层的流动3.


u2 dev
ReB

u a(1 )

Re p
6(1 )
Re p
10，umf


2
3 mf
de2v (s )g
150(1 mf )

取

2
3 mf
(1 mf )
111，umf

de2v (s )g 1650
Re p 1000，umf
第五节 固体流态化
大量固体颗粒，由于流体流动悬浮 于流体之中。 一、流态化基本概念
垂直圆筒中装填均匀颗粒
1)、固定床阶段，u较低
u1 u / ut，L为常数，p f u 2)、流化床阶段，u1 u / ut
若u1 ut， (界面上升、稳定)，
明显上界面，p f 不变 3)、气力输送 u ut
化工原理
清华大学 戴猷元教授
2003 年 2 月
目录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
绪论
流体流动 流体输送机械 流体流过颗粒和颗粒层的流动 非均相物系的分离 传热 蒸发 总结
第三章 流体通过颗粒及颗粒床层的流动
第一节 概述 第二节 流体通过颗粒的流动 第三节 颗粒在流体中的流动 第四节 流体通过颗粒床层流动 第五节 固体流态化

3 mf
dev (s

)g
1.75
取
3 mf
1/14，umf

dev (s )g
24.5
2、带出速度u ut 对于大小不均匀分布d ut， d取值应比大多数d小 小颗粒：ut / umf 91.6 大颗粒：ut / umf 8.61 粒径小的操作范围宽

第三章 流体-固体颗粒间的运动和流态化


滤饼过滤 ( 饼层过滤 ) ：过滤时 固体颗粒沉积在介质表面，形 成滤饼层。过滤介质中微细孔 道的直径可能大于悬浮液中部 分颗粒的直径，因此过滤之初 会有一些细小颗粒穿过介质而 使滤液浑浊，但是颗粒会在孔 道中迅速地发生“架桥”现象， 使小孔道直径的细小颗粒也能 被拦截，故当滤饼开始形成， 滤液即变清，此后过滤才能有 效的进行。适用于处理固体含 量较多的悬浮液。 注意：在此种过滤中，真正起作用的是滤饼层，而不 是过滤介质。
四、沉降设备 沉降分离的基础是悬浮液中颗粒在外力作用下的沉降运 动，而这又是以两相的密度差为前提的。悬浮颗粒的直 径越大、两相的密度差越大，使用沉降分离方法的效果 就越好。根据作用于颗粒上的外力不同，沉降分离设备 分为重力沉降和离心沉降两大类。

重力沉降设备
用于除去>75m以上颗粒

降尘室----气固体系 沉降槽----液固体系 旋风分离器----气固体系 旋液分离器----液固体系
d. 常用的分离手段 ① 筛分：分离固固混合物。 ② 沉降：分离气固、液固混合物。 ③ 过滤：分离液固混合物。 ④ 离心分离：分离气固、液固混合物。
3.2 固体颗粒在流体中的运动-沉降
两相物系的沉降分离，指在某种力场中利用分散 相和连续相之间的密度差异，使之发生相对运动而实 现分离的操作过程。其中依靠重力的称为重力沉降， 依靠离心力的称为离心沉降。
以空塔速度表示的雷诺数：
当 Re≤10 时，为滞流，床层压降 (小颗粒组成的床层)为：
当 Re≥1000 时，为完全湍流，床层压降(大颗粒组成 的床层)为：
阻力产生的原因： a. 粘滞力，颗粒表面粘附的流体与流体之间形成的摩 擦力，与流体流速成正比； b. 惯性力，流体冲击颗粒形成涡流和颗粒的尾涡产生 的压头损失，与流速平方成正比。 总阻力为两者之和：
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

b. 分散相与连续相 分散相：处于分散状态的物质（如分散在流体中的固体 颗粒、液滴、气泡等），也称分散物质。 连续相：包围着分散相而处于连续状态的物质（如气态 非均相混合物中的气体、液态非均相混合物中 的液体），也称分散介质。 c. 非均相分离的目的 ① 回收分散物质：如海盐结晶后从母液中分离结晶盐。 ② 净化分散介质：如江水处理制备自来水。 ③ 环保：如化工厂污水处理
第三章 流体-固体颗粒间的运动和流态化
3.1 概述
混合物分为均相物系(物系内部组成均匀不存在相界面) 和非均相物系。 a. 非均相物系的分离 非均相指体系内包含互不相溶的两相或多相（物 系内部有隔开的相界面存在）。 气液相：如雾、泡沫液 气固相：如烟、含尘气体 液液相：如油水混合物、乳浊液 液固相：如泥浆、悬浮液 固固相：如矿石、泥砂
v -沉降速度;
为满足除尘要求，停留时间必须至少与沉降时间相等。
当
时,
即对一定物系，降尘室的处理能力只取决于降尘室 的底面积，而与高度无关。因此，降尘室设计成扁 平状，或在室内设置多层水平隔板。 式中沉降速度v可根据不同的雷诺数范围选择适当公式 计算。细小颗粒的沉降处于斯托克斯区，其沉降速度为
式中dp,min为降尘室能100%除去的最小颗粒直径。
降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大，分离效 率低，通常只适用于分离粒度大于50μm的粗颗粒，一 般作为预除尘使用。多层降尘室虽能分离较细的颗粒且 节省地面，但清灰比较麻烦。
降尘室面积计算
例4：欲用降尘室净化温度为20℃、流量为2500m3/h 的常压空气，空气中所含灰尘的密度为1800kg/m3，要 求净化后的空气中不含有直径大于10μm的尘粒，试求 所需沉降面积为多少？若降尘室底面的宽为2m，长为
③当 时，沉降形态为过渡态， 此时得到的沉降公式称为阿仑公式。
④沉降阻力系数与雷诺数的关系
4、重力沉降的应用
常用于直径0.1mm以上的颗粒，主要表现在以下几 个方面：
①气体的除尘：作为除尘的预处理，在沉降室内进行； ②悬浮液的增稠： ③固体物料的分级(同一物料不同直径的颗粒)：
④固体物料的分类(同一直径不同物料的颗粒) ：
离心沉降设备
用于除去>5～10m 颗粒
1、重力沉降设备(降尘室)
利用重力沉降从含尘气体中分离出尘粒的设备。
停留时间 ：任一流体质点从进入至离开降尘室的 时间间隔。
V -降尘室体积;
qV -流体体积流量;
A -降尘室底面积;
H -降尘室高度;
沉降时间 所需时间。
：位于降尘室最高点的颗粒降至室底
d. 常用的分离手段 ① 筛分：分离固固混合物。 ② 沉降：分离气固、液固混合物。 ③ 过滤：分离液固混合物。 ④ 离心分离：分离气固、液固混合物。
3.2 固体颗粒在流体中的运动-沉降
两相物系的沉降分离，指在某种力场中利用分散 相和连续相之间的密度差异，使之发生相对运动而实 现分离的操作过程。其中依靠重力的称为重力沉降， 依靠离心力的称为离心沉降。
假定：这里所指的沉降均指自由沉降：即当悬浮的 微小颗粒距器壁和其他颗粒有足够的距离，在沉降过 程中，颗粒的形状、尺寸不发生变化，颗粒间也不相 互黏合，颗粒与器壁或颗粒间不存在任何干扰。仅受 到颗粒本身的重力(或离心力)、浮力和流体阻力的作用， 各自独立完成的沉降。
一、重力沉降 1、静止流体中球形颗粒的重力沉降速度 沉降速度：颗粒在静止流体中沉降，当 合外力为零时，颗粒作匀速运动，此时 颗粒与流体的相对速度称为沉降速度。
度为1400kg/m3的流体中自由沉降6.0cm需要33s时间，
求该液体的粘度。
解：假设沉降处在斯托克斯区，
二、离心沉降
1、离心沉降速度 球形颗粒在离心力场中快速旋转，所得的离心力为：
所受到的浮力为：
所受到的阻力为：
颗粒在离心力场中沉降时没有匀速段，但小颗粒沉 降时加速度很小，可近似作匀速处理。
2、分离因数（离心力与重力之比）
表示在离心力作用下，引起颗粒沉降的力为其 本身重力的倍数。
f 越大，设备分离效率越高。
例3：硅胶微球密度为1800kg/m3,由常压500K热空气
夹带进入旋风分离器,进气流速15m/s,分离器中气体的 平均旋转直径为0.7m。问微球的离心沉降速度为多少？ 并与重力沉降相比较，微球直径为20μm。
三、影响沉降的因素
1、干扰沉降：当颗粒浓度较高时，由于颗粒间相互作 用明显，便发生干扰沉降。由于干扰作用，实际沉降 速度小于自由沉降速度。 2、颗粒形状：测定非球形粒的沉降速度，用沉降速度 公式计算出粒径。此时，非球形颗粒的直径，称为当 量球径。 3 、壁效应：当颗粒靠近器壁沉降时，由于器壁的影 响，其沉降速度较自由沉降速度小，这种影响称为 壁效应。
四、沉降设备 沉降分离的基础是悬浮液中颗粒在外力作用下的沉降运 动，而这又是以两相的密度差为前提的。悬浮颗粒的直 径越大、两相的密度差越大，使用沉降分离方法的效果 就越好。根据作用于颗粒上的外力不同，沉降分离设备 分为重力沉降和离心沉降两大类。

重力沉降设备
用于除去>75m以上颗粒

降尘室----气固体系 沉降槽----液固体系 旋风分离器----气固体系 旋液分离器----液固体系
例1：已算出直径为40μm的某小颗粒在20℃常压空气 中的沉降速度为0.08m/s,另一种直径为1mm的较大颗粒 的沉降速度为10m/s,试计算:（1）密度与小颗粒相同, 直径减半的颗粒,其沉降速度为多大?（2）密度与大颗 粒相同,直径加倍的颗粒,其沉降速度为多大?
例2：有一直径为2mm、密度为8000kg/m3的钢球在密
对于球形颗粒：
A ：垂直于运动方向的圆球 投影面积，即承受阻力的有 效面积，m2
代入:
2. 沉降的雷诺数 两种沉降形态：滞流沉降和湍流沉降。 滞流沉降：沉降速度较小，流动阻力主要来自流 体间的剪应力。 湍流沉降：沉降速度较大，流动阻力主要来自漩 涡和扰动。 沉降雷诺数：
为滞流，
为湍流，
为过渡形态。
3、沉降阻力系数 ①当 Re<1 时，沉降形态为滞流，此时
---斯托克斯公式，适用于小直径颗粒的沉降。
②当 Re>500 时，沉降形态为湍流，此时阻力系数接近 于一定值。
当 时，对球形颗粒： 对圆柱形颗粒： ，对圆盘形颗粒： 此时球颗粒的沉降。