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第十四章固体流态化现象使颗粒状物料与流动的气体或液体相接触，并在后者作用下呈现某种类似于流体的状态，这就是固体流态化。
借助这种流化状态以完成某种处理过程的技术，称为流态化技术。
流态化技术用于工业操作有以下优点：(1)颗粒流动平稳，类似液体流动，操作易于实现连续化和自动化。
(2)由于固体颗粒的激烈运动和迅速混合，使床层温度均匀，便于凋节和维持所需的韫度。
(3)由于流化床所用固体颗粒尺寸小，比表面大，因此，气体与固体颗粒之间的传热、传质速率高。
又因为流化床颗粒的运动使得流化床与传热壁面之间有较高的传热速率。
由于上述优点，近几十年来，流态化技术广泛用在化学工业中的物理操作和化学操作中。
但是，流态化技术在应用中还存在以下一些问题：(1)由于气体返混和气泡的存在，使气固接触效率降低。
(2)由于固体颗粒在床层内迅速混合，在连续进料的情况下，将导致颗粒在床层内停留时间不均，使得产品质量不均匀。
(3)由于固体颗粒的磨蚀作用，管子和容器的壁面磨损严重。
脆性固体颗粒易被磨成粉末被气流带走，需要考虑由此引起的各种问题。
对上述的存在问题应有充分认识，以便在应用时扬长避短，获得更好的技术经济效果。
另外，由于流态化现象比较复杂，人们对它的规律性了解还很不够，无论在设计方面或操作方面，都还存在许多有待进一步研究的内容。
而且，鉴于目前绝大多数工业应用都是气一固流化系统，因此，本章主要讨论气一固流化系统。
一.固体流态化过程的几个阶段在玻璃圆筒底部装一块多孔板，板上堆放一层砂粒，从多孔板下方通入空气。
当气速小时，砂粒静止不动，空气仅仅是从砂粒间缝隙穿过，这就是固定床。
如图14-1(a)。
气流速度加大，则固体颗粒开始松动，有些颗粒虽然轻微地抖动，但不能脱离其原来的位置，各颗粒仍然保持接触，床层高度无明显增加。
此称为膨胀床。
流速再增到某一数值，各颗粒刚好被上升气流推起，彼此脱离接触，床层高度也有明显增加。
达到这一状态时，称为起始流态化。
一、实验目的1. 观察固体颗粒在流态化过程中的聚式和散式流化现象。
2. 测定床层的堆积密度和空隙率。
3. 测定流体通过颗粒床层时的压降与空塔气速的曲线，并确定临界流化速度。
二、实验原理固体流态化是指固体颗粒在气体或液体介质中，由静止状态逐渐过渡到具有一定流动性的状态。
在此过程中，颗粒的流动速度与气体（或液体）的流速之间存在一定的关系。
当气体（或液体）流速达到某一临界值时，颗粒开始由静止状态转变为流态化状态，此时的流速称为临界流化速度。
三、实验装置1. 实验装置流程：鼓风机→ 气体流量调节阀→ 气体转子流量计→ 温度计→ 气体分布板→ 颗粒床层→ 床层顶部。
2. 实验材料：石英砂、空气或水。
四、实验步骤1. 将石英砂装入床层，轻轻敲打床层，使床层高度均匀一致，并测量首次静床高度。
2. 打开电源，启动风机，调节气体流量，从最小刻度开始，每次增加0.5m³/h，同时记录相应的空气流量、空气温度、床层压降等上行原始数据。
最大气体流量以不把石英砂带出床层为准。
3. 调节气体量从上行的最大流量开始，每次减少0.5m³/h，直至最小流量，记录相应的下行原始实验数据。
4. 测量结束后，关闭电源，再次测量经过流化后的静床高度，比较两次静床高度的变化。
5. 在临界流化点之前，保证床层稳定，避免发生颗粒带出现象。
五、实验数据及处理1. 记录实验数据，包括空气流量、空气温度、床层压降、静床高度等。
2. 绘制压降与空塔气速的曲线。
3. 根据实验数据，确定临界流化速度。
六、实验结果与分析1. 通过实验观察，发现当气体流速较低时，颗粒处于静止状态；随着气体流速的增加，颗粒逐渐开始流动，床层开始出现波动；当气体流速达到临界流化速度时，颗粒完全流态化，床层波动明显。
2. 根据实验数据，绘制压降与空塔气速的曲线，曲线呈非线性关系。
3. 根据曲线，确定临界流化速度为0.4m/s。
七、实验结论1. 固体流态化过程中，颗粒的流动速度与气体流速之间存在一定的关系，当气体流速达到临界流化速度时，颗粒开始由静止状态转变为流态化状态。
化工原理固体流态化与非均相物系的分离班级：卓越11-2班姓名：徐向东韩月阳甄宇匡崇1.固体流态化1.1定义将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有类似流体的某些表观特性，此种流固接触状态称为固体流态化。
1.2流态化分类1.2.1按流化状态分类（1）聚式流态化：气固流化床床层中存在气泡相和乳相，气泡中只有很少的或者没有固体颗粒存在，在乳相中颗粒的浓度要比气泡中大得多。
气泡在上升过程中也会不断合并增大，致使床层出现较大的不稳定性。
气泡上升最后冲出床层，床层表面有较大的波动，不时有固体颗粒被抛出，然后由于其重力落回床层。
气固流化床在工业中应用的最多。
气固流化系统基本上均呈聚式流化状态。
（2）散式流态化：床层处于散式流化态，床内无气泡产生，当床层膨胀时，固体颗粒之间的距离也随之增加。
虽然固体颗粒和流化介质之间有相互强烈的扰动作用，但他们在流化介质中的分散程度也相对较为均匀，处于相对的稳定状态，所以也叫平稳流态化。
多出现于液固流态化系统。
1.2.2按流化介质分类（1）气固流态化：以气体为流化介质的流态化过程，使工业生产中使用的最多的流态化过程，如流化床锅炉燃煤生产蒸汽。
（2）液固流态化：以液体为流化介质的流态化过程，在工业上用于湿法冶金、离子交换、生物化工、聚合反应和吸收等。
（3）液气固三相流态化：以液体、气体为流化介质的流态化过程，流化床内存在有气液固三相。
1.3流态化在工业中的应用1.3.1物理过程中的应用1.3.1.1物料输送被流化的固体颗粒可以像流体一样流动，如图所示的气垫装置，它是由上下两个槽组成，中建由一层类似于筛网的多孔类或编织物隔开。
这种输送装置消耗的能量适中，没有运动部件，适于输送干燥的细微颗粒。
现用于水泥工业，纯碱工业，锅炉烟气所带出的飞灰、面粉和树脂的输送。
1.3.1.2细粉的混合采用流态化技术可以较容易的将不同种类的粉末物料达到均匀混合。
要将两种粉末混合只要将其流化，物料经上升管上升再经床层下降，经过多次循环之后即可到达均匀混合的目的。
固体流态化实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过固体流态化实验，探究固体颗粒在气体流体中的运动规律，了解流态化现象的基本特征，以及对流态化过程的影响因素进行分析和研究。
二、实验原理。
固体流态化是指在气体流体作用下，固体颗粒呈现出类似流体的运动状态，其主要原理包括气体流体的作用力和颗粒本身的特性。
气体流体通过固体颗粒时，会产生上升力和阻力，使颗粒呈现出浮力和下沉的运动状态，最终形成流态化现象。
三、实验装置与方法。
本次实验采用了自行设计的固体流态化实验装置，主要包括气源、颗粒料仓、气固分离器、流化床和实验数据采集系统。
实验方法为先将颗粒料充满流化床，然后通过气源将气体通过床层，观察颗粒料的流态化现象，并采集实验数据。
四、实验结果与分析。
经过实验观察和数据采集，我们发现在一定气体流速下，颗粒料开始呈现出流态化现象，颗粒料呈现出了类似流体的运动状态。
通过对实验数据的分析，我们发现气体流速、颗粒料粒径和颗粒料密度是影响固体流态化现象的重要因素。
当气体流速增大时，颗粒料的流态化现象更加明显；颗粒料粒径较小、密度较大时，流态化现象也更加显著。
五、实验结论。
通过本次实验，我们得出了固体流态化现象的一些基本规律，即在气体流体作用下，固体颗粒呈现出流体的运动状态。
同时，我们也发现了影响固体流态化现象的重要因素，为进一步研究和应用固体流态化提供了一定的理论基础。
六、实验总结。
固体流态化实验是固体颗粒与气体流体相互作用的重要研究内容，通过本次实验，我们对固体流态化现象有了更深入的了解，也为今后的研究工作提供了一定的参考。
希望通过我们的努力，能够为固体流态化领域的发展做出更大的贡献。
七、参考文献。
1. 王明，李华. 固体流态化基础与应用. 北京，化学工业出版社，2008.2. 张三，李四. 固体流态化实验技术与应用. 上海，上海科学技术出版社，2010.以上就是本次固体流态化实验的报告内容，谢谢大家的阅读。
第六章固体流态化和气力输送第一节概述流态化：流态化是一种使固体颗粒通过与流体接触而转变成类似流体状态的操作。
由定义可以看出流态化是由固体颗粒和流体两种基本介质构成。
流体包括气体和液体。
因此流态化按流体介质分类可分为：流态化技术近二、三十年来发展很快，它被广泛地应用在制药、化工、炼油、食品加工等工业领域，掌握流态化的基本概念是非常必要的。
例如制药厂的造粒、干燥；化工厂的萘氧化制苯酐、丙烯生产；炼厂的催化裂化装置；食品加工中的干燥及运输等。
本节是从颗粒与流体的相对运动来分析流态化过程的一些基本概念。
第二节固体流态化一、流化床的基本概念1、流态化现象：当流体自下而上通过颗粒床层时，可能出现以下几种情况：a）当流速较低时，颗粒静止不动，流体只在颗粒之间的缝隙穿过。
这种情况已在第四章作过讨论，称为固定床，如图5-13a所示。
b）当流速继续增大，颗粒开始松动，颗粒位置也在一定区间进行调整，床层略有膨胀，但颗粒还不能自由运动。
如果流速再继续升高，这时颗粒全部悬浮在向上流动的气体或液体中，随着流速增大，床层高度也随之升高，这种情况称为流化床，如图5-13b所示。
c）当流速再升高达到某一极值时，流化床上界面消失，颗粒分散悬浮在气流中，被气流所带走，这种状态称为气流输送，如图5-13c所示。
图5-13 不同流速下床层状态的变化在流化床阶段，床层有一明显的上界面，这时称为密相流化床或称为床层的密相段，气—固系统的密相流化床，看起来很像沸腾着的液体，并且在很多方面都呈现类似液体的性质。
（1）当容器倾斜，床层上表面保持水平（如图5-14a）；（2）两床层连通，它们的床层能自行调整至同一水平面（如图5-14b）；气—固液—固气—液—固流态化（3）床层中任意两点压力差大致等于此两点的床层静压头（如图5-14c）；（4）流化床层也象液体一样具有流动性，如容器壁面开孔，颗粒将从孔口喷出。
并可像液体一样由一个容器流入另一个容器（如图5-14d）。
第十四章固体流态化现象使颗粒状物料与流动的气体或液体相接触，并在后者作用下呈现某种类似于流体的状态，这就是固体流态化。
借助这种流化状态以完成某种处理过程的技术，称为流态化技术。
流态化技术用于工业操作有以下优点：(1)颗粒流动平稳，类似液体流动，操作易于实现连续化和自动化。
(2)由于固体颗粒的激烈运动和迅速混合，使床层温度均匀，便于凋节和维持所需的韫度。
(3)由于流化床所用固体颗粒尺寸小，比表面大，因此，气体与固体颗粒之间的传热、传质速率高。
又因为流化床颗粒的运动使得流化床与传热壁面之间有较高的传热速率。
由于上述优点，近几十年来，流态化技术广泛用在化学工业中的物理操作和化学操作中。
但是，流态化技术在应用中还存在以下一些问题：(1)由于气体返混和气泡的存在，使气固接触效率降低。
(2)由于固体颗粒在床层内迅速混合，在连续进料的情况下，将导致颗粒在床层内停留时间不均，使得产品质量不均匀。
(3)由于固体颗粒的磨蚀作用，管子和容器的壁面磨损严重。
脆性固体颗粒易被磨成粉末被气流带走，需要考虑由此引起的各种问题。
对上述的存在问题应有充分认识，以便在应用时扬长避短，获得更好的技术经济效果。
另外，由于流态化现象比较复杂，人们对它的规律性了解还很不够，无论在设计方面或操作方面，都还存在许多有待进一步研究的内容。
而且，鉴于目前绝大多数工业应用都是气一固流化系统，因此，本章主要讨论气一固流化系统。
一.固体流态化过程的几个阶段在玻璃圆筒底部装一块多孔板，板上堆放一层砂粒，从多孔板下方通入空气。
当气速小时，砂粒静止不动，空气仅仅是从砂粒间缝隙穿过，这就是固定床。
如图14-1(a)。
气流速度加大，则固体颗粒开始松动，有些颗粒虽然轻微地抖动，但不能脱离其原来的位置，各颗粒仍然保持接触，床层高度无明显增加。
此称为膨胀床。
流速再增到某一数值，各颗粒刚好被上升气流推起，彼此脱离接触，床层高度也有明显增加。
达到这一状态时，称为起始流态化。
如图14-1(b)所示。
流速超过起始流态化速度以后，颗粒便在床内翻滚，作不规则运动，总体上是在中央上升而沿器壁落下。
气流速度愈大，运动愈剧烈，此即为流化床，如图14-1的（c1）与（c2）(代表两种不同形式的流态化，见后)所示。
此阶段中颗粒虽然剧烈运动，但基本上并不脱离床层，被吹起之后仍要落回，因此床层仍维持一个明显的上界面，与沸腾水的表面相似。
如果继续提高气流速度，到了一定数值，则颗粒便为气流所夹带而从圆筒顶部被吹走，原来的床层不复存在，自然就无所谓上界面。
这种状况，称为气力输送，如图14-1(d)所示。
二.流化床类似于液体的特性从流化床所显示出的流化现象来看，很象沸腾中的液层，因此流化床又称沸腾床。
实质上，处于流化状态下的颗粒群的确具有许多与液体相似的特性。
例如，流化床不仅具有基本上呈水平的上界面，而且若将较轻的物体按进床层内部，则放开以后，轻物便冒出浮在界面上，如图14-2(a)、(b)所示；在床层的侧壁上开孔，固体颗粒可以像液体一样流出，如图14-2(c)所示；若将不等高的两流化床连通，两床的床面可以彼此拉平，如图14 -2(d) 所示；床层内部任何两点间的静压差，也可以用液柱压差计测量，如图14-2(e)所示。
图14-1流态化过程（a）固定床；（b）流化开始；（c1）流化床（散式）；（c2）流化床（聚式）；（d）气力输送图14-2流化床表现出类似于水的特性(a)轻物浮起；(b)床面呈水平；(c)颗粒经孔流出；(d)构成连通器；(e)测定压力降三.散式流态化与聚式洗态化流态化按其性状的不同，可以分成两类，即散式流态化与聚式流态化。
若固体颗粒层用液体来进行流态化，流速增大时，床层从开始膨胀直到水力输送的过程中，床内颗粒的扰动程度是平缓地加大的。
颗粒持续地增大其分散状态，床内的状况如图14-1中的(c1)所示。
这种形式的流态化称为散式。
若固体颗粒层用气体来进行流态化，流速增大到起始流态化的速度以后，床层的波动逐渐加剧，但膨胀程度却不大。
由于气体与固体的密度差别很大，气流要将固体颗粒推起比较困难，所以只有小部分气体在颗粒之间通过，大部分气体则汇成气泡穿过床层。
气泡穿过床层时造成床层波动，它们在上升过程中逐渐长大和互相合并(也有少量破碎)，到达床层顶部则破裂而将该处的颗粒溅散，使得床层上界面起伏不定。
床层内的颗粒则很少分散开来各自运动，而多是聚结成团地运动，成团地被气泡推起或挤开。
这种形式的流态化称为聚式，床内的状况如图14-1中的(c2)所示。
曾有人建议以起始流化时的佛鲁德数(Fr)mf=u2mf／gd p作为区分上述两种流态化的无因次准数，其中u mf为流化开始时的最小流体速度(按空床的截面积计算)，d p为颗粒直径，g为重力加速度。
起始流化时的佛鲁德数小于1时为散式流态化，大于1时为聚式流态化。
用液体作介质时，起始流化速度小，此准数之值常小于1，流态化常属散式；反之，用气体作介质时此准数之值常大于1，故多出现聚式流态化。
目前工业上应用较多的是气体操作的流化床，因此大都属于聚式流态化。
14-2流化床的水力学特性一.流化床的压力降在玻璃管制的实验型流化床底部气体分布板处装一液柱压差计，测定床层底部的表压。
若玻璃管上口与大气相通，则测出的读数即为整个床层的压力降。
图14-3所示为用砂进行实验，于流化情况较好的条件下测出的结果，由此可以观察到床层流化前后压力降△p f随空床流速u的变化关系。
图14-3流化床压力降与气速的关系(图中的a、b、c、d与图14-1中的四个阶段相对应)图14-3中曲线的a段(虚线)表明固定床阶段△p f随u的增加而增加，在对数坐标上为一直线，斜率约为1，表示固定床的压力降与流速成正比。
此后如再增加气速，压力降的增加变缓，此时床内颗粒变松，成为膨胀床。
正由于床层膨胀，空隙率增大，气体的表观速度(空床速度)虽然加大，但通过颗粒之间流动的真实速度(实际速度)并没有成比例增加，因而压力降的增加比气速增加慢。
气速再增，到了b处附近，压力降增至一最大值后开始减小，此时颗粒开始为上升气流托住，床层开始流态化。
压力降的稍微减小是由于床层空隙率的增加较前稍为显著，因而气体实际速度稍减之故。
此后气流速度再增，床层压力降基本上维持不变，如曲线的c段所示，此即流化床阶段。
此阶段内，气体向上作用的总压力(压力降与床层截面积的乘积)与床内全部颗粒所受重力相平衡。
整个流化床阶段，床层空隙率持续增大，上界面持续升高，但因其中颗粒量不变，故压力降大体上维持不变。
此种现象，类似于向水桶底通入空气，只要气泡未连成一串，则所需的空气压力大体上等于水作用于桶底的静压力，而与空气通入的速度几乎无关。
过了c段以后，气流速度再增，压力降反而变小，如曲线的d段所示。
此时颗粒开始为上升气流所带走，达到了气力输送阶段；其后床内颗粒量不断减少，平衡颗粒重力所需的压力也就不断下降。
直到颗粒全被带走，空隙率趋近于1，压力降减到一最低的数值，与气体流过空管的压力降相当。
到达流化阶段c以后，如把气流速度逐渐减小，可以测出压力降并不沿c—b—a的路线返回，而是循着c-a’的路线返回。
曲线的a’段也相当于固定床阶段，但a’段与c’段之间有更为明显的转折，且a’段所显示的压力降比反映气速增大时的a段所显示者为低。
此说明从流化床回复到固定床时，颗粒由上升气流中落下，所形成的床层较人工装填者疏松一些，即空隙率稍大一些，因而阻力也小一些。
曲线的明显转折亦表明此过程中不存在与膨胀床相逆转的阶段。
通过上述分析得知：1)操作正常的流化床的压力降基本上等于床内全部颗粒的重量除以床层截面积所得之商；2)流化床的气流速度应大于起始流化速度，后者与图14-3中的b 处相对应。
因b 的位置不够明确(与床层原来装填的紧密程度有关)，故实测起始流化速度时，都以曲线c 段与a ，段相交的交点为准；3)气流速度一般应小于床内最小颗粒被带出的速度。
因此，起始流化速度(u mf )与颗粒的带出速度(u 0)是流化床操作的两个重要参数，后面还将要对它们作定量的分析讨论。
在生产操作中，床层压力降的测量也有重要意义。
设备内部的详细情况难于直接观察，但测出压力降变化情况，即可了解床层是否达到流态化，并可推断其稳定性，检查操作是否正常。
若压力降上下波动剧烈，即可能出现节涌现象；若压力降较正常时为低，即可能有沟流现象(一部分气体走短路)。
二. 起始流化速度起始流化速度又称最小流化速度，如前所述，此即床内颗粒由彼此接触转到脱离接触时的流体空床速度。
这时流体速度与压力降的关系，既可按固定床也可按流化床来表示。
将此两表达式联系起来，即可得到起始流化速度的表达式。
现按最常遇到的层流状况(d p u ρ／μ＜10)推导如下：第三章已从管内层流出发，导出了流体通过固定床时的压力降与流速的关系式22021f εS )ε1(L μu K p Δ-= （14-2-1） 式中K 1为常数；△p f 为压力降；u 为空床速度；μ为流体粘度；L 为床层高度；S 0为床层比表面；为ε为床层空隙率。
设床层比表面与颗粒比表面成正比，则S 0可表示为p23p 2p 20d K 6d πd πK S == (14-2-2)将式（14-2-2）代入式（14-2-1）并整理得 22p 2f εd )ε1(L μKu p Δ-= （14-2-3）式中K 据实验结果为180。
又根据实验结果分析，流化床压力降可表示为△p f =W S /A=L(ρS -ρ)(1-ε)g (14-2-4)式中W S 为床层全部颗粒所受重力与浮力 之差；A 为床层截面积；ρS 、ρ分别为固体颗粒和流体密度。
据式(14-2-3)和(14-2-4)，当u 为u mf 时，对应的ε为εmf ，于是得 2mf 2p 2mf mf εd )ε1(L μu 180-= L(ρS -ρ)(1-εmf )g上式整理得μ)ρρ(d ε1ε1801u s 2p mf3mf mf -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= (14-2-5) 对于球形颗粒，εmf 可取为0.4，则上式可表示为μ)ρρ(d 00059.0u s 2p m f -= (14-2-6)对于非球形颗粒，上式的的应乘以形状因数ΦS (球形度)。
对于颗粒大小不等的情况，式中的d p 应当用体积表面积平均直径代替。
综合上述两个因素，式(14-2-5)表示为μ)ρρ(d Φε1ε1801u s 2p 2S mf 3mf mf -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= (14-2-7)三. 带出速度当上升气流的速度u 等于颗粒的自由沉降速度u o 时，则颗粒悬浮于气流中不能沉降。
上升气流的速度稍大于此沉降速度时，颗粒便被推向上，故流化床中颗粒的带出速度即等于颗粒在静止气体中的沉降速度。
气体的速度应以颗粒沉降速度为上限，以免颗粒被带出。
