气固流化床的流型识别

实验四 气固流化床反应器的流化特性测定一、 实验目的1. 观察了解气固流化床反应器中不同气速下固体粒子的流化状况，建立起对流态化过程的感性认识。

2. 了解和掌握临界流化速度U mf 和起始鼓泡速度U mb 的测量原理、方法和步骤，明确细粒子流化床的基本特性。

3. 通过对U mf 和U mb 的测定，进一步理解两相理论以及临界流化速度与起始鼓泡速度的区别。

二、实验原理1．在气固流化床反应器中，气体通过床层的压力降△P 与空床速度U 0之间的关系能够很好地描述床层的流化过程。

如图1所示：气体自下向上流过床层。

当气速很小时，气体通过床层的压力降△P 与空床速度U 0在对数坐标图上呈直线关系（图1中的AB 段）；当气速逐渐增大到△P 大致等于单位面积的重量时，△P 达到一极值（图1中P 点）；流速继续增大时，△P 略有降低；此后床层压力降△P 基本不随流速而变。

此时将流速慢慢降低，开始时与前一样△P 基本不变，直到D 点以后，△P 则随流速的降低而降低，不再出现△P 的极大值，最后，固体粒子又互相接触，而成静止的固定床。

2．在一正常速度下，处于正常流化的流化床，如果突然关闭气源，则由于床层中有气泡存在，以气泡形式存在的气体首先迅速逸出床层，床层高度迅速下降；而后是浓相中的气体逸出，床层等速下降；最后是粒子的重量将粒子间的部分气体挤出，床层高度变化很小。

由此可得其床层高度随时间变化的崩溃曲线（如图2所示）。

因此，可以设想，如果床层中图1 △P ～ U 关系log Ul o g △P12 3465t (sec)260270 280 290 300 H T H D H D图2 H T ～ t 关系没有气泡，则床层一开始就随时间等速下降，所以，将上述崩溃曲线中的等速部分外推到t=0处时的床层高度，即为浓相床层的高度H D 。

这样，只要重复上述过程，多做几条崩溃曲线，总可以找到一条曲线，这条曲线正好无气泡逸出段，开始就是等速下降的起点。

液固流化床的流体形态
液固流化床是一种固体颗粒悬浮在液体中形成流动性的床层。

在液固流化床中，固体颗粒的流体形态主要包括两种状态：床层静止状态和床层流动状态。

床层静止状态：在初始阶段或者低流速条件下，床层中的固体颗粒处于静止状态。

此时，液体通过颗粒间的空隙，形成了固定的床层结构。

颗粒之间的相互作用力阻碍了颗粒的运动，使得床层整体呈现出一个相对静止的状态。

床层流动状态：随着液体的注入或者流速的增加，床层中的固体颗粒逐渐开始流动。

在床层流动状态下，固体颗粒受到液体的冲击和拖拽，床层呈现出类似流体的特性。

颗粒间的相互作用力减小，颗粒之间的空隙扩大，形成了一种流动性较强的状态。

在液固流化床中，床层的流体形态是由流速、液体性质、颗粒特性等因素共同影响的结果。

这种床层状态具有优良的传质、传热性能，被广泛应用于化工、冶金、环保等领域，例如颗粒床反应器、气化设备等。

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。

CIESC Journal, 2018, 69(9): 3835-3842 ·3835·化工学报 2018年第69卷第9期| DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20180360基于递归分析的喷雾气固流化床团聚状态识别周云龙1，卢志叶1，王猛2（1东北电力大学能源与动力工程学院，吉林省吉林市 132012；2中交煤气热力研究设计院有限公司，辽宁沈阳 110000）摘要：液体会影响喷雾气固流化中的颗粒循环模式，形成不同程度的颗粒团聚物，从而直接降低反应器的传热、传质效果。

实验中向流化床喷入不同黏度的乙二醇溶液，来人工制造团聚现象。

研究结果表明，喷入不同黏度的液体后，流化床内会形成不同的团聚结构，按照团聚物大小可分为四类：微团聚、成核团聚、黏结团聚以及糊状团聚。

通过对不同工况中的压差波动信号进行递归分析，发现不同团聚状态下的递归图纹理结构有着明显的差异。

与此同时，对50种流动条件下的递归特征量分布情况进行分析，以此来识别不同的团聚结构，整体识别率高达96.39 %。

结果表明：通过对压差信号的递归分析可以快速识别流化床中的团聚状态。

关键词：气固流化床；团聚；液体黏度；递归分析中图分类号：O 359.2 文献标志码：A 文章编号：0438—1157（2018）09—3835—08Recursive analysis and agglomerate state recognition of spray gas-solidfluidized bedZHOU Yunlong1, LU Zhiye1, WANG Meng2(1School of Energy and Power Engineering, Northeast Electric Power University, Jilin 132012, Jilin, China; 2CCCC Gas & Heat Research and Design Institute Limited Company, Shenyang 110000, Liaoning, China)Abstract: Liquid affects particle circulation in spray gas-solid fluidization by forming different extent of particle agglomerates and directly reduce heat and mass transfer of the reactor. Ethylene glycol solutions of various viscosities were sprayed onto fluidized bed to artificially create agglomerates. The results showed that liquids of different viscosities would form different agglomerates in fluidized bed, which can be divided into four groups by agglomerate size, including microaggregation, nucleation agglomerates, coherence agglomerates, and pasteagglomerates. Recursive analysis of differential pressure fluctuation signal in flow process indicated some obvious differences in recursive pattern structure under different agglomeration conditions. Further analysis finding on distribution of recursive feature indices of 50 flow conditions was used to identify agglomeration structures which 96.39 % overall recognition rate was achieved. Therefore, agglomerated state in fluidized bed was quickly identified by recursive analysis of differential pressure signal.Key words: gas-solid fluidized bed; agglomeration; liquid viscosity; recursive analysis2018-04-03收到初稿，2018-05-09收到修改稿。

固定床、移动床、流化床反应器区别，一次性说清楚！固定床、移动床、流化床反应器，这三种反应器都是有固体颗粒床层的反应器，你分的清吗？1首先，“床”指的是什么？大量固体颗粒堆积在一起，便形成了具有一定高度的颗粒床层，这就是名称里的'床'。

这些固体颗粒可以是反应物，也可以是催化剂。

2如何区分固定床、移动床、流化床反应器如果这个颗粒床层是固定不动的，就叫固定床。

如果这个颗粒床层是整体移动的，固体颗粒自顶部连续加入，又从底部卸出，颗粒相互之间没有相对运动，而是以一个整体的状态移动，叫做移动床。

当流体（气体或液体）通过颗粒床层时，进行反应。

如果将流体通过床层的速度提高到一定数值，固体颗粒已经不能维持不变的状态，全部悬浮于流体之中，固体颗粒之间进行的是无规则运动，整个固体颗粒的床层，可以像流体一样流动，这即是流动床。

下面，小七为大家详细的介绍这三种反应器。

固定床反应器又称填充床反应器，内部装填有固体催化剂或固体反应物，以实现多相反应。

固体物通常呈颗粒状，堆积成一定高度（或厚度）的床层，床层静止不动，流体通过床层进行反应。

固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。

用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。

涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。

优点催化剂机械磨损小。

床层内流体的流动接近于平推流，与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。

由于停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和转化率。

可在高温高压下操作。

缺点固定床中的传热较差。

催化剂的再生、更换均不方便，催化剂的更换必须停产进行。

不能使用细粒催化剂，但固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。

目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。

固定床反应器的分类按传热方式分类绝热式反应器绝热式固定床催化反应器在反应过程中，床层不与外界进行热量交换。

高通量循环流化床气固流动特性及甲烷化过程的数值模拟迅速、强放热的甲烷化反应特性一直是其反应器研究中不可避免的难题,而以原料气作为固体催化剂颗粒流化介质的循环流化床反应器拥有更好的传质传热效率,是理想的甲烷化反应器,然而目前对反应器内的气-固两相流动状态以及甲烷化反应过程的了解并不全面。

本文在建立循环流化床反应器三维模型基础之上,引入MP-PIC模型,在CPFD软件中对高通量循环流化床反应器内催化剂颗粒的分布规律及甲烷化反应过程进行了数值模拟分析。

首先,根据冷态试验装置建立同比例尺寸全回路几何模型,针对高通量循环流化床提升管中的气固流动特性展开数值模化,分析了操作条件（气速U_g、初始物料量M_p、操作压力P）对催化剂颗粒在提升管轴向、径向流动特性（体积分布、速度分布）的影响规律。

然后,在气固两相流动基础上耦合甲烷化反应动力学模型,进行热态模拟并使用文献中报道的实验数据验证了模拟结果;提取了甲烷化循环流化床反应器的内部流场、温度场以及组分浓度分布规律,分析了催化剂颗粒流动特性对甲烷化产率的影响;数值研究了不同温度、入口气速、压力及原料气H₂/CO比值下反应器内的甲烷生成过程;并通过正交实验探究了甲烷化产率最高的操作条件组合。

最后,以最大颗粒循环速率G_s和最小气体反窜量为目标对返料阀进行了结构改进优化。

结果表明:（1）通过将提升管压降模拟值与文献冷态实验数据对比,发现吻合较好,确定了模拟方法的可行性。

（2）催化剂颗粒浓度在反应器内轴向上呈“下浓上稀”、径向上呈“中心低,边壁高”的分布,确定了操作条件对气固流动特性的影响规律。

（3）通过甲烷化反应模拟,得到了循环流化床中温度场云图、组分浓度分布云图及数值,发现合成气组分H₂/CO比例低于3时,入口温度低于460K时,会得到较低的CO转化率和CH₄产率;通过正交实验发现入口气速是循环流化床反应器甲烷化过程的主要影响因素,甲烷化产率最高的操作条件组合为入口温度500K、入口气速4 m/s、H₂/CO比为3.5。

流化床解析流化床技术浅解一、何为流化床？二、流化床现象；三、气固相流化床的特性1、流化床的返混2、沟流和节涌四、流化床的水力学特性1、流化床的压力降2、流化起始速度3、带走速度4、操作气流速度五、流化床的反应器结构六、乙烯聚合的流化床及流化床料位控制一、将固体颗粒均匀地堆在有开孔底地容器内，形成一床层，若流体自上而下通过，颗粒并不运动。

此种床层称为固定床，如流体自下而上通过床层，低流速时，情况与固定床无异，流速加大则颗粒活动使床层膨胀，流速进一步加大时，颗粒会彼此离开而在流体中活动，流速愈大，则活动愈剧烈，并在床层内各处方向运动。

最后一种情况称为固体流化态，流化态后颗粒床层称为流化床。

有许多化工过程要在固体与流体所构成的体系中进行传热、传质和化学反应。

在流化床中，流态化了地颗粒表面则全部爆露于湍动剧烈的流体之中，从而得到更充分的利用。

绝热的混合作用使床层趋于一致。

避免了固定床中出现的温度梯度和局部过热现象，提高了平均操作温度。

流态化操作的缺点使动力消耗大，设备磨损大，颗粒易碎，均混使得出口处作为产品的物料夹杂了所加入的原料。

二、流化现象当流体通过颗粒物料层时，随着流体速度的不同，会出现不同的现象。

流体从设备下方流入，通过分布板而进入颗粒物料层。

流速低时，颗粒层中的颗粒静止不动，流体从颗粒间的缝隙通过。

此时，属固定床状态。

随流速增加，在固定层范围内，床层的空袭率不变，床高不变。

如果流体的流速继续升高至某一数值时，床层中颗粒开始运动，空隙率增大，可以看到一些颗粒在某些不位振动或游动，此种状态称为膨胀层，其床高于固定床。

若流速再增加，则床层内全部颗粒全处于运动状态，颗粒与流体间的摩擦力与其重量相平衡，颗粒间的挤压力抵消，全部颗粒悬浮与流体之中。

此时的床层称为临界流化床。

相应的床层空隙率称为临界床层空隙率εmf。

对于流化床讲，这是最小的空隙率。

达到临界状态的流体速度叫做起流速度U mf，称临界流化速度，也可教最小流化速度。

流化床干燥设备中气固两相流动的研究进展气固两相流动在流化床干燥设备中起着重要的作用。

流化床干燥设备是一种常用的工业设备，广泛应用于化工、冶金、食品、医药等领域。

在流化床干燥设备中进行气固两相流动的研究，对于提高设备的干燥效率、降低能耗、改善产品质量具有重要意义。

气固两相流动是流化床干燥设备中的核心过程之一。

在流化床干燥设备中，气态的干燥介质通过喷嘴或旋转臂进入设备，与固体颗粒进行充分的接触和混合，使固体颗粒从内部吸收水分，实现干燥的目的。

在这个过程中，气态介质的流动特性有着重要的影响。

研究表明，气固两相流动的研究进展主要体现在以下几个方面。

首先，研究人员对气固两相流动的基本特性进行了深入的研究。

他们通过实验和数值模拟等方法，探究了气态介质在流化床中的流速分布、压力分布和温度分布等相关性质。

这些研究结果为进一步优化流化床干燥设备的操作参数提供了理论基础。

其次，研究者对气固两相流动的传质过程进行了详细的研究。

在流化床干燥设备中，气态介质通常扮演着传递热量和质量的角色。

研究人员通过实验和数值模拟等手段，研究了传热传质机制、传质速率和传质系数等关键参数，并提出了一些改进的方法来提高干燥效率。

此外，研究人员还关注了气固两相流动的流态转换过程。

在干燥过程中，气固两相流体可能处于不同的流态，如床层流态、气泡流态和涡流态等。

研究者通过实验和数值模拟，揭示了不同流态之间的转换机制和条件，并提出了一些改进的方法来优化设备的操作效率。

此外，研究者还在气固两相流动的实际应用中取得了一些进展。

例如，在干燥剂选择、干燥介质的循环利用和设备结构优化等方面，研究者提出了一些创新性的方法和理念，以提高设备的干燥效率和产品的质量。

综上所述，流化床干燥设备中气固两相流动的研究进展涉及了流动特性、传质过程、流态转换及相关应用等多个方面。

这些研究成果为改进流化床干燥设备的操作参数、提高干燥效率和优化产品质量提供了重要的理论和实践指导。

未来，需要进一步加强理论研究与实际应用的结合，以推动流化床干燥设备的进一步发展和创新。