第一章 流态化.ppt

对于任意形状固体颗粒，其终端速度可用P11图1-12求取。图中一族曲线表明了 和 在颗粒表面形状系数 不同时的函数关系。 该曲线图的横坐标为雷诺数 ，纵坐标为 。 其中： （不含速度项） 在解定 时，首先根据已知数求出 值，然 查得雷诺数 值， 值。 后从图中根据表面形状系数 再根据雷诺数反求出终端速度 例： 1、P11【例1-3】 2、P11【例1-4】 第三节 流化床内的传热和传质 一、流化床内的传热 1、流化床的床层温度 流化床内的传热有两大特征： （1）床层温度分布均匀 无论在水平方向还是在垂直方向几乎都是均匀一致的。 原因：这是由于流化床内的流体一般为湍流流动，并且固体颗粒在流化床层中实际上具有相当大的循环速度，粒子发生强烈的扰动的结果。 对于欲加热或冷却的固体颗粒，即使是大量地加入到流化床中，在稳定操作条件下其床层内的温度一般波动变化不大。因此在流化床中可以使所有粒子的温度保持在过程所需要的范围内，故适用于反应过程需要均一的温度或对于热敏感性物质的处理。 此外流化床易于实现自动化操作和控制，这就是流化床在工业上得到广泛应用的主要原因。 例：水泥生产中的流态化分解炉MFC，在正常流态化状态下床内温度均匀，很少出现局部过热或结皮或堵塞现象。 （2）传热面积大 流化床热量传递的另一个特征是：由于固体颗粒在气流中呈浮动状态，其传热面积相当大。 流化床与器壁之间的传热系数不仅高于单相流体，而且还高于固定床与器壁之间的传热系数。另外，在流化床中，还可以设置热交换器，以供给或排出反应过程中的热量。 床层与热交换器之间的传热系数很大，一般在120～70W/(m2℃)。 为临界状态下的雷诺准数： —流体密度，kg/m3； —流体粘度，Pa·s； —固体颗粒密度，kg/m3； —临界状态下床层厚度，m； —流化床直径，m。 （二）气—固（聚式）流化床中的不正常现象 气—固流化床比较复杂，常出现一些不正常的流化现象，使操作不稳定，降低过程的效率，严重时会使产品毁坏或使设备损坏。 最常见的不正常现象有： 1、沟流和死床 （1）沟流与死床 当气流速度超过临界速度时，局部床层可能并没有被流化，另一部分床层已被气流以吹成一条孔渠（沟流）。气流沿整个截面分布极不均匀，有的部分仍处于颗粒堆积的固定床状态，这些尚未流化的部分就称为死床。 （2）出现沟流或死床的危害 出现沟流时，显然气—固之间接触不良，相间传递及反应过程不能很好进行，从而降低了设备的效能。 在此条件下，死床部分往往有使产品烧结的危险。 产生沟流后，由于气体短路使床层的阻力低于临界流化床的床层阻力，其差值的大小就表示沟流严重的程度。 （3）引起沟流或死床的原因 固体颗粒的性质、气体流速、床层的几何尺寸、分布板的形状以及容器内部结构等。 试验表明，颗粒过细而湿，易于结成团；床层太薄，气速过低或分布不均匀以及分布器结构不合理均容易产生沟流。 2、腾涌 （1）腾涌 在气—固流化床中，由于固体物料的强烈搅动，不可避免地产生一些气泡，这些气泡在上升过程中不断增大，当床层足够高时，气泡可能汇合长大到接近容器直径。这时气泡就会象活塞一样将上面的颗粒层向上推动，并到达一定高度后落下，有时床层甚至被气泡截成若干段，这种现象叫做“腾涌”或“气截”。 （2）危害： 产生腾涌时，床层阻力波动很大，温度分面不均匀，使过程很难稳定地进行。固体颗粒被严重磨损并被气体大量带出，设备的生产能力降低，严重时，设备零件也会被冲击损坏。 （3）造成腾涌的原因： 试验研究表明，颗粒尺寸大，床层高度H和直径D之比过大，以及气速较高均易产生腾涌。 通常当H/D＜1、设备较大（D＞1m）而且内部设置构件时，腾涌现象不易产生。 例1：P4【例1-1】 【例1-1】试确定用高压饱和蒸气做流化介质时，煤粉所形成的流态化的形态。 已知： 【解】 查表得：p=210.54×105Pa时，饱和蒸汽密度 说明压力很高的情况下，气体是可以形成散式流态化的。但是，在通常情况下ρp/ρt很大,导致 , 一般情况下大于100,所以在常压情况下,气体流化床很难形成散式流态化. 四、固体颗粒的有关参数及其分类 （一）固体颗粒的特征参数 1、平均粒径 在流态化的研究中，主要根据颗粒分析结果，用质量平均粒径表示。即： 式中： —颗粒粒径为 时的质量分率； —颗粒在频率图上的粒径 —全部颗粒的平均粒径。 2、表面形状系数和比表面积 （1）表面形状系数 在工业生产中，固体颗粒形状一般都是不规刚的，为了使研究过程中的问