固體流態(tài)化顆粒

固體流態(tài)化顆粒第一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一．混合物的分類

自然界的大多數(shù)物質(zhì)為混合物?；旌衔锓譃閮深悾?．均相混合物

若物系內(nèi)各處組成均勻且不存在相界面，則稱為均相混合物。如溶液及混合氣體屬于此類。均相混合物組分的分離采用傳質(zhì)分離方法。

2．非均相混合物

由具有不同物理性質(zhì)（如尺寸、密度差別）的分散物質(zhì)（分散相）和連續(xù)介質(zhì)（連續(xù)相）所組成的物系稱為非均相物系或非均相混合物。顯然，非均相物系中存在相界面，且界面兩側(cè)物料的性質(zhì)不同。第二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日二．非均相混合物分離方法的分類

第三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日三．非均相混合物分離的目的

（1）收集分散物質(zhì)。例如收取從氣流干燥器或噴霧干燥器出來(lái)的氣體以及從結(jié)晶器出來(lái)的晶漿中帶有的固體顆粒，這些懸浮的顆粒作為產(chǎn)品必須回收；又如回收從催化反應(yīng)器出來(lái)的氣體中夾帶的催化劑顆粒以循環(huán)使用。再如某些金屬冶煉過(guò)程中，有大量的金屬化合物或冷凝的金屬煙塵懸浮在煙道氣中，收集這些煙塵不僅能提高該種金屬的收率，而且是提煉其它金屬的重要途徑。（2）凈化分散介質(zhì)。某些催化反應(yīng)，原料氣中夾帶有雜志會(huì)影響觸媒的效能，必須在氣體進(jìn)反應(yīng)器之前清除催化反應(yīng)原料氣中的雜質(zhì)，以保證觸媒的活性。（3）環(huán)境保護(hù)與安全生產(chǎn)。為了保護(hù)人類生態(tài)環(huán)境，消除工業(yè)污染，要求對(duì)排放的廢氣、廢液中的有害物質(zhì)加以處理，使其達(dá)到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)；很多含碳物質(zhì)與金屬細(xì)粉及空氣混合會(huì)形成爆炸物，必須除去這些物質(zhì)以消除爆炸的隱患。第四頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日顆粒及顆粒床層的特性

1.學(xué)習(xí)目的

通過(guò)學(xué)習(xí)掌握確定顆粒、顆粒床層特性參數(shù)以及流體流速床層壓降的計(jì)算方法。2．本知識(shí)點(diǎn)的重點(diǎn)

球形顆粒和非球形顆粒的大小和特性參數(shù)的計(jì)算，特別是非球形顆粒球形度及體積當(dāng)量直徑的計(jì)算。顆粒群粒度分布及平均粒徑的計(jì)算。床層孔隙率、比表面積及壓降的計(jì)算。3．本知識(shí)點(diǎn)的難點(diǎn)

本知識(shí)點(diǎn)無(wú)難點(diǎn)。第五頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一．單一顆粒的特性

表述顆粒特性的主要參數(shù)為顆粒的形狀、大?。w積）及表面積。（一）球形顆粒不言而喻，球形顆粒的形狀為球形，其尺寸由直徑d來(lái)確定，其它有關(guān)參數(shù)均可表示為直徑d的函數(shù)，諸如體積表面積比表面積（單位顆粒體積具有的表面積）d――球形顆粒的直徑，m；

S――球形顆粒的表面積，m2；

V――球形顆粒的體積，m3；

a――顆粒的比表面積，m2/m3。

第六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日（二）非球形顆粒

非球形顆粒必須有兩個(gè)參數(shù)才能確定其特性，即球形度和當(dāng)量直徑。1．球形度φS

顆粒的球形度又稱形狀系數(shù)，它表示顆粒形狀與球形的差異，定義為與該顆粒體積相等的球體的表面積除以顆粒的表面積，即φS＝式中φS――顆粒的球形度或形狀系數(shù)，無(wú)因次；

S――與該顆粒體積相等的球體的表面積，m2；

SP――顆粒的表面積，m2。由于同體積不同形狀的顆粒中，球形顆粒的表面積最小，因此對(duì)非球形顆粒，總有φS﹤1，顆粒的形狀越接近球形，φS越接近1；對(duì)球形顆粒，φS＝1。第七頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日2．顆粒的當(dāng)量直徑

工程中，經(jīng)常將非球形顆粒以某種“當(dāng)量”的球形顆粒來(lái)代替，以使非球形顆粒的某種特性與球形顆粒等效，這一球粒的直徑為當(dāng)量直徑。當(dāng)量直徑表示非球形顆粒的大小。根據(jù)不同方面的等效性，通常有兩種表示方法；（1）等體積當(dāng)量直徑顆粒的等體積當(dāng)量直徑為與該顆粒體積相等的直徑，即de=式中de――顆粒的等體積當(dāng)量直徑，m；

VP――顆粒的體積，m3。第八頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日（2）等比表面積當(dāng)量直徑即與非球形顆粒比表面積相等的直徑為該顆粒的等比表面積當(dāng)量直徑。有式中――顆粒的等比表面積當(dāng)量直徑，m；顆粒的等體積當(dāng)量直徑和等比表面積當(dāng)量直徑之間的關(guān)系：φsde所以說(shuō)，非球形顆粒的等比表面積當(dāng)量直徑一定小于其等體積當(dāng)量直徑。用上述的形狀系數(shù)及當(dāng)量直徑便可表述非球形顆粒的特性，即第九頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日非球形顆粒的特性

第十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日

表3-2泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩孔徑孔徑目數(shù)（英寸）μm目數(shù)（英寸）μm3468101420350.2630.1850.1310.0930.0650.0460.03280.016466804699332723621651116883341748651001502002704000.01160.00820.00580.00410.00290.00210.0015295208147104745338第十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日二、顆粒群的特性

工業(yè)中遇到的顆粒群可分為兩類：若顆粒群是由大小不同的粒子組成的集合體，稱為非均一性粒子或多分散性粒子；而將具有同一粒徑的顆粒群稱為單一性或單分散性粒子。顯然，多分散性粒子才需討論其粒度分布和平均參數(shù)。1．顆粒群的粒度分布不同粒徑范圍內(nèi)所含粒子的個(gè)數(shù)或質(zhì)量稱為粒度分布。顆粒粒度的測(cè)量方法有篩分法、顯微鏡法、沉降法、電感應(yīng)法、激光衍射、動(dòng)態(tài)光散射法等，這里介紹篩分法。篩分是用單層或多層篩面將松散的物料按顆粒粒度分成兩個(gè)或多個(gè)不同粒級(jí)產(chǎn)品的過(guò)程。它是機(jī)械分離方法分離固－固混合物的操作。篩分時(shí)，篩面上有篩孔，尺寸小于篩孔尺寸的物料通過(guò)篩孔，稱為篩下產(chǎn)品，其質(zhì)量稱為篩過(guò)量；尺寸大于篩孔尺寸的物料被截留在篩面上，稱為篩上產(chǎn)品，其質(zhì)量稱為篩余量。若用n層篩面，可得n+1種產(chǎn)品。篩分分析是在一套標(biāo)準(zhǔn)篩中進(jìn)行的，標(biāo)準(zhǔn)篩的篩網(wǎng)為金屬絲網(wǎng)，各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)篩的規(guī)格不盡相同，常用的泰勒制是以每英寸邊長(zhǎng)的孔數(shù)為篩號(hào)，稱為目。例如100目的篩子表示每英寸篩網(wǎng)上有100個(gè)篩孔。表3-2是泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩的目數(shù)和對(duì)應(yīng)孔徑的節(jié)錄。第十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日2．粒群的平均直徑停留在第i層篩網(wǎng)上的顆粒的平均直徑dpi>值可按di-1>和di>的算術(shù)平均值計(jì)算，即根據(jù)各號(hào)篩網(wǎng)上截留的顆粒質(zhì)量，可以計(jì)算出直徑為dpi>的顆粒占全部樣品的質(zhì)量分率xi>，再根據(jù)實(shí)測(cè)的各層篩網(wǎng)上的顆粒質(zhì)量分率，按下式可計(jì)算出顆粒群的平均直徑為式中――顆粒群的平均直徑，m；――粒徑段內(nèi)顆粒的質(zhì)量分率；>――被截留在第i層篩網(wǎng)上的顆粒的平均直徑,m。3．顆粒的密度單位體積內(nèi)粒子的質(zhì)量稱為密度，其單位為kg/m3。若粒子的體積不包括顆粒之間空隙，則稱為粒子的真密度，用ρS>表示；若粒子所占體積包括顆粒之間空隙，則稱為堆積密度或表觀密度，用ρb>表示。設(shè)計(jì)顆粒貯存設(shè)備時(shí)，應(yīng)以堆積密度為準(zhǔn)。第十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日三．顆粒床層的特性

（一）床層的空隙率床層中顆粒之間的空隙體積與整個(gè)床層體積之比稱為空隙率（或稱空隙度），以ε表示，即式中ε－床層的空隙率，m3/m3；第十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日空隙率的大小與顆粒形狀、粒度分布、顆粒直徑與床層直徑的比值、床層的填充方式等因素有關(guān)。對(duì)顆粒形狀和直徑均一的非球形顆粒床層，其空隙率主要取決于顆粒的球形度和床層的填充方法。非球形顆粒的球形度越小，則床層的空隙率越大。由大小不均勻的顆粒所填充成的床層，小顆粒可以嵌入大顆粒之間的空隙中，因此床層空隙率比均勻顆粒填充的床層小。粒度分布越不均勻，床層的空隙率就越??；顆粒表面愈光滑，床層的空隙率亦愈小。因此，采用大小均勻的顆粒是提高固定床空隙率的一個(gè)方法。第十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日空隙率在床層同一截面上的分布是不均勻的，在容器壁面附近，空隙率較大；而在床層中心處，空隙率較小。器壁對(duì)空隙率的這種影響稱為壁效應(yīng)。壁效應(yīng)使得流體通過(guò)床層的速度不均勻，流動(dòng)阻力較小的近壁處流速較床層內(nèi)部大。改善壁效應(yīng)的方法通常是限制床層直徑與顆粒直徑之比不得小于某極限值。若床層的直徑比顆粒的直徑大得多，則壁效應(yīng)可忽略。床層的空隙率可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。一般非均勻、非球形顆粒的亂堆床層的空隙率大致在0.47～0.7之間。均勻的球體最松排列時(shí)的空隙率為0.48，最緊密排列時(shí)的空隙率為0.26。第十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日（二）床層的自由截面積床層截面上未被顆粒占據(jù)的流體可以自由通過(guò)的面積，稱為床層的自由截面積。小顆粒亂堆床層可認(rèn)為是各向同性的。各向同性床層的重要特性之一是其自由截面積與床層截面積之比在數(shù)值上與床層空隙率相等。同床層空隙率一樣，由于壁效應(yīng)的影響，壁面附近的自由截面積較大。第十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日（三）床層的比表面積床層的比表面積是指單位體積床層中具有的顆粒表面積（即顆粒與流體接觸的表面積）。如果忽略床層中顆粒間相互重疊的接觸面積，對(duì)于空隙率為ε的床層，床層的比表面積ab(m2/m3)與顆粒物料的比表面積a具有如下關(guān)系：ab＝a(1-ε

)床層的比表面積也可用顆粒的堆積密度估算，即式中――顆粒的堆積密度，kg/m3；――顆粒的真實(shí)密度，kg/m3。第十八頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日四.流體通過(guò)固定床流動(dòng)的壓力降

1．床層的簡(jiǎn)化模型細(xì)小而密集的固體顆粒床層具有很大的比表面積，流體通過(guò)床層的流動(dòng)多為爬流，流動(dòng)阻力基本上為粘性摩擦阻力，同時(shí)使整個(gè)床層截面速度的分布均勻化。為解決流體通過(guò)床層的壓力降計(jì)算問(wèn)題，在保證單位床層體積表面積相等地前提下，將顆粒床層內(nèi)實(shí)際流動(dòng)過(guò)程大幅度加以簡(jiǎn)化，以便可以用數(shù)學(xué)方程式加以描述。經(jīng)簡(jiǎn)化而得到的等效流動(dòng)過(guò)程稱之為原真實(shí)流動(dòng)過(guò)程的物理模型。簡(jiǎn)化模型是將床層中不規(guī)則的通道假設(shè)成長(zhǎng)度為L(zhǎng)，當(dāng)量直徑為的一組平行細(xì)管，并且規(guī)定：（1）細(xì)管的全部流動(dòng)空間等于顆粒床層的空隙容積；（2）細(xì)管的內(nèi)表面積等于顆粒床層的全部表面積。第十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日

以1m3床層體積為基準(zhǔn)，細(xì)管的當(dāng)量直徑可表示為床層空隙率ε及比表面積ab的函數(shù)，即對(duì)球形顆粒而言第二十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日2．流體通過(guò)床層壓降的數(shù)學(xué)描述根據(jù)前述簡(jiǎn)化模型，流體通過(guò)一組平行細(xì)管流動(dòng)的壓降為

—流體通過(guò)床層的壓降，Pa;L—床層高度，m；

deb－床層流道的當(dāng)量直徑，m；u1－流體在床層內(nèi)的實(shí)際流速，m/s；u1與按整個(gè)床層截面計(jì)算的空床流速u的關(guān)系為即為流體通過(guò)固定床壓降的數(shù)學(xué)模型，式中的為流體通過(guò)床層流道的摩擦系數(shù)，稱為模型參數(shù)，其值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。

第二十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日固體流態(tài)化技術(shù)（一）流態(tài)化現(xiàn)象

當(dāng)流體以不同速度由下向上通過(guò)固體顆粒床層時(shí)，根據(jù)流速的不同，可能出現(xiàn)以下幾種情況。首先討論均勻顆粒組成的理想流化床。第二十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日1．固定床階段

當(dāng)流體空塔速度較低時(shí)，顆粒所受的曳力較小，能夠保持靜止?fàn)顟B(tài)，流體只能穿過(guò)靜止顆粒之間的空隙而流動(dòng)，這種床層稱為固定床，如圖片3-30(a)所示，床層高度為L(zhǎng)0不變。保持固定床狀態(tài)的流體最大空塔速度為

式中ε----固定床的空隙率，m3/m3；ut----顆粒的帶出速度，即沉降速度，m/s。第二十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日2．流化床階段

(1)臨界流化狀態(tài)當(dāng)流體空塔速度u稍大于時(shí)，顆粒床層開(kāi)始松動(dòng)，顆粒位置也在一定區(qū)間內(nèi)開(kāi)始調(diào)整，床層略有膨脹，但顆粒仍不能自由運(yùn)動(dòng)，床層的這種情況稱為初始流化或臨界流化，所示，此時(shí)床層高度為L(zhǎng)mf，空塔氣速稱為初始流化速度或臨界流化速度，以u(píng)mf表示。（2）流化床當(dāng)顆粒間流體的實(shí)際速度u1(=u/ε)等于顆粒的沉降速度ut時(shí)，固體顆粒將懸浮于流體中作隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，床層開(kāi)始膨脹、增高，空隙率也隨之增大，此時(shí)顆粒與流體之間的摩擦力恰好與其凈重力相平衡。此后床層高度將隨流速提高而升高，但顆粒間的實(shí)際流速恒等于ut，這種床層具有類似于流體的性質(zhì)，故稱為流化床。原則上，流化床有個(gè)明顯的上界面。第二十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日（3）稀相輸送床階段若流速再升高達(dá)到某一極限時(shí)（u1＞ut），流化床的上界面消失，顆粒分散懸浮于氣流中，并不斷被氣流帶走，這種床層稱為稀相輸送床，顆粒開(kāi)始被帶出的速度稱為帶出速度，其數(shù)值等于顆粒在該流體中的沉降速度。（4）狹義流化床和廣義流化床狹義流化床特指上述第二階段（即流化床階段），廣義流化床泛指非固定階段的流固系統(tǒng)，其中包括流化床、載流床、氣力或液力輸送。第二十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日（二）實(shí)際流化床中兩種不同流化形式1．散式流化在流態(tài)化時(shí)，通過(guò)床層的流體稱為流化介質(zhì)。散式流化的特點(diǎn)是固體顆粒均勻地分散在流化介質(zhì)中，接近于理想流化床，故亦稱均勻流化。隨流速增大，床層逐漸膨脹而沒(méi)有氣泡產(chǎn)生，顆粒間的距離均勻增大，床層高度上升，并保持穩(wěn)定的上界面。通常，兩相密度差小的系統(tǒng)趨向于散式流化，故大多數(shù)液－固流化屬于“散式流化”。第二十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日2．聚式流化對(duì)于密度差較大的氣－固流化系統(tǒng)，一般趨向于形成聚式流化。在氣－固系統(tǒng)的流化床中，超過(guò)流化所需最小氣量的那部分氣體以氣泡形式通過(guò)顆粒層，上升至床層上界面時(shí)破裂，這些氣泡內(nèi)可能夾帶有少量固體顆粒。此時(shí)床層內(nèi)分為兩相，一相是空隙小而固體濃度大的氣固均勻混合物構(gòu)成的連續(xù)相，稱為乳化相；另一相則是夾帶有少量固體顆粒而以氣泡形式通過(guò)床層的不連續(xù)相，稱為氣泡相。由于氣泡在床層中上升時(shí)逐漸長(zhǎng)大、合并，至床層上界面處破裂，因此，床層極不穩(wěn)定，上界面亦以某種頻率上下波動(dòng)，床層壓降也隨之相應(yīng)波動(dòng)。第二十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日（三）流化床的主要特性1．流化床恒定的壓降（1）理想流化床在理想情況下，流體通過(guò)顆粒床層時(shí)，克服流體阻力產(chǎn)生的壓降與空塔氣速之間的關(guān)系如圖(3-31)所示，大致可分為以下幾個(gè)階段：①固定床階段

②流化床階段與C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流速稱為臨界流化速度umf

它是最小流化速度相應(yīng)的床層空隙率稱為臨界空隙率emf。第二十八頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日①固定床階段此時(shí)氣速較低，床層靜止不動(dòng)，氣體通過(guò)床層的空隙流動(dòng)，隨氣速的增加，氣體通過(guò)床層的摩擦阻力也相應(yīng)增加。如圖3-30中AB段所示。②流化床階段當(dāng)流速繼續(xù)增大超過(guò)C點(diǎn)時(shí)，床層開(kāi)始松動(dòng)，顆粒重排，床層空隙率增大，逐漸地顆粒開(kāi)始懸浮在流體中自由運(yùn)動(dòng)，床層的高度亦隨氣速的提高而增高，但整個(gè)床層的壓力降仍保持不變，仍然等于單位面積的床層凈重力。第二十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日流化階段中床層的壓力降，可根據(jù)顆粒與流體間的摩擦力恰與其凈重力平衡的關(guān)系求出，即

式中Lmf――開(kāi)始流化時(shí)床層的高度。隨著流速的增大，床層高度和空隙率e都增加，而Dp維持不變，壓降不隨氣速改變而變化是流化床的一個(gè)重要特征。根據(jù)這一特點(diǎn)，可通過(guò)測(cè)定床層壓降來(lái)判斷流化質(zhì)量?jī)?yōu)劣。整個(gè)流化床階段的壓力降為

第三十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日（2）實(shí)際流化床實(shí)際流化床的情況比較復(fù)雜，其Dp-u關(guān)系曲線如圖(3-32)所示。它與理想流化床Dp-u曲線的主要區(qū)別是：①在固定床區(qū)域AB和流化床區(qū)域DE之間有一個(gè)“駝峰”BCD，這是因?yàn)楣潭ù驳念w粒間相互擠壓，需要較大的推動(dòng)力才能使床層松動(dòng)，直至顆粒達(dá)到懸浮狀態(tài)時(shí)，壓降Dp便從“駝峰”段降到水平段DE段，此后降基本不隨氣速而變，最初的床層愈緊密，“駝峰”段越陡峭。②由于流化床階段Dp保持不變，壓降線DE應(yīng)為水平線，而實(shí)際流化床中DE線右端略微向上傾斜。這是由于氣體通過(guò)床層時(shí)的壓強(qiáng)降除絕大部分用于平衡床層顆粒的重力外，還有很少一部分能量消耗于顆粒之間的碰撞及顆粒容器壁之間的摩擦。③在圖3-31中還可見(jiàn)到DE線的上下各有一條虛線，這是氣體流化床壓力降的波動(dòng)范圍，而DE線是這兩條線的平均值。在氣泡運(yùn)動(dòng)、長(zhǎng)大、破裂的過(guò)程中產(chǎn)生壓力降的波動(dòng)。第三十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日2．類似于液體的特點(diǎn)在流化床中，氣、固兩相的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就象沸騰的液體，因此流化床也稱為沸騰床。如圖(3-33)所示。流化床具有液體的某些性質(zhì)，如具有流動(dòng)性，無(wú)固定形狀，隨容器形狀而變，可從小孔中噴出，從一個(gè)容器流入另一個(gè)容器；具有上界面，當(dāng)容器傾斜時(shí)，床層上界面將保持水平，當(dāng)兩個(gè)床層聯(lián)通時(shí)，它們的上界面自動(dòng)調(diào)整至同一水平面；比床層密度小的物體被推入床層后會(huì)浮在床層表面上。這種類似于液體的特性使操作易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化和自動(dòng)化。第三十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日3．床層內(nèi)固體顆粒的均勻混合流化床內(nèi)的固體顆粒處于懸浮狀態(tài)并不停地運(yùn)動(dòng)，這種顆粒的劇烈運(yùn)動(dòng)和均勻混合使床層基本處于全混狀態(tài)，整個(gè)床層的溫度、組成均勻一致，這一特征使流化床中氣固系統(tǒng)的傳熱大大強(qiáng)化，床層的操作溫度也易于調(diào)控。但顆粒的激烈運(yùn)動(dòng)使顆粒間和顆粒與固體器壁間產(chǎn)生強(qiáng)烈的碰撞與摩擦，造成顆粒破碎和固體壁面磨損；同時(shí)當(dāng)固體顆粒連續(xù)進(jìn)出床層時(shí)會(huì)造成顆粒在床層內(nèi)的停留時(shí)間不均，導(dǎo)致固體產(chǎn)品的質(zhì)量不均。顯然，流態(tài)化技術(shù)有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，掌握流態(tài)化技術(shù)，了解其特性，應(yīng)用時(shí)揚(yáng)長(zhǎng)避短，可以獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。第三十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日（四）流化床的不正常現(xiàn)象騰涌現(xiàn)象主要出現(xiàn)在氣-固流化床中。若床層高度與直徑之比值過(guò)大，或氣速過(guò)高，或氣體分布不均時(shí)，會(huì)發(fā)生氣泡合并現(xiàn)象。當(dāng)氣泡直徑長(zhǎng)到與床層直徑相等時(shí)，氣泡將床層分為幾段，形成相互間隔的氣泡層與顆粒層。顆粒層被氣泡推著向上運(yùn)動(dòng)，到達(dá)上部后氣泡突然破裂，顆粒則分散落下，這種現(xiàn)象稱為騰涌現(xiàn)象。出現(xiàn)騰涌時(shí)，Dp-u曲線上表現(xiàn)為Dp在理論值附近大幅度的波動(dòng)。這是因?yàn)闅馀菹蛏贤苿?dòng)顆粒層時(shí)，顆粒與器壁的摩擦造成壓降大于理論值，而氣泡破裂時(shí)壓降又低于理論值。第三十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日2．溝流現(xiàn)象溝流現(xiàn)象是指氣體通過(guò)床層時(shí)形成短路，大部分氣體穿過(guò)溝道上升，沒(méi)有與固體顆粒很好地接觸。由于部分床層變成死床，顆粒不是懸浮在氣流中，故在Dp-u圖上表現(xiàn)為低于單位床層面積上的重力，如圖3-35所示。溝流現(xiàn)象的出現(xiàn)主要與顆粒的特性和氣體分布板的結(jié)構(gòu)有關(guān)。粒度過(guò)細(xì)、密度大、易于粘連的顆粒，以及氣體在分布板處的初始分布不均，都容易引起溝流。第三十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日（五）流化床的操作范圍要使固體顆粒床層在流化狀態(tài)下操作，必須使氣速高于臨界氣速umf，而最大氣速又不得超過(guò)顆粒帶出速度。1．臨界流化速度umf確定臨界流化速度主要有兩種方法，即實(shí)驗(yàn)測(cè)定法和關(guān)聯(lián)式計(jì)算法。（1）實(shí)驗(yàn)測(cè)定法測(cè)試裝置如圖3-35所示。利用這套裝置可測(cè)定固體顆粒床層從固定床到流化床，再?gòu)牧骰不氐焦潭ù矔r(shí)壓降與氣體流速之間的相互關(guān)系，得到如圖3-31的曲線，曲線上C’點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流速即為臨界流化速度。第三十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日測(cè)定時(shí)常用空氣作流化介質(zhì)，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)根據(jù)其所用的介質(zhì)及其它條件加以校正。設(shè)為以空氣為流化介質(zhì)時(shí)測(cè)定的臨界流化速度，則實(shí)際生產(chǎn)中的臨界流化速度umf可用下式推算：式中ρ----實(shí)際流化介質(zhì)密度，kg/m3；ρa(bǔ)----空氣密度，kg/m3；m----實(shí)際流化介質(zhì)粘度，Pa·s；ma----空氣的粘度，Pa·s。第三十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日（2）關(guān)聯(lián)式計(jì)算法對(duì)于單分散性固體顆粒，其臨界流化速度為

對(duì)于多分散性粒子床層，則需通過(guò)關(guān)聯(lián)計(jì)算。由于臨界點(diǎn)是固定床到流化床的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，所以，臨界點(diǎn)的壓力降既符合流化床的規(guī)律也符合固定床的規(guī)律。當(dāng)顆粒直徑較小時(shí)，顆粒床層雷諾數(shù)Reb一般小于20時(shí)，

第三十八頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日床層的臨界空隙率emf的數(shù)據(jù)常常不易獲得，對(duì)于許多不同系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)存在以下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，即

可將此二經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式分別得到計(jì)算umf的兩個(gè)近似式對(duì)于小顆粒

對(duì)于大顆粒

第三十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日2．帶出速度顆粒帶出速度即顆粒的沉降速度，各種情況下的沉降速度公式見(jiàn)知識(shí)點(diǎn)3-2。值得注意的是，計(jì)算umf時(shí)要用實(shí)際存在于床層中不同粒度顆粒的平均直徑dp，而計(jì)算ut時(shí)則必須用具有相當(dāng)數(shù)量的最小顆粒直徑。3．流化床的操作范圍流化床的操作范圍，可用比值ut/umf的大小來(lái)衡量，該比值稱為流化數(shù)。對(duì)于均勻的細(xì)顆粒，可得

ut/umf＝91.7對(duì)于大顆粒，可得ut/umf＝8.62

研究表明，上述兩個(gè)上下限值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本相符，ut/umf比值常在10～90之間。ut/umf比值是表示正常操作時(shí)允許氣速波動(dòng)范圍的指標(biāo)，大顆粒床層的ut/umf值較小，說(shuō)明其操作靈活性較差。第四十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日三.提高流化質(zhì)量的措施

流化質(zhì)量是指流化床均勻的程度，即氣體分布和氣固接觸的均勻程度。流化質(zhì)量不高對(duì)流化床的傳熱、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都非常不利。聚式流化床中影響流化