固体流态化实验

1、4固体流态化实验4.1实验目的(1)掌握测定颗粒静态床层时的静床堆积密度卩和空隙率的方法；(2) 测定流体通过颗粒床层时的压降 Pm与空塔气速U的曲线和临界流化速 Umf；4.2实验原理4.2.1固定床1) 基本概念当流体以较低的空速u通过颗粒床层时床层仍处于静止状态，称这种固体颗粒床层为固定床。床层的静态特性是研究床层动态特性和规律的基础，其主要的特征有静床堆积密度pb和空隙率 两个，它们的定义分别如下：M除以静止床层的体积V计 因此p b在流体通过颗粒床层时 Pb就有两种数值，它们的大小Pb和固体颗粒密度p1.静床堆积密度：p b=M/V,它由静止床层屮的固体颗粒的质量 算而得。Pb数值的

2、大小与床层屮颗粒的堆积松紧程度有关， 不是一个定值，如颗粒床层在最紧与最松两种极限状态时， 在床层最紧与最松时分别测量出相应的床层高度就可以计算得到。2.静床空隙率: S =1 - ( p b/ p s),它是由颗粒的静床堆积密度 计算而得。2) 固定床阶段压降 Pm与空速U的关系当流体通过固定床的空速较小时， 床层的高度基本不变；当流体空速趋于某一临界速度 时，颗粒开始松动，床层才略有膨胀。因此，在此临界速度以前，单位高度的床层的压降 (A Pn/L)与空速U的关系可由欧根公式来表示，并把欧根公式改写成如下形式：AE心评21Wdm)*122 I式(1)屮，以实验数据的空速U为横坐标，以(厶P

3、m/UL)为纵坐标画图得一直线，从直线的斜率中求 出欧根系数K2,从直线的截距中计算出欧根系数Kio4.2.2流化床1) 基本概念当流体空速趋近某一临界速度Umf时，颗粒开始松动，床层略有膨胀，床层高度有所增加；当空速继续加大，此时固体颗粒悬浮在流体中作上下、自转、摇摆等随机运动，好象沸(2)表明，散式流化过程床层压降不随流体空速的变化而变化。对于聚式流化，由于气泡的形成与破 裂，流化床层的压降会有波动，流化床层的压降曲线形状与散式流化压降曲线形状 有一定的差异。2.起始流化速度Umf起始流化速度Um可由固定床与流化床两阶段的“压降空速”曲线的交点求出。另外，0.880.941.82若起始流化

4、时的雷诺数Rm10,则由式 计算得到的Umf还须乘以校正系数。4.3实验装置流程nrf?固体流态化装置流程图对空气石英砂体系，流动的空气由鼓风机0 4提供，依次经过气体流量调节阀0 3、气体 转子流量计 02、温度计01及气体分布板后，穿过石英砂组成的床层，最后床层顶部010排出。空气的流量由气体流量计读出，空气通过床层的压降由U形压差计读出，床层高度的变化由标尺杆测出。对水石英砂体系，其实验装置流程与空气石英砂体系大体相似。4.4操作步骤(1) 用木棒轻轻敲打床层，使床层高度均匀一致，并测量出首次静床高度；(2) 打开电源，启动风机；3(3) 调节气体流量从最小刻度开始，然后气体流量每次增加

5、0.5m/h，同时记录下相应的空气流量、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。(4) 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。(5) 测量结朿后，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。 (6 )在临界流化点之前必须保证有六点以上数据，且在临界流化点附近应多测几个点。4.5实验报告1).在直角坐标纸上作出pu曲线。2) 利用固定床阶段实验数据，求取欧根系数，并进行讨论分析。3) 求取实测的临界变化速度，并与理论值进行比较。4) 对实验屮观察到的现象，运用气(液)体与颗粒运动的

6、规律加以解释。4.6思考题1) 从观察到的现彖，判断属于何种流化？2) 实际流化时，p为什么会波动？3) 由小到大改变流量与由大到小改变流量测定的流化曲线是否重合，为什么？4) 流体分布板的作用是什么？ 4.7实验数据记录及数据处理结果示例实验装置：1#;实验温度：27;静床高度:143mm;起始流化高度:146.5mm石英砂密度=2.65g/cm硅胶密度=0.87 g/cm流量V(m3/h)上行压差(mmH2O)下行压普(mmH2O)流量V(m3/h)上行压差(mmH2O)下行压差(mmH2O)2.56.76.86.518.820.03.08.2817.021.620.73.59.99.87

7、.521.721,44.011.311.18.021.821.64.513.412.8921.821.95.015.315.99.52221.95.517.117.71022.1226.020.519.010.521.922图形+上行腾的液体在翻腾，此时的颗粒床层称为流化床或沸腾床，临界速度Umf称为起始流化速度。流化床现彖在一定的流体空速内岀现，在此流速范围内，随着流速的加大，流化床高度不断增加，床层空隙率相应增大。流化床根据流体有性质不同,可分为以下两种类 型。1. 散式流化一一若流化床中固体颗粒均匀地分散于流体中，床层中各处空隙率大 致相等，床层有稳定的上界面，这种流化型式称为散式流化。当流体与固体的密度相差较小时会发生散式流化，如液固体系。2. 聚式流化一一对气固体系，因流化床中气体与固体的密度相差较大，气体对固 体的浮力很小，气体对颗粒的支撑主要靠曳力，此时气体通过床层主要以大气泡的形式出 现，气泡上升到一定高度处会自动破裂，造成床层上界面有较大的波动，这种气固体系的流 态化