第三章、过滤与沉降.ppt

1、第三章 沉降与过滤 (Settling and filtration),概述 第一节重力沉降 第二节过滤 第三节离心沉降,概 述 一. 非均相物系的分离 混合物有： 均相混合物(物系)：物系内部各处物料性质均匀，无相界面。 例：混合气体、 溶液。 非均相混合物(物系)：物系内部有隔开的相界面存在，而在相 界面两侧的物料性质截然不同的物系。 例：含尘气体、悬浮液、乳浊液、泡沫液。,气态非均相物系,液态非均相物系,许多化工生产过程中，要求分离非均相物系。,非均相物系 分散相(分散物质)：处于分散状态的物质。气体中尘 粒、悬浮液中的颗粒、乳浊液中的液滴。 连续相(分散介质)：包围着分散相，处于连续状

2、态的 物质。含尘气体中的气体、悬浮液中的液体。,均相混合物的分离： 吸收、蒸馏。 非均相混合物的分离：分散相、连续相物理性质不同(不同) 机械方法：沉降、过滤。,非均相物系分离的目的： （1）回收分散物质（分散相） （2）净制分散介质（连续相） （3）劳动保护和环境卫生等。,含尘气体和悬浮液的分离： 沉降分离法：使气体或液体中的固体颗粒受重力、离心力 或惯性力作用而沉降的方法； 过滤分离法：利用气体或液体能通过过滤介质而固体颗粒不能 穿过过滤介质的性质进行分离的， 如袋滤法,含尘气体的分离还有: 液体洗涤除尘法：使含尘气体与水或气体液体接触，洗去 固体颗粒的方法。 电除尘法：使含尘气体在高压电

3、场内受电场力的作用而 沉降分离的方法。,二颗粒与流体相对运动时所受的阻力,曳力/阻力：当流体以一定速度绕过静止的固体颗粒流动时， 由于流体具有黏性，对颗粒产生的作用力；或 当固体颗粒在静止流体中移动时，流体对颗粒 的作用力 两种力的性质相同,只要有相对运动的存在，就有阻力就存在，只要相对运动速度相同，阻力就相同,沉降(settling)：在某种力(重力、离心力)作用下，利用连续 相与分散相的密度差异，使之发生相对运动 而分离的操作。,重力沉降：由地球引力(重力)作用而发生的沉降过程。,一沉降速度 球形颗粒的自由沉降,第一节 重力沉降,自由沉降：单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中 充分地分

4、散，颗粒之间互不接触，互不碰撞的 条件 下的沉降。,将表面光滑、刚性的球形颗粒置于静止的流体中。 颗粒：P、d、m ; 流体：、; P,Fb,Fg,其中，颗粒的体积为,设颗粒初速度为0，受力情况分析：,球的体积？浮力计算公式？,Fb,Fg,当两个力之和不为0，则有加速度存在，当颗粒下沉时，颗粒受到流体向上的阻力Fd，令u为颗粒与流体的相对运动速度：,Fd,根据牛顿第二定律：,随着颗粒向下沉降，u，Fd，a。 当u增加到一定数值u0时，du/d=a=0。于是颗粒 开始作匀速沉降运动。,可见，颗粒的沉降过程分为两个阶段：起初为加速阶段，而后为匀速阶段。,对于小颗粒，在匀速阶段中，颗粒相对于流体的运

5、动速度， 称为沉降速度-加速阶段忽略不计。,a=0，匀速运动 uo 所以，得：,关键是找出,关键：求实验证明、 是Re的函,层流区、10-4Re1 过渡区、1Re1000 湍流区、1000Re2105,d为颗粒的直径、uo颗粒的沉降速度,和 Re0的关系可有实验测得、关系如下图所示,阻力系数Re0关系图,将代入：,层流区 =24/Re,上三式中：, 在层流区和过渡区中，uo还和黏度有关液体的黏度约 为气体的50倍，故颗粒在液体中沉降速度比在气体中小得多,过渡区 =30/Re0.625,湍流区 =0.44,斯托克斯定律,阿伦定律,牛顿定律,已知球形颗粒直径，要计算沉降速度时，由于ut为待求量，所

6、以Re值是未知量。需要用试差法进行计算ut 。 例如，当颗粒直径较小时，,选择相应计算式,直到所求ut计算出的Re符合于所用计算式的流型范围为止。,沉降速度的计算,例3-1 一直径为1.00mm、密度为2500kg/m3的玻璃球在 20的水中沉降，试求其沉降速度。,解 由于颗粒直径较大，先假设流型层于过渡区,校核流型，Re=dPut/=10-30.157103/10-3=157 故属于过渡区，与假设相符。,当已知沉降速度，求颗粒直径时，也需要试差计算。,、影响沉降速度的其它因素,颗粒形状 壁效应 (3) 干扰沉降,测定非球形粒的沉降速度，用沉降速度公式 计算出粒径。此时，非球形颗粒的直径， 称

7、为当量球径。,当颗粒靠近器壁沉降时，由于器壁的影响，其 沉降速度较自由沉降速度小，这种影响称为 壁效应。,当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间相互 距离较近时，颗粒沉降会受到其它颗粒的影响， 这种沉降称为干扰沉降。 干扰沉降速度比自由沉降小。,二.降尘室,利用重力沉降从含尘气体中分离出尘粒的设备。,预分离器，粒径大于50m。,（1）停留时间与沉降时间,气体入室减速,颗粒的沉降运动+随气体运动,沉降运动时间气体停留时间分离,u,uo,L,H,所需沉降时间=H/uo,在室内停留时间=L/u,分离满足的条件：,含尘气体的最大处理量 为： V=AOUO,含尘气体的处理量为沉降室的底面积乘以沉降速度，而与

8、沉降高度无关，因此，沉降室一般做成扁平形状的，为了增大处理量，可做成多层，称为多层隔板降尘室。,由此可知,（2）能被沉降室完全分离出来的颗粒最小直径,可分为三类计算问题： (1) 已知气体处理量qVs, 物性数据(, , p ), 临界粒径 dpc , 求底面积A； 已知底面积A, 物性数据, 临界粒径 dpc , 求气体处理量qVs ； 已知气体处理量qVs, 物性数据 , 底面积A, 求临界粒径 dpc ；,由层流区的计算式,例3-2 用高2m 、宽2.5m、长5m的重力降尘室分离空气中的粉尘。在操作条件下空气的密度为0.779kg/m3，黏度为2.5310-5Pa.s，流量为5.0104

9、m3/h。粉尘的密度为2000 kg/m3。试求粉尘的临界粒径。,解：已知空气流量qvs，密度，黏度，粉尘的密度p， 降尘室的宽度W，长度L, 可知：,假设沉降处于过渡区：,故属于过渡区，与假设相符。,重力沉降是自由沉降，沉降时间很长，效率不高，而且只能是初步分离，当沉淀中含夜量较少时，沉降方法不适用，这是就要采用过滤,第二节 过 滤,过滤：在外力的作用下，悬浮液中的液体通过多孔介质的孔道 而固体颗粒被截留下来， 从而实现固、液分离的操作。,过滤术语：滤浆过滤操作所处理的悬浮液 过滤介质所用的多孔物质 滤液通过介质孔道的液体 滤饼或滤渣被截留的物质,过滤目的：从悬浮液中分离出固体颗粒。,一、悬

10、浮液的过滤 .两种过滤方式 工业上，基本上有两种：深层过滤和滤饼过滤。,（1）深层过滤：粒状床层孔道(如砂层)为有效过滤介质。 当悬浮液中所含颗粒很小，且含量很少时（固相体积分率0.1%），常用较厚的粒状床层做过滤介质进行过滤。颗粒在经过床层内细长而弯曲的孔道时，靠静电、分子间力、毛细管力等的作用而附着在孔道壁上，没有滤饼形成，所以这种过滤称为深层过滤。 常用于自来水净化和污水处理。,（2）滤饼过滤： 滤饼层为有效过滤介质。 当悬浮液中所含颗粒较多时（固相体积分率1%），常用滤布、滤网做过滤介质进行过滤。当粒径大于过滤介质孔径时，显然会形成滤饼；当粒径小于过滤介质孔径时，通过“架桥现象”也会形

11、成滤饼。随着滤饼的增厚，滤饼层就成为有效的过滤介质，所以这种过滤称为滤饼过滤。 常用于化工生产，本章只讨论滤饼过滤。,2. 过滤介质 作用：使液体通过而固体颗粒截留住 要求：具有多孔性（适宜的孔径、比颗粒小，或可形成架桥）、 阻力小； 具有化学稳定性、耐腐蚀性和耐热性； 因过滤介质是滤饼的支承物，应具有足够的机械强度。 工业中常用的过滤介主要有三种： (1) 织物介质：由纤维、金属丝等编织而成的滤布和滤网，使用 最广。 (2) 堆积介质：由砂、木炭等堆积而成的床层，用于深层过滤。 (3) 多孔介质：由多孔陶瓷、多孔金属和多孔塑料制成的管和板。,3、助滤剂 目的： 防止过滤介质孔道堵塞，或降低可

12、压缩滤饼的过滤阻力。 助滤剂：一种坚硬的粉状或纤维状的固体，能形成疏松结构。 加助滤剂和方法有预涂法和预混法。 要求：作助滤剂的物质应能较好地悬浮于料液中，且颗粒大小 合适，助滤剂中还不应含有可溶于滤液的物质，以免污染 滤液。 常用的助滤剂有: 硅藻土、珍珠岩粉、碳粉 和石棉粉等。 【注意】：当滤饼是产品时不能使用助滤剂。,4、悬浮液量、固体量、滤液量与 滤渣量的关系,滤液量 悬浮液中所含液体量,滤液，密度 ，体积 V 悬浮液 液体 湿滤渣，密度c 干渣，密度p,二 过滤基本方程式,过滤基本方程式主要描述滤液量随时间的变化关系， 即V的关系。,过滤速度：单位时间通过单位面积的滤液体积，可表示为

13、 dV/Ad ，m/s。,过滤推动力压力差,L,p1,p2,过滤阻力=滤饼阻力+过滤介质阻力,PC：饼层压差；Pm：过滤介质压差,RC Rm,圆管内层流流动时： 哈根-泊谡叶方程,过滤过程中，滤液通过 滤饼 的流速较低， 其流动一般处于层流状态.,l滤饼中毛细孔道的平均长度。 d毛细孔道平均直径，为定值。 u 液体在通道内的流速。 p 液体在滤渣层前后的压力差。 液体的粘度，定值。,流体在层流流动时直管阻力损失计算公式,滤液在滤饼层毛细孔道内的流速u 过滤速度dV/Adt,将两式代入,得：,令 ，,则有：,推动力： pc,r：比例系数，称为滤饼的比阻，表示单位过滤面积 上滤饼为1m3 (即Vc

14、/A=1)时的阻力，由实验测定。,滤饼阻力：,过滤介质阻力,V滤液量。Ve当量滤液量、介质常数,过滤推动力,过滤阻力,过滤过程中，滤液通过 过滤介质,Rm,所以，得：,过滤速度方程：,过滤速率方程：,【注意】：当量滤液量Ve不是真正的滤液量，其值与过滤介质的性质，滤饼及滤浆的性质有关，可由实验确定。,三 恒压过滤,因为，过滤速率方程时微分形式的方程，若用此式求出过滤时间与滤液量之间的关系式，还需根据具体情况积分。,工业生产上有两种典型的过滤操作方式，恒压和恒速。 实际应用时可采取先恒速后恒压过滤的操作方式。 恒压过滤：过滤操作是在恒定压差下进行的。 是最常见的过滤方式。,1、滤液体积于过滤时间

15、的关系,恒压过滤时，如图： 滤液体积V过滤时间,OO曲线表示 与过滤介质阻力对应的虚拟（当量）滤液体积Ve与虚拟过滤时间e的关系。,当p不变(即恒压)，悬浮液一定(r,v ,和Ve一定 )时，积分过滤方程式：,积分得：,令:q=V/A，单位面积上的滤液量 qe=Ve/A，单位面积上的当量滤液量 ,为常数 则改写成q与的关系式：,令,，化为：,恒压过滤方程式,若介质阻力可忽略不计，2VVe=0，则上式可简化为：,过滤常数,方程， ， 都是,（基本方程式）,若介质阻力可忽略不计，2qqe=0，则上式可简化为：,2、过滤常数的测定,K, Ve、qe,在恒压下， K, Ve、qe都是由实验测定,【注意

16、】：,与悬浮液的性质，温度，压力差有关，,只有在工业生产条件和实验条件一致时，才能直接使用实验测定的过滤常数K和qe。,3、洗涤时间t 洗涤时间t等于洗涤液用量vw 除以洗涤速率 对于板框压滤机，属于横穿洗涤、洗涤速率等于四分之一的过滤速度。 对于叶滤机和转筒过滤机，属于置换洗涤、 洗涤速率等于过滤速率。,4、生产能力 对于间歇过滤机：一个完整的操作过程包括过滤时间 、洗涤时间t、卸渣、重装等辅助时间T 即总时间 t总= + t+ T 生产能力 V一个操作周期内获得的滤液量,四. 过滤设备,1、 板框式压滤机,2 、 转筒真空过滤机,3 、离心过滤机,1、 板框式压滤机 由许多交错排列在支架上

17、并可在支架上 滑动的滤板和虑框组成 洗涤板 滤板 非洗涤板 结构 滤布 滤框 过滤路径：滤浆 框内 滤饼 滤布 板内 排出 洗涤路径：洗水 洗板滤布 框 滤饼 非洗板排出,1-非洗涤板；,2-框；,3-洗涤板；,四角均开孔,组装: 1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1,滤布框的两侧,滤浆由总管入框,框内形成滤饼,滤液穿过饼和布,经每板上旋塞排出(明流),从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流),过滤,优点：结构简单，压强大，适用性强，适用黏性 大及有腐蚀 性的物系。 缺点：操作麻烦，劳动强度大，费时，多为间歇式。,板框式压滤机,2 . 转筒真空过滤机 （1）构造与操作 转筒真空过滤

18、机是连续操作的设备，其每一部分面积，都顺序地经过过滤、脱水、洗涤、卸料四个区域，转筒每旋转一周即完成一个操作循环。,转鼓 结构 动盘 分配头 定盘,特点：自动，连续进行，节省人力，生产能力大，但结构 复杂，投资大，真正过滤面积不大，且不适宜温度 过高的浆料。,生产能力单位时间内获得的滤液量，Q； 浸液率转筒表面浸入滤浆中的分数，表示为：,有效过滤时间某一瞬间开始进入滤浆中的转筒表面经过 过滤区，最后从滤浆中出来，这一段时间 为转筒旋转一周的有效过滤时间。,转数N，1/s，旋转一周的时间1/N，有效过滤时间为：,2 . 转筒真空过滤机,3. 离心过滤机（自学）,第三节离心机,离心沉降：依靠离心力

19、的作用而实现的沉降过程。,F离,离心力,或r，Fc ; 增大更有效， 从转筒机械强度考虑，r不宜太大,Nr/min,离心分离因数离心力大小的指标,离心因数,一离心力作用下的沉降速度,颗粒在离心力场中沉降时，在径向沉降方向上 所受的作用力有,离心力,浮力（向中心）,阻力（向中心）,若这三个力达到平衡，则有,此时，颗粒在径向上相对于流体的速度，就是它在这个 位置上的离心沉降速度,比较，重力沉降速度,在一定的条件下，重力沉降速度是一定的，而离心 沉降速度随着颗粒在半径方向上的位置不同而变化。,离心沉降对象小颗粒层流区,所以,1、离心机的分类 分离因数：常速，高速，超高速 构造特性：直立式，横卧式，倾

20、斜式 操作方式：间歇式，连续式 操作性质：过滤式（即离心过滤机） 沉降式（即离心沉降机）,二、离心机的构造和操作,2、沉降式离心机,是利用离心沉降的原理分离悬浮液式乳浊液的机械。,）、管式离心机 ）、碟式离心机 ）、螺旋式离心机,特点： 管式转鼓：内径为75150mm、长度约为1500mm、转数约 为15000r/min;,离心分离因数Kc : 可达13000，也有高达105的超速离心机; 液体处理量:约为 0.22m3/h;,分离乳浊液的管式离心机,分离悬浮液的管式离心机,）.管式离心机,2）、碟式离心机,特点：转鼓内装有许多直径为200800mm碟片，碟片数一般为 30150片，两个碟片的

21、间隙为0.151.3mm ， 分离因数：约为700。,分离乳浊液的碟式离心机碟片上开有小孔,分离悬浮液的碟式离心机碟片上不开孔,用途：可以分离乳浊液中轻、重两液相，例如油类脱水、牛乳 脱脂等；也可以澄清含少量细小颗粒固体的悬浮液。,）、螺旋式离心机,适用：可用于分离固体颗粒含量较多的悬浮液，其生产能力 较大。也可以在高温、高压下操作，例如催化剂回收。,特点：有直径为3001300mm的圆锥形转鼓绕水平轴旋转， 其离心分离因数可达600。 转鼓内有可旋转的螺旋输送器，其转数比转鼓的转数 稍低.,工作原理：悬浮液通过螺旋输送器的空心轴进入机内中部。 沉积在转鼓壁面渣，被螺旋输送器沿斜面向上推 到排

22、出口而排出。澄清液从转鼓另一端溢流出去。,3、旋液分离器,旋液分离器是利用离心力的作用，使悬浮液中固体颗粒增稠或使粒径不同及密度不同的颗粒进行分级。 操作原理，与旋风分离器相似。,底流,溢流,离心沉降速度,所以，要达到同样的临界粒径要求，则旋液分离器的直径 要比旋风分离器小很多。, 液50 气，(p)液(p)气，液气 若要dp，p不变，则（drd）液（drd）气,一、旋风分离器,离心沉降的优势,（1）构造与工作原理,圆筒、圆锥、矩形切线入口,气流获得旋转,含尘气体向下锥口,气流向上气芯,顶部中央排气口,-设备体积小而分离效率高,颗粒器壁滑落,第四节、气体净制设备,各部分尺寸按比例,(见教材P1

23、57),当切向速度ui20m/s，旋转半径为r=0.3m，则离心分离因数,这表明颗粒在这种条件下的离心沉降速度为重力 沉降速度的136倍。,(2) 临界粒径,与重力降尘室的情况相同，临界粒径是分离器能够100 除去的最小粒径。,（1）进入旋风分离器的气流的器内按入口形状（即宽度为d） 沿圆筒旋转n圈，沉降距离为b，即由内旋转半径r= （0.5Db），沉降到D/2； （2）器内颗粒与气流的流速相同，它们的平均切向流速等于 进口气速ui； （3）颗粒的沉降运动服从斯托克斯定律。,推导临界粒径计算式所用的假设有：,o,b,r=D/2-b,D,由,当0，颗粒在（ 0.5Db）处，,当t 时，颗粒沉降到

24、器壁，即D/2处,则有,积分上式，得：,t 沉降时间,因为，气流的平均旋转半径为rm=(D-b)/2，则旋转n圈的 停留时间为,当某尘粒的停留时间等于沉降时间时，该尘粒的粒径为 临界粒径,n-通常为5,(3) 压力损失,能量损失,进气管、排气管、器壁、各各局部，气旋.,常表示为进口动压的某一倍数,阻力系数,因为各部件都是D的倍数，所以一定，,旋风分离器的压力损失常为12kPa.,例-,第三节离心沉降旋风分离器,解：旋风分离器能分离出来的最小粒径，即临界粒径的计算式为：,其中， 3.6105 Pas，p 2300kg/m3 ， 0.674kg/m3，D0.4m，bD/5，h=3D/5, qv=1

25、000/3600m3/s，u=qv/bh,取n=5，得：,例3-3 已知含尘气体尘粒的密度为2300kg/m3，气体流量为1000m3/h，密度为0.674kg/m3,粘度3.6105 Pas。采用标准旋风分离器进行除尘。若分离器的直径为400mm，则试估算临界粒径dpc及气体的压强降p。,（2）压降计算为,袋滤器 文丘里除尘器 泡沫除尘器 湍球塔,二、其他气体净制设备,第五节 固体流态化,一、 概述 二、 床层的流态化过程三、 流化床的类似液体的特性四、 流体通过流化床的阻力五、流化床的操作范围 六、 流化床的主要特点七、流化床的高度与直径 八、气力输送简介,一、 概述,固体流态化： 流体以

26、一定的流速通过固体颗粒组成的床层时，可将大量固体颗粒悬浮于流动的流体中，颗粒在流体作用下上下翻滚，类似于液体的沸腾。这种状态称为固体流态化。简单来说，固体流态化就是固体物质流体化。 流态化技术是近50多年发展起来的一种新技术，设备结构简单、生产强度大、易于实现连续化、自动化操作。 该技术在食品工业中，主要用于加热、冷却、冷冻、干燥、混合、造粒、浸出、洗涤、等方面。,固体流态化的优点,1、颗粒流动平稳，类似液体，可实现连续、自动控制； 2、固体颗粒混合迅速，整个流化床内处于等温状态； 3、流体与颗粒之间的传热和传质速率高； 4、整个床层与浸没物体之间传热速率高。,二、 床层的流态化过程,在垂直装

27、填有固体颗粒的床层中，流体自下而上通过颗粒床层，随着流速从小到大变化，床层将出现下述三种不同的状态，如下图所示。,(一)流态化现象,a.固定床；b-c-d.流化床；e. 气力输送,(1) 固定床阶段 特点： 通过床层的流速低； 颗粒受的曳力小，颗粒之间紧密相接，静止不动； 床层高度不变； u，流体通过床层的阻力 ，如图(a)。,(2) 流化床阶段 特点： 当u一定值时，(颗粒的)曳力接近净重力（重力减去浮力），或者流体通过床层的阻力接近单位截面床层的重量时，颗粒开始浮动，但仍未脱离原来的位置，如图(b)。 在此状态时， u稍稍 ，颗粒便互相离开，床层的高度也会有所提高，则这时的状态称为起始流化

28、状态或临界流化状态，对应的流速称为起始流化速度(umf)或最小流化速度 。,在临界流化状态时，继续u ，则颗粒间的距离增大，颗粒作剧烈的随机运动，这个阶段称为流化床阶段(沸腾床)。 在流化床阶段，随流体空床流速的增加，床层高度增高，床层的空隙率也增大，使颗粒间的流体流速保持不变；此时床层空隙中的流速=颗粒的沉降速度，同时床层的阻力几乎保持不变，等于单位截面床层的重量。 流化床阶段还有一个特点是床层有明显的上界面，如图(c、d)所示。,(3) 输送阶段 特点： 当流体流速（空塔速度u）=颗粒的沉降速度时，颗粒被流体带出器外，床层的上界面消失，此时的流速称为流化床的带出速度，流速高于带出速度后，为

29、流体输送阶段，如图(e)所示。,(二) 两种不同的流化形式,（1） 散式流化（液-固系统） 固体颗粒均匀地分散在流化介质中，亦称均匀流化或理想流化。 特点： a 在流化过程中有一个明显的临界流态化点和临界流化速度； b 流化床层的压降为一常数： c 床层有一个平稳的上界面； d 流态化床层的空隙率在任何流速下都有一个代表性的均匀值。不因床层内的位置而变化。 通常两相密度差小的系统趋向散式流化，故大多数液-固流化属于“散式流化”。,（2） 聚式流化（气-固系统） 通常两相密度差较大的系统趋向于聚式流化。 如气固系统往往成为聚式流化。 聚式流化床一般存在两相： 连续相：是由空隙小，而固体浓度大的气

30、固均匀混合物构成。 气泡相：是夹带有少量固体颗粒而以气泡形式通过床层的不连续相。 特点：床层内各点处不再处处相等，床层无稳定的上界面，上界面以某种频率作上下波动，床层压降也随之作相应波动。,判断流化形式（散式或聚式流化）的依据： 弗鲁特准数,三、 流化床的类似液体的特性,流化床中的流-固运动很象沸腾着的液体，并且在很多方面表现出类似于液体的性质，如下图所示。,(1) 密度比床层密度小的物体能浮在床层的上面，见图(a)； (2) 床层倾斜，床层表面仍能保持水平，见图(b)； (3) 床层中任意两截面间的压差可用静力学关系式表示(p=gL,其中和L分别为床层的密度和高度)，见图； (4) 有流动性

31、，颗粒能像液体一样从器壁小孔流出，见图(d)）； (5) 联通两个高度不同的床层时，床层能自动调整平衡，见图(e)。 利用流化床的这种似液性，可以设计出不同的流-固接触方式，易于实现过程的连续化与自动化。,四、流化床的操作范围 (一) 临界流化速度umf（ umf =ut） 流化床的正常操作范围为气速高于临界流化速度umf，低于颗粒的带出速度ut(即沉降速度)。umf u ut 1. 实测法 一般用空气作流化介质测得p u 曲线（如前图）直接读数，若实际操作流化介质不同于空气时，则：,代表以空气为流化介质时测出的临界流化速度。,2. 计算法 由于临界点是固定床与流化床的交叉点，所以临界点的压强

32、降既符合流化床的规律也符合固定床的规律。,当颗粒直径较小时，,两式联立求解,对于大颗粒，Rep1000的情况，可只考虑因局部阻力而造成的动能损失。,对于球形颗粒，有mf=0.4，s=1.0，以上计算可进一步化简。,对于其它许多系统，发现存在以下关系：,对于小颗粒,对于大颗粒,(二) 带出速度 颗粒带出速度即为颗粒的沉降速度，计算同前，即：,注意：计算umf时要用实际存在于床层中不同粒度颗粒的平均直径de，而计算ut时则必须用相当数量的最小颗粒的直径。,五、流化床的主要特点,(一) 流化床中的两相流动 床内各处温度或浓度均匀一致，避免局部过热。但传热、传质推动力下降。 原因:在同一截面各处流体速

33、度不完全相同，颗粒总是上下作往复循环运动；同时还作杂乱无章的不规则运动。流化床内部分流体也有相应的循环和混合现象。 (二) 流化床有类似液体的特点 流化床具有类似液体的流动性，故使操作易于实现连续化与自动化。,(三) 流化床的不正常现象 1、节涌现象(腾涌现象) 床高：床径的比值（长径比）过大（床层为细长形），或气速过高时导致小气泡合并成大气泡的现象； 当气泡直径=床层直径时，则床层被形成相互间隔的气泡与颗粒层； 颗粒层被气泡向上推动，到达上部后气泡崩裂，而颗粒又分散下落，这种现象称为节涌现象。如图示：,出现节涌现象时，由于颗粒层与器壁的摩擦造成压强降大于理论值，而在气泡破裂值又低于理论值，因

34、而 p u图上表现为p在理论值附近作大幅度的波动，如图所示：,床层发生节涌现象时，气固两相接触不良，且使容器受颗粒磨损加剧，同时引起设备振动。 防止节涌现象的措施：实际操作中应采用适宜的床层高度/床径之比值，以及适宜的操作气速。,2、沟流现象 在大直径床层中，由于颗粒堆积不匀或气体初始分布不良，可在床内局部地方形成沟流。此时，大量气体经过局部地区的沟道上升，如图示，而床层的其余部分处于固定床状态而未被流化。 p u的关系为p 低于单位面积上的净重力。沟流现象的出现主要与颗粒的特性和气体分布板有关。颗粒过细、密度过大，易于粘结的颗粒，以及气体在分布板的初始分布不均匀，都宜引起沟流。,沟流现象,(四) 利用流化现象判断颗粒尺寸 流化质量：是指流化床中流体分布与流固接触的均匀程度。 能够进行良好流化的颗粒尺寸在20500m范围内。 粒径小于20 m时，极易形成沟流和死床难于流化。 粒径大于500 m的极粗颗粒，流化时床层极不稳定。 粒径在20100m的细颗粒开始时为散式流化，气速加大到某值后出现气泡变为聚式流化。 80500m的粗颗粒开始不出现散式流化，而出现气泡。 所以用流化现象可粗略估计颗粒尺寸。,流化床的两个主