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1、填充床與流體化床實驗,目的,依流體流動之變化，測其對填充床與流體化床之空隙度及壓力降落之影響 測定粒子群之最小流體化速度與終端速度，並將所得結果與理論值比較。 觀察並研究粒子群流體化時之運動情況。,理論,常見化學裝置如填充吸收塔與填充蒸餾塔接係填充床應用。其他裝置如流體化觸媒反應器與流體化床乾燥器則係流體化床之應用。,如下圖1所示，在一導管下端裝置一多孔板，並在板上堆置固體子，即形成一子床。 圖1 各種固體與流體接觸方式,圖1(a) 稱固定床，還不到最小流體化速度。 圖1(b)摩擦和浮與子之重抵消，稱開始體化床或床在最小體化。 圖1(c)液固系統，不討論。 圖1(d)氣泡與溝產生，稱氣體體化床
2、，是實驗中大部分現象。 圖1(e) 床體較小，流速較大的現象。 圖1(f)稱固體之體輸送，但詳細請觀察實驗結果。,如以上所述，當過填充床之體速逐漸增加時，通過填充床之壓會隨之增加。填充床中子大小為均一時，則根據爾格(Erugn)方程式，其壓可藉下式表示：,(Reynolds Number)之定義為： :單位換算常 :壓 :填充床之高 :體之黏 :以空圓管截面積為積基準之體速，即表面速 :子之直徑，子為球型，則 為和子同體積球型之直徑 :體之密 :以子徑為基準之 :填充床之空隙 :固體子之總質 :固體子之密 :導管之截面積 :子之形因,根據布(Brown)等人，填充床之空隙 與子之形因 間之關係
3、如圖2 所示。,圖2 徑均一子之形因與空隙之關係,此外，對直徑較小之容器而言，器壁效應(Wall Effect)甚為重要且會影響填充床之空隙。由於空隙缺乏可靠之值且因容測定，故通常此宜自實驗求出。 今設將體之速增大至填充床之壓與每單位面積填充床內所含子之重(扣去浮)相等時，則填充床逐漸自靜止態轉變為最小體化態。由於此時床本身向上擴張，床之高乃自 變為較高之 ，同時空隙也自 變為較大之 ，故通過子床之體之壓可藉下式表示：,往上動體之阻 = 扣除浮後固體子之重 或 (通過子床之壓)(導管之截面積) =(子床體積)(固體子所佔之體積分)(固體子之比重-體比重) 即 :固體力子所受之浮力 :最小體化時
4、子床之高 :最小體化時子床之空隙,將(1)式中之 改為 ， 改為 後，代(2)式入(1)式整後得：,上式中之 係使填充床中之固體子開始體化，亦即自填充床轉變成體化床時之最低速，稱為最小體化速。 固體子細小而速低，則(1)式右邊第1 項最為重要，右邊第2 項與第1項相比甚微，可予忽計，故(4)式可簡化為：,固體子大而速高，則(1)式右邊第2 項最為重要，右邊第1 項與第2項相比甚微，可予忽計，故(4)式可簡化為：,表一 最小體化時子床之空隙,之實驗值如表一所示；但 或 為未知時，其值可由下式計算： ，,將(7)式代入(4)式得：,故對細小之固體子：,對大之固體子：,(8)至(10)式乃是以固體子
5、之密、體之密、子之直徑以及體之黏等變表示 。在為0.001 至4000 之範圍內，(8)式與284 個文獻之實驗值比較之結果，如圖3 所示，其標準差為 34%。故 與 皆為已知，則應用(4)、(5)或(6)式以求出較可靠之 。,圖3 (8)式與實驗值之比較,圖4 均一徑粒子子床之壓與表面速之關係,圖5 示子床之膨脹情形，在體化之情況下，空隙隨表面速之增加而增加。其中OB 間乃是一過渡區，呈穩定態。在空隙等於1 時之表面速，亦即子開始隨著體失時之速，稱為子之終端速 ，如其 0.1時可用斯托克定(Stokes Law)求得：,又,圖5 體化床之空隙,實驗裝置如圖6,圖6 實驗裝置圖,因裝置圖跟實際
6、有些差異 所以以圖片標示為主！,為裝置中,1,1,為裝置中,2,2,為裝置中,4,4,此為浮子流量計,圖上刻度為100 (L/min)起始 每刻度為20 (L/min)一單位 若要測120 (L/min)時則確實調整至120 (L/min)即可,差壓計,是木頭的這支 不是旁邊那隻喔！,實驗步驟 (1)打開空氣壓縮機,實驗前由老師開啟 所以不加以解說,(2)打開閥 ，讓空氣進入實驗裝置中。,1,開,關,(3)關閉閥，打開閥與閥。,2,4,3,關,開,保持它是開啟的喔,(4)用閥調節空氣，以浮子計取空氣。,4,5,有其妙的變化！ 自己體驗看看,流體化床時,固定床,(5)紀沙子總重與同時差壓計之以測
7、定過尚未裝砂之圓管之與壓之關係。,7,6,標示平衡時的點,量左右液面高或低於點的高度,(6) 將砂填充入管內測量不同高度與重量，重複步驟(4)與(5)。,(7)小心控制速，勿使砂被氣體沖出管外。觀察與紀壓、子床之高、最小體化速與體化床中子之運動況。,壓力降落即左右液高差距。 粒子床高度因一次難以測量，請以最高床高及最低床高取平均值。 其他均照原理中算式求出。,(8)當砂開始自管之上端出，即達到最大後，再逐步低，並測定與壓之關係。,本實驗經測試過，浮子流量計最高約到一定刻度而不再上升，沒有超出管口的情況發生，所以還是依照紀錄表上紀錄。,6,(9)實驗完畢後，關閉空氣壓縮機及閥，全開閥與閥，讓裝置中之空氣排盡。,2,3,4,全部閥反向操作關即可!,注意：玻璃珠不小心倒出的話,當掉!,實驗數據,床高 8.5cm,床高10.2cm,床高16公分,
