固体流态化的流动特性实验

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1、固体流态化的流动特性实验固体流态化的流动特性实验一、实验目的1. 通过实验观察固定床向流化床转变的过程，及聚式流化床和散式流化床流动特性的 差异。2. 测定流化曲线和临界流化速度。 3. 验证固定床压降和流化床临界流化速度的计算公式。 4. 初步掌握流化床流动特性的实验研究方法，加深对流体经固体颗粒层的流动规律和 固体流态化原理的理解。二、实验原理在化学工业中，经常有流体流经固体颗粒的操作，诸如过滤、吸附、浸取、离子交换 以及气固、液固和气液固反应等。凡涉及这类流固系统的操作，按其中固体颗粒的运动状 态，一般将设备分为固定床、移动床和流化床三大类，近年来，流化床设备得到越来越广 泛的应用。 固

2、体流态化过程按其特性可分为密相流化和稀相流化。密相流化床又分为散式流化床 和聚式流化床。一般情况下，气固系统的密相流化床属于聚式流化床，而液固系统密相流 化床属于散式流化床。 当流体流经固定床内固体颗粒之间的空隙时，随着流速的增大，流体与固体颗粒之间 所产生的阻力也随之增大，床层的压强降则不断升高。 为表达流体流经固定床时的压强降与流速的函数关系，曾提出过多种经验公式。一种 较为常用的公式可以仿照流体流经空管时的压降公式（Moody 公式）列出。即：（4-22 0u dHppm m1） 式中 Hm固定床层的高度，m；dp固体颗粒的直径，m； u0流体的空管速度，ms； 流体的密度，kg/m3；

3、m固定床的摩擦系数。 由固定床向流化床转变时的临界速度 umf，也 可由实验直接测定。实验测定不同流速下的床层压 降，再将实验数据标绘在双对数坐标上，由作图法 即可求得临界流化速度，如图 4-1 所示。 为计算临界流化速度，我们可采用下面这种半 理论半经验的公式（4-mmsp mfdu 1)( 15032图 4-1 在双对数坐标上绘出的流体流经固定床和流化床的压力降示意图2） 式中 流体的黏度，Pas； dp一一平均粒径，m；s填料密度，kg/m3； m空隙率。三、实验装置本实验装置是 CEA-F04 型固体流态化实验仪 (北京新华教仪厂)，采用气-固和液-固系 统两套设备并列。设备主体均采用

4、圆柱形的自由床，内分别填充球粒状硅胶和玻璃微珠。 分布器采用筛网和填满玻璃球的圆柱体。柱顶装有过滤网，以阻止固体颗粒带出设备外。 床层上均有测压口与压差计相接。液固系统的流程如图 4-2 所示。水自循环泵或高位稳压 水槽，经调节阀和孔板流量计，由设备底部进入。水进入设备后，经过分布器均匀分布， 由下而上通过颗粒层，最后经过顶部滤网排入循环水槽。水流量由调节阀调节，并由孔板 流量计的压差计显示读数。气-固系统如图 4-3 所示，空气自风机经调节阀和孔板流量计由设备底部进入。空气进 入设备后，经分布器的均匀分布，由下而上通过颗粒层，最后经顶部滤网排空，空气流量 由调节阀和放空阀联合调节，并由孔板流

5、量计的压差计显示读数。四、实验步骤第一步，观察并比较液-固系统流化床和气固系统流化床的流动状况；第二步，实验测 定空气或水通过固体颗粒的特性曲线。 在实验开始前，先按流程图检查各阀门开闭情况。将水调节阀和空气调节阀全部关闭， 空气放空阀完全打开。然后再启动循环水泵和风机。 循环泵和风机运转正常后，先徐徐开启水调节阀，使水流量缓慢增大，观察床层的变 化过程；然后再徐徐开启空气调节阀和关小放空阀，联合调节改变空气流量，观察床层的 变化过程。 完成第一步实验操作后，先关闭水调节阀，再停泵，继续进行第二步实验操作，若测图 4-2 液-固系统流程图1高位稳压水槽：2水调节阀；3孔板流量计； 4U 形压差

6、汁；5滤网； 6床体；7固体颗粒层；8分布器；9倒置 U 形差计图 4-3 气-固系统流程图1 一放空阀；2 一空气调节阀；3 一孔板流量计；4 一孔板流量 计 的压差计；5 一压差计；6 一滤网；7 一床体；8 一固体颗粒层；9 一分布器定不同空气流速下床层的压力降和床层高度，实验可在流量由小到大，再由大到小过程中 反复进行。实验完毕，先打开放空阀，然后关闭调节阀，再停机。五、注意事项1. 循环水泵和风机的启动和关机必须严格遵守以上操作步骤。无论是开机、停机、或 调节流量，必须缓慢地开启或关闭阀门，并同时注意压差计中液柱变化情况，严防压差计 中指示液冲入设备。2. 当流量调节至临界点时，阀门

7、调节更需精心细微，注意床层的变化。 3. 实验完毕，必须将设备内的水排放干净，切莫将杂物混入循环水中，以防堵塞分布 器和滤网。六、计算参考数据以下为进行数据处理时可能会用到的参考数据：1水-玻璃微珠床层内径：d50 mm； 静床层高度：H0120 mm； 孔板流量计锐孔直径：d07 mm； 孔流系数（参考值）：C00.61； 平均粒径：dp1.5 mm； 堆积密度：b1160 kg/m3； 填料密度：s1937 kg/m3； 空隙率：m0.401。2空气-硅胶颗粒床层内径：d50 mm； 静床层高度：H0100 mm； 孔板流量计锐孔直径：d03 mm； 孔流系数（参考值）：C00.6025；

8、 平均粒径：dp0.35 mm； 堆积密度：b475 kg/m3； 填料密度：s924 kg/m3； 空隙率：m0.486。固体流态化的流动特性实验数据记录表固体流态化的流动特性实验数据记录表空气硅胶颗粒系统水玻璃微珠系统1记录实验数据实 验 序 号实 验 序 号空气温度 T水温度 T空气密度 kgm3水密度 kgm3空气黏度 Pas水黏度 Pas孔板流量计R/Pa（mmH2O）孔板流量计RPa（mmH2O）空气流量Vsm3s-1水的流量Vsm3s-1空塔速度 u0ms-1空塔速度 u0ms-1床层压降pPa（mmH2O）床层压降pPa（mmH2O）床层高度 Hmm床层高度 Hmm2实验主要结果临界流化速度实验测定值： umf ms临界流化速度实验测定值： umf ms按经验公式计算值： umf ms按经验公式计算值： umf ms指导教师 日期