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1、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。固体流态化过程按其特性可分为密相
2、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:人.H pu2Ap =入 m 4 (4-1)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4-2)m d 2式中H固定床层的高度，m；md固体颗粒的直径，m；pu0
3、流体的空管速度，m/s；p流体的密度，kg/m3；入一一固定床的摩擦系数。m由固定床向流化床转变时的临界速度u f，也可 mf 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d 2(p - p) s 3u = p X s Xmmf 150 卩 1 -s m 流体的黏度， Pa/ s；dp 一一平均粒径， m；pp s填料密度，kg/m3； S空隙率。三、实验装置5 - 6 7 8图4-3气-固系统流程图本实验装置是CEA-F04型固体流态化实验仪（北京新华教
4、仪厂），采用气-固和液-固系统 两套设备并列。设备主体均采用圆柱形的自由床，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。图4-2液-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
5、 一固体颗粒层； 9 一分布器1高位稳压水槽：2一水调节阀；3孔板流量计；4一U形压差汁；5一滤网；6一床体；7一固体颗粒层;8分布器；9倒置U形差计气-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
6、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
7、调节至临界点时，阀门调节更需精心细微，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：d=50mm；静床层咼度：H= 120mm； 孔板流量计锐孔直径：d0=7mm； 孔流系数(参考值)： C0=0.61； 平均粒径： d = 1.5mm；p堆积密度：p b=1160kg/m3；填料密度：p s=1937kg/m3； 空隙率：=0.401。m2空气-硅胶颗粒床层内径： d= 50mm；静床层咼度： H0=100mm； 孔板流量计锐孔直径： d0= 3mm；
8、 孔流系数(参考值)： C0=0.6025； 平均粒径： d =0.35mm；p堆积密度： p b=475kg/m3；填料密度： p s=924kg/m3； 空隙率： =0.486。m固体流态化的流动特性实验数据记录表空气一硅胶颗粒系统水一玻璃微珠系统1.记录实验数据实验序号实验序号空气温度T/C水温度T/C空气密度p/ kg m3水密度p/ kg m3空气黏度|d/ Pa s水黏度|d/ Pa s空气流量孔板流量计R/Pa(mmHO)水的流量孔板流量计R / Pa(mmHO)V / m3 s-iV / m3 s-i空塔速度u / m s-i空塔速度u / m s-i床层压降 p / Pa(mmH.O)床层压降 p / Pa(mmHO)床层高度H / mm床层高度H / mm2.实验主要结果临界流化速度实验测定值：u =m/ s临界流化速度实验测定值：u =m/ s按经验公式计算值：Umf=m/ s按经验公式计算值：Umf=m / s指导教师日期
