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1、固体流态化的流动特性实验 （示范实验）1、实验目的在环境工程专业，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， 流化床设备得到愈来愈广泛的应用。固体流态化过程又按其特性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， 而液固系统的密相流化床属于散式流化床。 通过本实验，认识与了解流化床反应器运行。掌握解流化床反应器启动 中物料的连续流化方法及其测定的主要内容，掌握流化床与固定床
2、的区别，掌握 鼓泡流化床与循环流化床在本质上的差异。 测定流化床床层压降与气速的关系曲线本实验的目的，通过实验观察固定床向流化床转变的过程，以及聚式流化床 和散式流化床流动特性的差异；实验测定流化曲线和流化速度，并试验验证固定 床压降和流化床临界流化速度的计算公式。通过本实验希望能初步掌握流化床流 动特性的实验研究方法，加深对流体流经固体颗粒层的流动规律和固体流态化原 理的理解。2、实验装置与实验原理介绍流化床反应器是一种易于大型化生产的重要化学反应器。通常是指反应物料 悬浮于从下而上的气流或者液流之中，气体或者液体中的成分在与反应物料的接 触中发生反应。流化床反应器在现代工业中的早期应用为
3、20世纪20年代出现的 粉煤气化的温克勒炉（见煤气化炉）。目前，流化床反应器已在电力、化工、石 油、冶金、核工业等行业得到广泛应用。与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是： 可以实现固体物料的连 续输入和输出；流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温 度均匀，而且易于控制，特别适用于强放热反应；便于进行催化剂的连续再 生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程的进行，石油流化床催化裂化的迅速发展就是这一方面的典型例子。然而，由于流态化技术的固有特性以 及流化过程影响因素的多样性， 对于反应器来说，流化床又存在明显的局限性：由于固体颗粒和气泡在连续 流动过程中的剧烈循环和搅动，无论气
4、相或固相都存在着相当广的停留时间分 布，导致不适当的产品分布，阵低了目的产物的收率； 反应物以气泡形式通 过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了反应转化率；由于固体反应 物料在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使物料加速粉化，加上床层顶部气泡的爆 裂和高速运动、大量细粒反应物料的带出，造成明显的反应物料流失；床层内 的复杂流体力学、传递现象，使过程处于非定常条件下，难以揭示其统一的规律， 也难以脱离经验放大、经验操作。风室冷态流化床测点分气箱风机 排至大气；壬旋风分离器料斗灰仓布见板图 流化床特性测试流程图本可视冷态流化床反应器装置有冷态流化床反应器和一台旋风式气固分离 器组成。装置包括框架、
5、流化床主体，流化床主体固定在框架上，在流化床主体 的上下分别与一U形压差计相连接，流化床主体上固定有加料仓、旋风分离器， 中部设有取样器和气流均布器，下部连接空气分布管的出口端，空气分布管的进 口端和转子流量计的出口端连接，转子流量计的入口端通过软管和压缩空气泵连 接，转子流量计上、下端分别连接另一个U形压差计，转子流量计和压缩空气泵 固定在地面基础上，压缩空气泵通过线路和配电箱连接。实验示意流程见下图所 示。通过该实验装置可完成冷态流化床气动力特性实验、布风板布风均匀性实 验、流化床料层阻力特性实验、流化床物料流化特性实验、流化床反应器内气体 颗粒两相流动特性研究。通过上述研究，为布风板结构
6、设计及其性能改进、 流化床反应器的点火启动与运行提供正确的依据。3、实验步骤与方法(1) 启动空压机后，启动空气压缩机(空气流量已设定好，压力定位 0.8Mpa)， 待稳定后，开启阀门，使压缩空气进入流化床，调节流量计至所需流量，测定空 管时压力降与流速关系，记录床层高度及床中给点压力变化，以作比较。(2) 关闭气源，小心打开反应器，装入己筛分的一定粒度，石英砂，检漏。(3) 通入气体，在不同气速下观察有机玻璃反应器中流化现象，测定不同气 速下床层高度与压降值。(4) 改变石英砂粒度，重复实验。(5) 在某一实验点，去掉气体分布板,观察流化状态有何变化。(6) 实验结束，关闭空压机。待所有实验
7、工作后，清理打扫实验室。 实验过程中应特别注意下列事项：(1) 、起动气泵前必须完全打开放空阀。(2) 、循环水泵和风机的启动和关闭必须严格遵守上述操作步骤。无论是开机、 停机或调节流量，必须缓慢地开启或关闭阀门。(3) 、当流量调节值接近临界点时，阀门调节更须精心细微，注意床层的变化。4. 流化床特性测试流化实验实验用的固体物料是不同粒度的石英砂，气体用空气。由空气压缩机来的空 气经稳压阀稳压后，由转子流量计调节计量，随后可通入装有石英砂固体颗粒的 流化床反应器，气体经分布板吹入床层，从反应器上部引出后放空。床层压力降 可通过 U 型压差计测得在实验中，可以通过测量不同空气流量下的床层压降，
8、 得到流化床床层压降与气速的关系曲线当气速较小时，操作过程处于固定床阶 段，压降与流速成正比，斜率约为 1(在双对数坐标系中)。气速逐渐增大，进 入流化阶段，床层压降基本保持不变，等于单位面积的床层净重。当气速继续增 大到带出速度后，进入气流输送阶段。4.1、冷态流化床气动力特性实验通过实验，可了解自行设计的冷态流化床布风系统风室、风帽、布风板 等的阻力损失，并了解其阻力损失随风量的变化，为布风板结构设计及其性能改 进、流化床反应器的点火启动与运行提供正确的依据。4.2、布风板布风均匀性试验流化床锅炉要求布风装置配风均匀，以消除死区和粗颗粒沉淀，使底部流化 质量良好。布风板布风是否均匀是循环流
9、化床锅炉能否正常运行的关键。炉床风 量分配是否均匀，风帽是否有不畅的现象、漏风的现象，将直接影响流化质量的 好坏和料层的阻力特性。一般说来，只要布风板设计、安装合理，床料配制均匀， 床面会比较平整；如若不平整则表明布风有问题，要解决问题后方能启动，不然 运行中将出事故。根据经验表明采用小直径风帽，合理布置风帽数量和风帽排列 方式，设计良好的等压风室，在允许的范围内增大风帽的开孔率，将会使布风情 况更理想。4.3、料层阻力特性实验料层阻力是指流体通过布风板上的料层时将产生阻力，即流体压力损失。通 过料层阻力特性实验可测定料层压降与留话速度之间的关系，以确定在运行中需 要多高的料层厚度，增加或减少
10、料层高度、以满足正常安全运行的需要，并确定 临界流化速度。4.4、物料流化特性实验流化床反应器具有高效的传热、传质特性，对处理物料的适应性很强，污染 排放特性容易控制，负荷调节灵活、范围大。因此，目前来看，采用流化床反应 器处理农林生物质废弃物、城市生活垃圾、污泥等有机固体废弃物有着巨大的生 命力。但由于上述原料与流化床反应器内床料密度相比较小，因此，研究上述原 料在流化床反应器中的临界流化速度非常重要。通过物料流化特性实验研究，可 掌握各种原料在流化床中流化特性及其流化速度，为其工业应用提供依据。4.5、流化床反应器内气体颗粒两相流动特性通过此项研究，可了解各种原料在流化床内悬浮空间气固两相
11、流动特性，解 析物料磨损、扬析机理，得到反应器几何参数、工况运行参数对气固运动规律的 影响，从而为物料在流化床反应器中的运行提供更加合理的依据。5、实验结果整理5.1、记录实验设备和操作的基本参数(1)设备参数 气固系统柱体内径：d=O100mm静床层高度： Ho=100mm 分布器形式：风帽形式 (2)固体颗粒基本参数气一固系统液一固系统固体种类和颗粒形状：硅胶球玻璃微珠平均粒径：dp=mmdp=mm颗粒密度：ps=kgm3ps=kgm3堆积密度：pb=kgm3pb=kgm3孔隙率住“:=(3)流体物性数据 流体种类：空气 温度：Tg= C密度：pg= kgm3粘度：yg=Paso5.2、将
12、测得的实验数据和观察到的现象，参考下表做详细记录：实验序号空气流量R/mmH2OVa/m3s-i空气空塔速度，uo/m3.s-i床层压降，Ap/mmH20床层高度，H/mm膨胀比，R/流化数，K/-实验现象5.3、在双对数坐标纸上标绘Ap-uo关系曲线，并求出临界流化速度umf。将实 验测定值与计算进行比较，算出相对误差。5.4、在双对数坐标纸上标绘固定床阶段的Rem九m的关系曲线。将实验测定曲 线与由计算值标绘的曲线进行对照比较。6、思考题1、气体通过颗粒床层时，可观察到那些现象？为什么？2、流体床的特征是什么？在工程上有何应用？3、实验中升速和降速操作的两组数据，有时两者相近，有时两者不同
13、，为什么？4、为什么在散式流化中压降波动小，而在聚式流化中压降波动大？5、如何判断流化床的操作是否正常？2 旋风除尘器性能测定（示范实验）1. 实验目的旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。它具 有结构简单、应用广泛、种类繁多等特点。通过本实验，掌握旋风除尘器性能及 其测定的主要内容，并且对影响旋风除尘器性能的主要因素有较全面的了解。2. 基本原理（2.1）旋风除尘器的除尘原理含尘空气由除尘器的进口切线方向进 入除尘器的内外筒之间，由上向下作旋转运 动（形成外涡旋），逐渐到锥体底部。气流 中的灰尘在离心力的作用下被甩向外壁，由 于重力作用以及向下气流的带动而落入底 部集
14、尘斗。向下的气流到达锥体的底部后， 沿除尘器的轴心部位转而向上，形成旋 转上升的内涡旋，并由除尘器的出口排出。图1-1旋风除尘器原理示意图2.2）旋风除尘器压力损失和阻力系数的测定本实验采用静压法测定旋风除尘器的压力损失。由于本实验装置中除尘器 进、出口接管的断面积相等，气流动压相等，所以除尘器压力损失等于进、出口 接管断面静压之差，即A p 二 p - p （Pasi s 0式中：Psi 除尘器进口静压（Pa）Pso 除尘器出口静压（Pa）测出旋风除尘器的压力损失后，便可计算出旋风除尘器的阻力系数A p式中： v1p v2 / 2旋风除尘器进口风速1， m/sP - 含尘气体的密度， kg/
15、m32.3）旋风除尘器效率的测定采用质量法测定，测出同一时段进入除尘器的粉尘质量Gf （g）和除尘捕集 的粉尘质量Gs（g），则除尘效率：3. 仪器设备G耳=S X 100 %G1、旋风除尘装置；2、U型压差计；3、干湿球温度计；4、托盘天平4. 实验步骤1、测定室内空气温度和相对湿度、大气压力，计算空气密度。2、启动通风机，采用测速管测定除尘器进口风速。通过调节阀门，进口风 速调至 1525 m/ s。3、测定除尘器的压力损失，用U型压差计测定除尘器进出口的静压差，计 算旋风除尘器的阻力系数。4、除尘效率的测定。用天平称一定量的尘样，逐步加入喂灰斗中，启动通 风机，待尘样全部送完，称量集尘斗集尘量，计算除尘效率。5. 实验记录和数据处理1、压力损失；2、除尘效率 除尘器效率的测定结果记录格式如表1所示。表 1 除尘器效率测定结果记录表测定次数发尘量发尘时间进口气体 含尘浓度收尘量出口气体 含尘浓度除尘器全 效率1234
