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1、实验四 气固流化床反应器的流化特性测定一、实验目的1. 观察了解气固流化床反应器中不同气速下固体粒子的流化状况，建立起对流态化过 程的感性认识。2. 了解和掌握临界流化速度Umf和起始鼓泡速度Umb的测量原理、方法和步骤，明确 细粒子流化床的基本特性。3. 通过对Umf和Umb的测定，进一步理解两相理论以及临界流化速度与起始鼓泡速度 的区别。二、实验原理1. 在气固流化床反应器中，气体通过床层的压力降ZP与空床速度U0之间的关系能够 很好地描述床层的流化过程。如图1所示：气体自下向上流过床层。当气速很小时，气体通过床层的压力降?与空 床速度U0在对数坐标图上呈直线关系（图1中的AB段）；当气速
2、逐渐增大到AP大致等于 单位面积的重量时，AP达到一极值（图1中P点）；流速继续增大时，AP略有降低；此 后床层压力降AP基本不随流速而变。此时将流速慢慢降低，开始时与前一样AP基本不变， 直到D点以后，AP则随流速的降低而降低，不再出现AP的极大值，最后，固体粒子又互 相接触，而成静止的固定床。2在一正常速度下，处于正常流化的流化床，如果突然关闭气源，则由于床层中有气 泡存在，以气泡形式存在的气体首先迅速逸出床层，床层高度迅速下降；而后是浓相中的气 体逸出，床层等速下降；最后是粒子的重量将粒子间的部分气体挤出，床层高度变化很小。 由此可得其床层高度随时间变化的崩溃曲线（如图2所示）。因此，可
3、以设想，如果床层中图2 Htt关系没有气泡，则床层一开始就随时间等速下降，所以，将上述崩溃曲线中的等速部分外推到t=0 处时的床层高度，即为浓相床层的高度HDO这样，只要重复上述过程，多做几条崩溃曲线, 总可以找到一条曲线，这条曲线正好无气泡逸出段，开始就是等速下降的起点。与此相应的 气速即为起始鼓泡速度umb。根据AP的情况，还可以了解床内的动态，如沟流和节涌等等。三、实验装置与流程如图3所示：本实验所用的流化床为100X4mm的有机玻璃制成的。床体上装有扩大管和过滤装置，以回收稀相段的微细粒子。气体分布板为多孔筛板，开孔率为1%。图3 实验装置 四、实验步骤1、 熟悉实验流程，并检查各设备
4、是否完好，使之处于准备运转状态。2、先打开空气压缩机，慢慢将空气送入细粒子流化床中，逐次改变气体流量（由小到大），记下相应流速下床层压降 P,并记入表1中（注意观察流化床中粒子由固定床阶段T 均匀散式流化床阶段T鼓泡流化状态的变化情况）。再逐渐减小气量，记录不同气速下 的厶P，观察两者有何不同。3、然后，先调好一个流量，待床层达到稳定流化的情况下，突然关闭气源，记录从切断气 源的瞬间开始床层高度随时间的下降关系（记录表2）。4、 再改变流量，重复上面步骤3,连续做几次，将数据记录表2中，在坐标纸上作HTt 图，便可得床层高度ht随时间变化的关系曲线，再从图中曲线组得到鼓泡流化速度。五、数据记录
5、与处理（1） 实验数据记录：表1G (L/hr)uo (m/sec)p （g由小到大）1697.13E-037.40E+013981.68E-021.16E+025432.29E-021.30E+026422.71E-021.48E+029293.92E-021.85E+0210594.47E-022.07E+0215656.60E-022.68E+0219038.03E-023.19E+0224191.02E-014.08E+0226841.13E-014.51E+0230161.27E-015.04E+0233151.40E-015.91E+0236171.53E-016.43E+0239
6、211.65E-016.90E+0245521.92E-017.40E+0250522.13E-017.87E+0252182.20E-017.45E+0253602.26E-017.42E+0253782.27E-017.39E+02（2） 实验数据处理：作logPlogu。图，并从图中求出临界流化速度umf。Um=f 0.220 (m/sec)六、思考与讨论1. logAP1 ogG图中上行与下行之临界点所反映出的床层动态。答：log A P1ogG图。可以观察到，临界点前，通过床层的流体流量较小，颗粒受到的升 力(浮力与曳力之和)小于颗粒自身重力，颗粒在床层内静止不动。流体与颗粒之间的
7、空隙通过。床层不发生鼓泡，此时床层称为固定床。由于气速小于临界流化速度U随着 气度的增加，颗粒受到的曳力也随着增大。达到临界点时，床层开始鼓泡。若颗粒受到 的升力恰好等于自身重力时，颗粒受力处于平衡状态，这种现象被称为固体的流态化。 随气速的继续增加，鼓泡变得剧烈，床层中流体的实际流速将维持不变而颗粒依然处于 合力平衡状态，床层依然属于流化床。2. 起始流化速度测定中应注意哪些问题，为什么难以测得？ 答：系统的起始流化速度即鼓泡速度，实际实验中，流化床存在沟流现象以及壁效应， 因而测定起始流化速度时，存在一定误差。实验所用的测量仪器也存在一定误差。开始 时，气速增加幅度可以稍微大些，到一定值时，气速增加幅度应变小，以便临界流化速 度区域的数据可以尽量多点，以便更好的描述流化速度。系统的稳定性也不好，所以测 量难以进行。
