1、0:23:37Principle and Application of Fluidization主讲：周勇敏0:23:371.1、流态化的基本概念及发展历史1.1.1 流态化（Fluidization)的基本概念:固体流态化的简称，即依靠流体流动的作用使固体颗粒悬浮在流体中或随流体一起流动的过程。普通应用于：（1）固体燃料的燃烧（2）煤的气化与焦化（3）化工生产中的气固相催化反应（4）物料干燥、加热与冷却（5）吸附和浸取（6）固体物料的输送等0:23:381.1.2 流态化的发展历史淘金、冶炼、淘米、扬簸等都可看成是流态化技术在生产和生活中的应用。1922年：Fritz Winkler(德国科
2、学家）获得流态化气化炉的专利；1926年：Fritz Winkler在洛伊纳（Leuna）建成第一台实用的常压流化床气化发生炉，用于煤的气化，实现了流态化的首次工首次工业化业化应用。0:23:381.1.2 流态化的发展历史(续）上世纪40年代：美国麻省理工学院(MIT)和美孚石油公司(SODCo.)率先推出了流态化催化裂化装置(FCC)以取代传统的固定床法(Houdry)生产。第一台工业化规模的SODI型流化催化裂化装置于1942年建成。该装置采用石油蒸气为流态化介质。使催化剂粒子呈流态化运动，设备的传热效果明显改善，结构更为简化，处理能力大大增加。从40年代中期开始，美国和加拿大等地出现了
3、流态化焙烧装置，用于黄铁矿、石灰石等物料的焙烧或煅烧。1955年南京化学工业公司采用流态化技术焙烧黄铁矿生产SO2并制造H2SO4。0:23:381.1.2 流态化的发展历史(续）1957年：我国在辽宁葫芦岛采用流态化装置培烧精锌矿流态化装置培烧精锌矿以生产ZnO和SO2，获得成功。50年代中期，采用新型的全沸腾风帽式流态化技术用于固体煤颗粒的燃烧，获得良好的效果。在燃烧技术领域，往往称这种全风帽式沸腾燃烧炉为“第一代沸腾炉第一代沸腾炉”。 1975年，原西德鲁奇Lurgi)公司在第一代风幅式全沸腾炉(也称鼓泡床燃烧炉)的燃烧装置中引入炉外分离装置，使燃烧效率大大提高，这就是第二代沸腾炉一循环
4、床沸腾第二代沸腾炉一循环床沸腾燃烧锅炉。燃烧锅炉。设置的分离装置可较好地实现气、固分离，使未燃尽的固体颗粒得以重新回到沪内燃烧因而燃烧效率大大提高。0:23:381.1.2 流态化的发展历史(续）1979年，芬兰生产出第一台20t/h的商业化的循环流化床锅炉实现了循环流化床的工业应用。几乎同时，原西德的鲁奇公司与拨伯葛(Babcock)公司联合研制的270th循环流化床锅炉在、等方面均取得了惊人的成功，解决了流态化燃烧装置的问题，使流态化燃烧技术成为较有前途的、。我国自1964年开始流态化燃烧技术的研究工作；1965年开始工业应用；80年代以来，我国也开始重视的研究工作； 1988年11月35
5、th循环床沸腾沪在投运。0:23:38气力输送Pneumatic Transport1.2、 气固流态化的形成lnuln（p）/ln（H）固定床Fixed Bed流化床Fluidized Bedumf0:23:391.2、 气固流态化的形成l固定床阶段固定床阶段l流态化阶段流态化阶段l气力输送阶段气力输送阶段流态化形成的三个阶段流态化形成的三个阶段：介绍上述三个阶段前的几个概念：介绍上述三个阶段前的几个概念： 固定床或流化床内固体物料的高度。固定床或流化床内固体物料的高度。0:23:391.2、 气固流态化的形成固定床阶段固定床阶段v 空隙率空隙率不变；不变；v床层高度床层高度不变；不变；v床
6、层压降随床层压降随表观气速（空塔速度表观气速（空塔速度）的增加而增大。的增加而增大。流化床阶段流化床阶段v 空隙率空隙率增大；增大；v床层高度床层高度增大；增大；v床层压降在床层压降在表观气速表观气速的增加时的增加时保持恒定不变。保持恒定不变。气力输送阶段气力输送阶段v 空隙率空隙率进一步增大；进一步增大；v床层床层界面逐渐消失；界面逐渐消失；v床层压降随床层压降随表观气速表观气速的增加而的增加而减小。减小。气体对颗粒的曳力浮力颗粒自身重力0:23:391.2、 气固流态化的形成1 1、实现要素、实现要素固体颗粒的存在；流体（气体或液体）的存在；固体与潦体介质在特定条件下发生作用。固体颗粒粒度
7、要求；具有合适的温度和压力，保证流态化的稳定；固体颗粒与流体在一定空间（流化床）内相互作用0:23:391.2、 气固流态化的形成2 2、特点、特点主要优点主要优点主要缺点主要缺点 气固接触比表面积大，物理与化学过程速率高； 床内温度、浓度等参数非常均匀稳定； 由于具有流动性，非常容易实现连续操作； 床内传热传质速率高； 设备结构简单、造价低，运行安全可靠。 气固两相系统复杂，工程放大难度高； 鼓泡床操作时产生的大气泡容易形成气体的短路； 床内返混明显，停留时间分布对连续生产时提高转化率不利； 容易造成设备的磨损； 需具有效率较高的收尘装置。0:23:39（1 1）具有具有象液体一象液体一样的
8、浮力样的浮力（2 2）保持保持表面水平表面水平（3 3）象液象液体一样流动体一样流动（4 4）连同连同容器中表面容器中表面一致的趋势一致的趋势1.2、 气固流态化的形成2 2、特点之、特点之类似流体的特性0:23:39流化床结构示意图旋风分离器扩大段料腿内构件布风板自由空间换热装置1.2、 气固流态化的形成风室（预分布器）风室（预分布器）气体分布板气体分布板自由段和扩大段自由段和扩大段旋风分离器和料腿旋风分离器和料腿内部构件内部构件风室0:23:391.2、 气固流态化的形成（1）风室）风室作用：就是使气体介质压力均匀稳定，实现气体介 质的预分配。结构：倒锥形或渐缩形0:23:391.2、 气
9、固流态化的形成（2）布风板）布风板/分布板（分布板（Distributor）作用：1）具有均匀分布气流的作用；2）使流态化床有一个良好的流态化状态，保证在分布板附近有良好的气固接触条件，使所有固体颗粒都进入良好的流态化状态。这需要从选择分布板的结构、型式、气体介质的喷出速度等方而加以保证；3）支撑流化床内固体物料。0:23:391.2、 气固流态化的形成（2）布风板）布风板/分布板（分布板（Distributor）典型结构：（a）填料式分布板（b) 凹形分布板（c）直孔泡帽式分布板0:23:391.2、 气固流态化的形成（1）沟流）沟流又称穿孔现象，指料层不均匀或气体介质分布不均匀时，在容器内
10、固定床向流化床转化的初始阶段，气流可能从阻力较小的“沟道”处通过，形成气流短路的现象有局部沟流局部沟流和贯穿沟流贯穿沟流两种情况。引起沟流的主要原因引起沟流的主要原因有：（1）布风装置设计不当，导致布风不均匀；（2）料层筛分不合理粉末太多或太少；（3）料层过薄或水分太多，容易导致颗粒粘结；（4）气流速度偏小。0:23:401.2、 气固流态化的形成（2）腾涌）腾涌当床层内气泡汇合至接近床截面时，床内战层可就会分成几段、形成气塞(见图)，似活塞似地运动。当大气泡破裂时大颗粒下落，细小的物料可能会被气流带定，这种现象就是腾捅，也叫节涌。导致腾涌的原因导致腾涌的原因可能有：（1）布凤板设计不良，如风
11、帽尺寸不合适，风帽开孔率不当等；（2）流化床高径比较大；（3）筛分不均匀，颗粒偏大；（4）料层太薄或布风不均匀等。0:23:401.2、 气固流态化的形成（3）分层）分层当床内物料筛分范围较宽，粗颗粒和细颗较较多中间大小的颗粒较少时，在气流作用下，细小物料颗粒被收到床层上部，粗大颗粒沉积在下部，形成物料的分层现象产生分层现象的原因分层现象的原因主要与筛分分布有关。此外，如容器设计成漏斗状(上大下小)也易引起分层，因为气流速度自下而上会变小。0:23:401.2、 气固流态化的形成（4）气泡）气泡导致气泡过大气泡过大或分布不均的原因主要是布风扳的设计质量与容器高径比的设计。0:23:401.3、
12、 流态化的分类流化质量（流化质量（Fluidization qualityFluidization quality）流化床内床层分布的均匀性，即固相在床内分布的均匀程度流化床内床层分布的均匀性，即固相在床内分布的均匀程度（1 1）聚式流态化（）聚式流态化（Aggreative fluidizationAggreative fluidization）（2 2）散式流态化（）散式流态化（Particulate fluidizationParticulate fluidization）固相均匀地分布于床层内，通常液固系统较容易形成。其流化质量较高。固相均匀地分布于床层内，通常液固系统较容易形成。其流
13、化质量较高。对于气固系统，当气体速度大于起始流化速度后，多余的气体会产对于气固系统，当气体速度大于起始流化速度后，多余的气体会产生气泡，并很快通过流化床，此时成为聚式流态化。生气泡，并很快通过流化床，此时成为聚式流态化。聚式流态化中存在气泡相（聚式流态化中存在气泡相（bubble phasebubble phase）或称稀相（）或称稀相（lean phaselean phase）以及颗粒相（以及颗粒相（particulate phaseparticulate phase）或称密相（）或称密相（dense phasedense phase）、乳化相）、乳化相（emulsion phaseemul
14、sion phase）。）。0:23:401.3、 流态化的分类（1)方法一；即威淘姆(wilhelm)和郭获孙(Guo Mosun)方法0:23:401.3、 流态化的分类（2)方法二：即约翰逊(Johnson)和罗迈洛(Romero)稳定性方程判别法。0:23:402.1、流态床的流动特性2.1.1 流化床压降与流速的关系233223)()()1 (150)(75. 1gdududfpfpfmfpmfsmffmfpmfsWen & YuWen & Yu研究后发现研究后发现: :1413mfs11132mfsmf其余经验关联式参考其余经验关联式参考流态化工程原理流态化工程原理相关内容相关内容umf起始流化速度（或最小流化速度/临界流化速度）（minimum fluidizationvelocity）由由ErgunErgun公式得到：公式得到：
