1、1第第 3 3 章章 非均相混合物的分离及固体流态化非均相混合物的分离及固体流态化3.1 概述3.2 颗粒及颗粒床层的特性3.3 沉降分离基础知识3.4 固体流态化21.描述非球形颗粒的参数2.颗粒沉降阶段划分3.沉降速度（带出速度）4.固体流态化的基本概念5.流化床的主要特征6.流化床的操作范围本章应重点掌握的内容本章应重点掌握的内容33.1 3.1 概概 述述 一、非均相混合物的分类一、非均相混合物的分类 二、非均相混合物的分离方法二、非均相混合物的分离方法 三、非均相混合物分离的目的三、非均相混合物分离的目的4 具有不同物理性质具有不同物理性质(如密度差别如密度差别)的的分散物分散物质质
2、和和连续介质连续介质所组成的物系称为非均相混合物所组成的物系称为非均相混合物或非均相物系。或非均相物系。非均相混合物非均相混合物分散相分散相或或分散物质分散物质：处于分散处于分散状态的物质，如分散于流体中状态的物质，如分散于流体中的固体颗粒、液滴或气泡的固体颗粒、液滴或气泡。连续相连续相或或连续介质连续介质：包围分散包围分散物质且处于连续状态的物质。物质且处于连续状态的物质。一、非均相混合物的分类（一、非均相混合物的分类（p130p130）5 根据连续相的状态，非均相物系分为两种类型：根据连续相的状态，非均相物系分为两种类型：气态非均相物系，如含尘气体、含雾气体等；气态非均相物系，如含尘气体、
3、含雾气体等；液态非均相物系，如悬浮液、乳浊液及泡沫液等。液态非均相物系，如悬浮液、乳浊液及泡沫液等。机械分离方法，即利用非均相混合物中两相的物机械分离方法，即利用非均相混合物中两相的物理性质（如密度、颗粒形状、尺寸等）的差异，使两理性质（如密度、颗粒形状、尺寸等）的差异，使两相之间发生相对运动而使其分离。相之间发生相对运动而使其分离。二、非均相混合物的分离方法二、非均相混合物的分离方法机械分离方法过滤过滤沉降沉降6 1.1.沉降沉降 颗粒相对于流体颗粒相对于流体(静止或运动静止或运动)运动而实现悬浮物运动而实现悬浮物系分离的过程。系分离的过程。沉降操作的作用力沉降操作的作用力沉降离心沉降重力沉
4、降重力重力惯性离心力惯性离心力 2.2.过滤过滤 流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程。依实现过滤操作的外力不同，过滤操作又可分为程。依实现过滤操作的外力不同，过滤操作又可分为7过滤重力过滤加压过滤真空过滤离心过滤过滤操作的外力过滤操作的外力重力压强差压强差惯性离心力 非均相混合物分离的应用：非均相混合物分离的应用：收集分散物质；收集分散物质；净化连续介质；净化连续介质；环境保护与安全生产。环境保护与安全生产。三、非均相混合物分离的目的三、非均相混合物分离的目的83.2 颗粒及颗粒床层的特性颗粒及颗粒床层的特性3.2.1 颗粒的特性3.2.
5、2 颗粒床层的特性3.2.3 流体通过床层流动的压降91.球形颗粒球形颗粒36dV 2Sd6SaVd比表面积 体积 表面积 球形颗粒的尺寸由直径球形颗粒的尺寸由直径 d d 确定。确定。3.2.1 颗粒的特性（颗粒的特性（p131p131）一、单一颗粒特性一、单一颗粒特性m3m2m2/m310需要需要大小大小和和形状形状两个参数来描述其特性。两个参数来描述其特性。(1)体积当量直径体积当量直径 实际颗粒的体积实际颗粒的体积 VP 等于当量球形颗粒的体积等于当量球形颗粒的体积 V，则体积当量直径则体积当量直径 de 定义为定义为3ep6dV(2)球形度球形度 sspSS颗粒的实际表面积与该颗粒体
6、积相等的球体的表面积非球形颗粒 s1球形颗粒 s1，,m2.非球形颗粒非球形颗粒113pe6V=d2epsdS=se6a=d 比表面积比表面积 体积体积 表面积表面积 一、单一颗粒特性m3m2m2/m3非球形颗粒的特性参数，即非球形颗粒的特性参数，即12 工业中遇到的颗粒大多是由大小不同的粒子组成的工业中遇到的颗粒大多是由大小不同的粒子组成的集合体，称为非均一性粒子或多分散性粒子；而将具有集合体，称为非均一性粒子或多分散性粒子；而将具有同一粒径的颗粒称为单一性粒子或单分散性粒子。同一粒径的颗粒称为单一性粒子或单分散性粒子。1.粒度分布粒度分布 不同粒径范围内所含粒子的个数或质量，即粒径分不同粒
7、径范围内所含粒子的个数或质量，即粒径分布。布。二、颗粒群的特性（二、颗粒群的特性（p152p152）2.颗粒的平均直径颗粒的平均直径ipip1=dxd 粒群的平均直径计算式为粒群的平均直径计算式为 xi悬浮物系中分散相的质量分数悬浮物系中分散相的质量分数,m131-=床床层层体体积积粒粒体体粒粒体体床床层层体体积积床床层层体体积积颗颗积积颗颗积积 由颗粒群堆积成的床层疏密程度可用空隙率来表由颗粒群堆积成的床层疏密程度可用空隙率来表示，其定义如下示，其定义如下:影响空隙率影响空隙率值的因素非常复杂，诸如颗粒的大值的因素非常复杂，诸如颗粒的大小、形状、粒度分布与充填方式等。一般乱堆床层的小、形状、
8、粒度分布与充填方式等。一般乱堆床层的空隙率在空隙率在 0.470.47 0.70 0.70 之间。之间。3.2.2 颗粒床层的特性（颗粒床层的特性（p153）一、床层的空隙率一、床层的空隙率 14 单位床层体积具有的颗粒表面积称为床层的比表面单位床层体积具有的颗粒表面积称为床层的比表面积积 ab(m2/m3)。若忽略颗粒之间接触面积的影响，则。若忽略颗粒之间接触面积的影响，则b=(1-)aabbs6 1-6ga=d d式中式中 a 颗粒的比表面积，颗粒的比表面积，m2/m3床层的比表面积也可用颗粒的堆积密度估算，即床层的比表面积也可用颗粒的堆积密度估算，即 颗粒的颗粒的堆积密度堆积密度颗粒的颗
9、粒的真实密真实密度度二、床层的比表面积二、床层的比表面积bs=(1-)15 床层截面上未被颗粒占据的、流体可以自由通过床层截面上未被颗粒占据的、流体可以自由通过的面积，称为床层的自由截面面积。的面积，称为床层的自由截面面积。3.2.3 流体通过床层流动的压降（流体通过床层流动的压降（p155）一、床层的简化模型一、床层的简化模型 简化模型是将床层中不规则的通道假设成长度为简化模型是将床层中不规则的通道假设成长度为 L、当量直径为当量直径为 deb 的一组平行细管，并且规定：的一组平行细管，并且规定：细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积；细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积；细管的内表面
10、积等于颗粒床层的全部表面积。细管的内表面积等于颗粒床层的全部表面积。三、床层的自由截面积三、床层的自由截面积16eb441da 床床层层流流动动空空间间细细管管的的全全部部内内表表面面积积（）在上述简化条件下，以在上述简化条件下，以 1 m3 床层体积为基准，细床层体积为基准，细管的当量直径管的当量直径 deb可表示为床层空隙率可表示为床层空隙率及比表面积及比表面积 ab 的函数，即的函数，即1721fe2uLPd 流体在床流体在床层内的实层内的实际流速际流速空塔空塔速度速度2f3(1)PauL eb41da （）1uu 将将代入上式，得到代入上式，得到二、流体通过床层压降的数学描述二、流体通
11、过床层压降的数学描述1822f3(1)5Pa uL 康采尼（康采尼（Kozeny）方程）方程b2Re b5Re b(1)uRea 床层雷诺数定义 三、模型参数的实验测定（三、模型参数的实验测定（p156）康采尼方程康采尼方程适用条件：1922f323sese(1)(1)1501.75()()PuuLdd b0.17330Reb4.170.29Re 当当 Reb 20 时，流动基本为时，流动基本为层流层流，式中等号右边，式中等号右边第二项可忽略；当第二项可忽略；当 Reb1 000 时，流动为时，流动为湍流湍流，式中，式中等号右边第一项可忽略。等号右边第一项可忽略。欧根（欧根（Ergun）方程）
12、方程适用条件：20【例例 3-1】在横截面积为在横截面积为 1 m2 的固定床反应器中装填直的固定床反应器中装填直径径 d=3 mm、高度等于直径的圆柱形催化剂、高度等于直径的圆柱形催化剂 1 m3。催化。催化剂的质量剂的质量 G=980 kg，其真密度，其真密度s=1760 kg/m3。试求。试求(1)催化剂的当量直径催化剂的当量直径 de、球形度、球形度s、床层空隙率、床层空隙率及及 比表面积比表面积 ab；(2)20的空气从下向上通过催化剂层，空塔速度的空气从下向上通过催化剂层，空塔速度 u=0.2 m/s，空气流经催化剂床层的压降，空气流经催化剂床层的压降 pf 。【例3-1】2123
13、3ep66()1.1451.145 33.435(mm)4dVddd 22es222p23.4350.8743324dSSdd sb/980=1-=1-=0.44321760GV 解解：(1)催化剂的催化剂的 de、s、床层的、床层的及及 ab)23se66=1999 (m/m0.874 0.003435ad)23b=(1-)a=(1-0.4432)1999=1113 (m/ma于是于是 22(2)空气流经床层的压降空气流经床层的压降pf b51.205 0.2e11.96(1)1999(10.4432)1.81 10uRa 22-5f3232se(1)150(1-0.4432)0.2 1.8
14、1 10150=214.4 (Pa)()(0.4432)(0.874 0.003435)upd 首先计算首先计算 Reb，判断流型，然后选用相应公式求，判断流型，然后选用相应公式求pf 20下，空气的物性参数为下，空气的物性参数为=1.205 kg/m3 ，=1.8110-5 Pas ，则，则由于由于 Reb 2，不宜用康采尼公式计算，不宜用康采尼公式计算pf 又由于又由于 Reb 20，用欧根公式计算，用欧根公式计算pf 时，可忽略式中时，可忽略式中等号右边第二项，于是等号右边第二项，于是23 在外力场作用下，利用分散相和连续相之间的在外力场作用下，利用分散相和连续相之间的密度差，使之发生相
15、对运动而实现非均相混合物分密度差，使之发生相对运动而实现非均相混合物分离的操作称为离的操作称为沉降分离沉降分离。根据外力场的不同，沉降分离分为重力沉降和根据外力场的不同，沉降分离分为重力沉降和离心沉降；根据沉降过程中颗粒是否受到其他颗粒离心沉降；根据沉降过程中颗粒是否受到其他颗粒或器壁的影响而分为或器壁的影响而分为自由沉降自由沉降和和干扰沉降干扰沉降。3.3 3.3 沉降分离基础知识沉降分离基础知识24一、沉降速度沉降颗粒的受力情况图3.3.1 重力沉降重力沉降一、沉降速度一、沉降速度1.1.球形颗粒的自由沉降（球形颗粒的自由沉降（p132p132）颗粒受到三个力颗粒受到三个力 重力浮力阻力S
16、3g6Fdg3b6Fdg2d2uFA阻力系数或曳力系数252323ssd()()6426duudgdd分析颗粒运动情况：分析颗粒运动情况：加速度最大加速度最大阻力阻力加速度加速度0u tuutuuu加速度加速度=0=0加速度加速度=0=0加速段匀速段 根据牛顿第二运动定律，上述三个力的合力等于颗粒的质量m与其加速度a的乘积：Fg Fb Fd=ma，或或26 等速阶段中颗粒相对于流体的运动速度等速阶段中颗粒相对于流体的运动速度ut称称为为沉降速度沉降速度。由于这个速度是加速阶段终了时颗。由于这个速度是加速阶段终了时颗粒相对于流体的速度，故又称为粒相对于流体的速度，故又称为“终端速度终端速度”。t
17、ust4()3gdu沉降速度沉降速度 （p133p133）m/sst4()3gdum/s27 通过量纲分析可知，通过量纲分析可知，是颗粒与流体相对运动时是颗粒与流体相对运动时雷诺数雷诺数Ret 和球形度和球形度 s 的函数，即的函数，即 ts,f Rettdu Re 随随 Ret 及及 s 变化的实验测定结果见下图。变化的实验测定结果见下图。2.阻力系数 28 关系曲线图关系曲线图tRe29 对球形颗粒对球形颗粒 关系曲线大致可分为三个关系曲线大致可分为三个tRe4t101Re区域：区域：t24Re2()18dgust为层流区或为层流区或斯托克斯斯托克斯(Stokes)(Stokes)定律区定
18、律区斯托克斯公式斯托克斯公式m/s303t110Re0.6t18.5Re0.6()0.27dguRestt为过渡区或为过渡区或艾仑（艾仑（AllenAllen）定律区）定律区35t102 10Re为湍流区或为湍流区或牛顿牛顿(Newton)(Newton)定律区定律区 0.44()1.74dgust牛顿公式牛顿公式艾仑公式艾仑公式m/sm/s31二、影响沉降速度的因素（二、影响沉降速度的因素（p135p135，自学），自学）(1)(1)流体的粘度流体的粘度(2)(2)颗粒的体积分数颗粒的体积分数(3)(3)器壁效应器壁效应(4)(4)颗粒形状的影响颗粒形状的影响提示：首先要搞清自由沉降和干扰沉
19、降的含义提示：首先要搞清自由沉降和干扰沉降的含义32 旋 风 分 离旋 风 分 离器是利用惯性器是利用惯性离心力的作用离心力的作用从气流中分离从气流中分离出尘粒的设备。出尘粒的设备。标准旋风分离器图气体在旋风分离器内的运动情况图3.3.2 几种除尘设备简介几种除尘设备简介1.1.旋风分离器旋风分离器(应用最广的除尘设备）（应用最广的除尘设备）（p144p144）33 首先根据系统的物性与任务的要求，结合各型首先根据系统的物性与任务的要求，结合各型设备的特点，选定旋风分离器的形式，而后通过计设备的特点，选定旋风分离器的形式，而后通过计算决定尺寸与个数。算决定尺寸与个数。旋风分离器计算的主要依据有
20、三个方面：旋风分离器计算的主要依据有三个方面：含尘气的体积流量；含尘气的体积流量；要求达到的分离效率；要求达到的分离效率；允许的压强降。允许的压强降。四、旋风分离器的结构形式与选用旋风分离器的选用旋风分离器的选用342.2.降尘室降尘室353.3.多层降尘室多层降尘室36过滤操作动画过滤操作动画373.4.1 流态化的基本概念3.4.2 流化床的主要特征3.4.3 流化床的操作范围3.4.4 提高流化质量的措施（自学）3.4.5 气力输送简介3.4 固体流态化（p178）38 将大量固体颗粒悬浮于流动的流体之中，并在流将大量固体颗粒悬浮于流动的流体之中，并在流体作用下使颗粒作翻滚运动，类似于液
21、体的沸腾，故体作用下使颗粒作翻滚运动，类似于液体的沸腾，故称这种状态为固体流态化。化学工业中广泛使用固体称这种状态为固体流态化。化学工业中广泛使用固体流态化技术以强化传热、传质，并实现某些化学反应、流态化技术以强化传热、传质，并实现某些化学反应、物理加工乃至颗粒的输送等过程。物理加工乃至颗粒的输送等过程。当一种流体自下而上流过颗粒床层时，随着流速的当一种流体自下而上流过颗粒床层时，随着流速的加大，会出现以下三种不同的情况。加大，会出现以下三种不同的情况。稀相输送床阶段稀相输送床阶段流化床阶段流化床阶段固定床阶段固定床阶段气气速速增增加加 一、流态化现象一、流态化现象3.4.1 流态化的基本概念
22、流态化的基本概念（p178）39不同流速时床层的变化图(a)固定床 (b)初始或临界流化床 (c)散式流化床 (d)聚式流化床 (e)输送床流态化现象示意图40散式流化散式流化 散式流化状态的特点为固体颗粒散式流化状态的特点为固体颗粒均匀地分散在流化介质中，故亦称均匀地分散在流化介质中，故亦称均均匀流化匀流化。当流速增大时，床层逐渐膨。当流速增大时，床层逐渐膨胀而没有气泡产生，颗粒彼此分开，胀而没有气泡产生，颗粒彼此分开，颗粒间的平均距离或床层中各处的空颗粒间的平均距离或床层中各处的空隙率均匀增大，床层高度上升，并有隙率均匀增大，床层高度上升，并有一稳定的上界面。通常两相密度差小一稳定的上界面
23、。通常两相密度差小的系统趋向散式流化，故大多数液的系统趋向散式流化，故大多数液固流化属于固流化属于“散式流化散式流化”。散式流化散式流化二、两种不同流化形式41聚式流化聚式流化 床层内分为两相床层内分为两相:乳化相和乳化相和气泡相。由于气泡在上界面处气泡相。由于气泡在上界面处破裂，所以上界面是以某种频破裂，所以上界面是以某种频率上下波动的不稳定界面，床率上下波动的不稳定界面，床层压强降也随之作相应的波动。层压强降也随之作相应的波动。对于密度差较大的气固流化对于密度差较大的气固流化系统，一般趋向于形成聚式流系统，一般趋向于形成聚式流化。化。聚式流化聚式流化421.理想流化床的压强降图图 3-2
24、理想流化床的理想流化床的 p-u 关系图关系图3.4.2 流化床的主要特征（p180）一、恒定的压强降432.实际流化床的压强降图图 3-3 实际流化床的实际流化床的p-u 关系曲线关系曲线驼峰驼峰44图图3-4 气体流化床类似液体的特性气体流化床类似液体的特性二、类似液体的特点45 流化床中两相流动特点：流化床中两相流动特点：颗粒轴向混合为主，系统颗粒混合均匀；颗粒轴向混合为主，系统颗粒混合均匀；温度、浓度分布均匀，避免局部过热；温度、浓度分布均匀，避免局部过热；但温度、浓度均匀会使床层内传热、传质推但温度、浓度均匀会使床层内传热、传质推动力下降，反应进行得不完全；动力下降，反应进行得不完全
25、；易于连续自动操作。易于连续自动操作。三、流化床中的两相流动461.腾涌现象图图3-5 腾涌发生后腾涌发生后p-u 关系曲线关系曲线四、流化床的不正常现象472.沟流现象图图3-6 沟流发生后沟流发生后p-u 关系曲线关系曲线48 要使固体颗粒床层在流化状态下操作，必须使气要使固体颗粒床层在流化状态下操作，必须使气速高于临界流速速高于临界流速 umf，而最大气速又不得超过颗粒的，而最大气速又不得超过颗粒的沉降速度，以免颗粒被气流带走。沉降速度，以免颗粒被气流带走。1实测法 测取流化床回到固定床的一系列压降与气体流速的测取流化床回到固定床的一系列压降与气体流速的对应数值。对应数值。测定时常用空气
26、作流化介质，最后根据实际生产中测定时常用空气作流化介质，最后根据实际生产中的不同条件将测得的值加以校正。的不同条件将测得的值加以校正。aasmfmfs()()uu 3.4.3 流化床的操作范围（p182）一、临界流化速度 umf49可得到如下图可得到如下图 的曲线。的曲线。临界流化速度502.计算法计算法混合颗粒床层的混合颗粒床层的 umf 计算式（计算式（p183p183）223ppSSmfmfmf()()()()15011650sdgdgu 粒径较小、粒径较小、Rep1000时，时，51 颗粒带出速度即颗粒的沉降速度颗粒带出速度即颗粒的沉降速度 （p135 各种情况下的沉降速度公式）各种情
27、况下的沉降速度公式）二、带出速度二、带出速度（=沉降速度）粒度分布较均匀的混合颗粒床层的粒度分布较均匀的混合颗粒床层的 umf 估算式估算式对于小颗粒对于小颗粒 2psmf()1650dgu 对于大颗粒对于大颗粒 psmf()24.5dgu 注意：注意：上二式不能用于粒度差异悬殊的颗粒群上二式不能用于粒度差异悬殊的颗粒群52沉降速度（沉降速度（=带出速度）带出速度）等速阶段中颗粒相对于流体的运动速度等速阶段中颗粒相对于流体的运动速度 ut 称为沉称为沉降速度。由于这个速度是加速阶段终了时颗粒相对于降速度。由于这个速度是加速阶段终了时颗粒相对于流体的速度，故又称为流体的速度，故又称为“终端速度终
28、端速度”。st4()3gdu 式中式中 ut颗粒的自由沉降速度，颗粒的自由沉降速度，m/s；d颗粒直径，颗粒直径，m；s，分别为颗粒、流体的密度，分别为颗粒、流体的密度，kg/m3；g重力加速度，重力加速度，m/s2;阻力系数阻力系数53沉降速度公式汇总沉降速度公式汇总st4()3gdum/s2()18dgust斯托克斯公式斯托克斯公式m/s4t101Re基本公式基本公式3t110Re0.6()0.27dguRestt35t102 10Re()1.74dgust牛顿公式牛顿公式艾仑公式艾仑公式m/sm/s54 带出速度与临界流化速度的比值反映了流化床的带出速度与临界流化速度的比值反映了流化床的
29、可操作范围。可操作范围。对细颗粒对细颗粒 tmf=91.7uu 流化床实际操作速度与临界流化速度的比值称为流化床实际操作速度与临界流化速度的比值称为流流化数化数，通常范围在，通常范围在10109090之间（特殊情况可达数百）。之间（特殊情况可达数百）。三、流化床的操作范围（p184）对大颗粒对大颗粒 tmf=8.62uu3.4.4 提高流化质量的措施（自学）（上限值）（上限值）（下限值）（下限值）55 利用气体在管内流动以输送粉粒状固体的方法称利用气体在管内流动以输送粉粒状固体的方法称为气力输送。为气力输送。气力输送气力输送输送介质输送介质 最常用的输送介质是空气，但在输送易燃易爆粉最常用的输
30、送介质是空气，但在输送易燃易爆粉料时，也可采用其他惰性气体。料时，也可采用其他惰性气体。3.4.5 气力输送简介（p186）56 系统密闭，避免了物料的飞扬、受潮、受污染，系统密闭，避免了物料的飞扬、受潮、受污染，也改善了劳动条件；也改善了劳动条件；可在输送过程中可在输送过程中(或输送终端或输送终端)同时进行粉碎、分同时进行粉碎、分级、加热、冷却以及干燥等操作；级、加热、冷却以及干燥等操作；占地面积小，可以根据具体条件灵活地安排线路，占地面积小，可以根据具体条件灵活地安排线路，例如，可以水平、垂直或倾斜地装置管路；例如，可以水平、垂直或倾斜地装置管路；设备紧凑，易于实现连续化、自动化操作，便于
31、设备紧凑，易于实现连续化、自动化操作，便于同连续的生产过程相衔接。同连续的生产过程相衔接。气力输送的优点气力输送的优点57 与其他机械输送方法相比存在的缺点：与其他机械输送方法相比存在的缺点：1.动力消耗较大；动力消耗较大；2.颗粒尺寸受到一定限制颗粒尺寸受到一定限制(30 mm)；3.在输送过程中物料易于破碎；在输送过程中物料易于破碎；4.管壁也受到一定程度的磨损；管壁也受到一定程度的磨损；5.不适于输送粘附性物料或高速运动时易产不适于输送粘附性物料或高速运动时易产生静电的物料。生静电的物料。气力输送的缺点气力输送的缺点581.吸引式11吸嘴吸嘴 22输送管输送管 33一次旋风分离器一次旋风
32、分离器 44料仓料仓 55二次旋风分离器二次旋风分离器 66抽风机抽风机吸引式气力输送装置图吸引式气力输送装置图气力输送分类气力输送分类一、按气流压强分类一、按气流压强分类59压送式气力输送装置图11回转式供料器回转式供料器 22压气机械压气机械 33料斗料斗 44输料管输料管 55旋风分离器旋风分离器 66料仓料仓2.压送式60混合比混合比 R（或固气比）（或固气比）sGR=G单位质量气体所输送的固体质量，即单位质量气体所输送的固体质量，即 二、按气流中固相浓度分类 1.稀相输送 混合比在混合比在 25 以下（通常以下（通常 R=0.1 5）的气力）的气力输送为稀相输送。输送为稀相输送。2.
33、密相输送 混合比大于混合比大于 25 的气力输送称为密相输送。在密相的气力输送称为密相输送。在密相输送中，固体颗粒呈集团状态。输送中，固体颗粒呈集团状态。611-发送罐发送罐 2-气相密封插板气相密封插板 3-料斗料斗 4-气体分配器气体分配器 5-脉冲发生器和电磁阀脉冲发生器和电磁阀 6-输送管道输送管道 7-受槽受槽 8-袋滤器袋滤器脉冲式密相输送装置图脉冲式密相输送装置图62【例例3-2】欲使颗粒群直径范围为欲使颗粒群直径范围为 50 175 m、平均粒、平均粒径径 dp 为为 98m 的固体颗粒床层流化，同时必须避免颗粒的固体颗粒床层流化，同时必须避免颗粒的带出，求允许空塔气速的最小和
34、最大值。的带出，求允许空塔气速的最小和最大值。已知条件：固体颗粒密度为已知条件：固体颗粒密度为 1000 kg/m3，颗粒的球，颗粒的球形度为形度为 1，初始流化时床层的空隙率为，初始流化时床层的空隙率为 0.4，流化空气温，流化空气温度为度为 20，流化床在常压下操作。，流化床在常压下操作。解：由附录解：由附录 五五 查得查得 20 空气的粘度空气的粘度=0.0181 mPas、密度密度=1.205 kg/m3。允许最小气速就是用平均粒径计。允许最小气速就是用平均粒径计算的算的 umf 。假定颗粒的雷诺数。假定颗粒的雷诺数 Rep20，依讲义，依讲义p182式式 3-94可以写出临界流化速度
35、为可以写出临界流化速度为【例3-2】6323pSmfmfmf()()1501sdgu 263398 10 10001.205 0.49.811500.0181 1010.40.0037 (m/s)6pmfp398 100.0037 1.2050.0240.0181 10d uRe （20）校核雷诺数：校核雷诺数：64262pst3()(50 10)10001.2)9.8118180.0181 10 0.0752 (m/s)dgu 6ptp350 100.0752 1.205e0.2510.0181 10d uR tmf0.0752/200.0037uu 为了避免颗粒带出，其最大气速不能超过床层
36、最小为了避免颗粒带出，其最大气速不能超过床层最小颗粒的带出速度颗粒的带出速度 ut，因此，用，因此，用 dp=50m 计算带出速计算带出速度。先假定颗粒沉降属于层流区，其沉降速度用斯托克度。先假定颗粒沉降属于层流区，其沉降速度用斯托克斯公式计算，即斯公式计算，即 复核流型：复核流型：65 263mf3175 1010001.2050.49.81150 0.0181 10 10.4 0.0118 (m/s)u 可见，这两个速度的比值为可见，这两个速度的比值为 20 1，一般情况下，一般情况下，所选气速不应太接近于这一允许气速范围的任一极端。所选气速不应太接近于这一允许气速范围的任一极端。为了考核
37、操作气速下大颗粒是否能被流化起来，尚为了考核操作气速下大颗粒是否能被流化起来，尚需计算粒径为需计算粒径为 175m 颗粒的临界流化速度。仍假定大颗粒的临界流化速度。仍假定大颗粒的雷诺准数颗粒的雷诺准数 Rep20，则其临界流化速度可用讲义，则其临界流化速度可用讲义p182 式式3-94 计算，即计算，即 66 由上面计算结果看出，最大颗粒的临界流化速度为由上面计算结果看出，最大颗粒的临界流化速度为0.0118 m/s，小于实际流化速度，小于实际流化速度 0.0753 m/s，故整个床，故整个床层流化良好。层流化良好。6maxmfp3175 100.0118 1.205e0.1370.0181 10duR 核算雷诺准数：核算雷诺准数：Rep2067思考题 密度为密度为 2650 kg/m3的球形石英颗粒在的球形石英颗粒在 20空气中作自由沉降，试计算服从斯托克斯公式空气中作自由沉降，试计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径和服从牛顿公式的最小颗粒直的最大颗粒直径和服从牛顿公式的最小颗粒直径。径。理想流化床和实际流化床的主要差别是什么？理想流化床和实际流化床的主要差别是什么？作业题作业题
