實(shí)驗六固體流態(tài)化的流動特性實(shí)驗

1、實(shí)驗六固體流態(tài)化的流動特性實(shí)驗一、實(shí)驗?zāi)康脑诨瘜W(xué)工業(yè)中，經(jīng)常有流體流經(jīng)固體顆粒的操作，諸如過濾、吸附、浸取、離子交換以 及氣固、液固和氣液固反應(yīng)等。凡涉及這類流固系統(tǒng)的操作，按其中固體顆粒的運(yùn)動狀態(tài), 般將設(shè)備分為固定床、移動床和流化床三人類。近年來，流化床設(shè)備得到愈來愈廣泛的應(yīng) 用。固體流態(tài)化過程又按其特性分為密相流化和稀相流化。密相流化床又分為散式流化床 和聚式流化床。一般情況下，氣固系統(tǒng)的密相流化床屬于聚式流化床，而液固系統(tǒng)的密相流 化床屬于散式流化床。木實(shí)驗的口的，通過實(shí)驗觀察古i定床向流化床轉(zhuǎn)變的過程，以及聚式流化床和散式流 化床流動特性的差異；實(shí)驗測定流化illi線和臨界流化速度，

2、并實(shí)驗驗證固定床壓降和流化床 臨界流化速度的計算公式。通過本實(shí)驗希望能初步掌握流化床流動特性的實(shí)驗研究方法，加 深對流體流經(jīng)固體顆粒層的流動規(guī)律和固體流態(tài)化原理的理解。二、實(shí)驗原理當(dāng)流態(tài)流經(jīng)i古i定床內(nèi)固體顆粒之間的空隙時，隨著流速的增人，流態(tài)與固體顆粒之間所 產(chǎn)生阻力也隨z增人，床層的壓強(qiáng)降則不斷升高。為表達(dá)流體流經(jīng)固定床時的壓強(qiáng)降與流速 的函數(shù)關(guān)系，曾提出過多種經(jīng)驗公式?，F(xiàn)將一種較為常用的公式介紹如下：流體流經(jīng)固定床的壓降，可以仿照流體流經(jīng)空管時的壓降公式（moody公式）列出。 即2(1)式中，hg為固定床層的高度，m、dp為固體顆粒的直徑，m、uo為流體的空管速度，m -s _1; p

3、為流體的密度，kg - m"3；入“為固定床的摩擦系數(shù)。i古i定床的摩擦系數(shù)九可以直接由實(shí)驗測定，根據(jù)實(shí)驗結(jié)果，厄貢（ergun）i®出如下經(jīng)驗公式:=21一為叫.75(2)式中，eg為固定床的空隙率；r怖為修止雷諾數(shù)。rem nj-由顆粒氏徑dp,床層空隙率 em,流體密度p,流體粘度u和空管速度u（）,按下式計算：(3)山固定床向流化床轉(zhuǎn)變式的臨界速度f,也可山實(shí)驗氏徑測定。實(shí)驗測定不同流速下 的床層壓降，再降實(shí)驗數(shù)據(jù)標(biāo)繪在雙對數(shù)坐標(biāo)上，由作圖法即可求得臨界流化速度，如圖1所示。圖1流體流經(jīng)固定床和流化床時的壓力降為計算臨界流化速度，研究者們也曾提出過各種計算公式，下面

4、介紹的為一種半理論半經(jīng)驗的公式：當(dāng)流態(tài)化時流體流動對固體顆粒產(chǎn)生的向上作用力，應(yīng)等于顆粒在流體中的凈 重力,即sps = h fs(-sf )(久 - p)g(4)式中，s為床層的橫截面積na hf為床層的高度m, j為床層的空隙率；ps為固休顆粒 的密度kgn?, p為流體的密度kgmh由此可得出流化床壓力降的計算公式：a/? =)(幾 -當(dāng)床層處于由固定床向流化床轉(zhuǎn)變的臨界點(diǎn)時，固定床壓力降的計算式與流化床的計算 式應(yīng)同時適用。這時，hf=hmf，e f= £面f,uo=umf因此聯(lián)立和兩式即ilj得臨界流化速度 的計算式：1 2dp(l-叫"mj _九p_若式中固處丿

5、木的摩擦系數(shù)入m按式計算，貝ij聯(lián)立和兩式即可計算得到臨界流化 速度。最后，尚需進(jìn)一步指出，由實(shí)驗數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)得出的固定床壓力降和臨界流化速度的計算公 式，除以上介紹的算式z外，文獻(xiàn)中報導(dǎo)的至今已達(dá)數(shù)i種z多。但大都不是形式過于復(fù)雜, 就是應(yīng)用局限性和謀差較人。一般用實(shí)驗方法直接測景最為可靠,而這種實(shí)驗方法乂較為簡 單可行。流化床的特性參數(shù)，除上述外，述有密相流化與稀相流化臨界點(diǎn)的帶岀速度uf、丿木 層的膨脹比r和流化數(shù)k等，這些都是設(shè)計流化床設(shè)備時的重要參數(shù)。流化床的床高h(yuǎn)f 與靜床層的高度h()之比，稱為膨脹比，即：r = hr /h()(7)流化床實(shí)際采用的流化速度uf與臨界流化速度fz比稱

6、為流化數(shù)，即：k=uf/um,f三、實(shí)驗裝置本實(shí)驗裝置采用氣一固和液一固系統(tǒng)兩套設(shè)備并列。設(shè)備主體均采用圓柱形的口山床。圖2液固系統(tǒng)的流程圖內(nèi)分別填充球粒狀硅膠和玻璃微珠。分布器采用篩網(wǎng)和填滿玻璃球的惻柱體。柱頂裝有 過濾網(wǎng)，以阻止固體顆粒帶出設(shè)備外。床層上均有測壓口與壓差計相接。液固系統(tǒng)的流程如圖2所示。水循環(huán)水泵或高位穩(wěn)壓水槽，經(jīng)調(diào)節(jié)閥和孔板流量訃：由 設(shè)備底部進(jìn)入。水進(jìn)入設(shè)備后，經(jīng)過分布器分布均勻，市下而上通過顆粒層，最后經(jīng)頂部過 濾網(wǎng)排入循環(huán)水槽。水流量由調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，并由孔板流量計的壓差計顯示讀數(shù)。氣同系統(tǒng)的流程如圖3所示，空氣自風(fēng)機(jī)經(jīng)調(diào)節(jié)閥和孔板流量計，由設(shè)備底部進(jìn)入，空 氣進(jìn)入設(shè)備

7、后，經(jīng)分布器分布均勻，rh上而下通過顆粒層，最后經(jīng)頂部濾網(wǎng)排空?？諝饬髁?由調(diào)節(jié)閥和放空閥聯(lián)合調(diào)節(jié)，并由孔板流量計的壓力降顯示讀數(shù)。四、實(shí)驗方法本實(shí)驗可分兩步進(jìn)行：笫一步，觀察并比較液固系統(tǒng)流化床和氣固系統(tǒng)流化床的流動狀 況；第二步，實(shí)驗測定空氣或水通過i古i體顆粒測的特性曲線。在實(shí)驗開始前，先按流程圖檢查各閥門開閉情況。降水調(diào)節(jié)閥和空氣調(diào)節(jié)閥全部關(guān)閉,6濾網(wǎng)；7、床體；8、固體顆粒層；9、分布器。待循環(huán)水泵和風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)止常后，先徐徐開啟水調(diào)節(jié)閥，使水流量緩慢增大，觀察床層的 變化過程；然后再徐徐開啟空氣調(diào)節(jié)閥和關(guān)小放空閥，聯(lián)合調(diào)節(jié)閥改變空氣流量，觀察床層 的變化過程。完成第一步實(shí)驗操作后，先關(guān)

8、閉水調(diào)節(jié)閥，再停泵，繼續(xù)進(jìn)行第二步實(shí)驗操作，若測定 不同空氣流速下。床層的壓力降和床層高度。實(shí)驗可在流最由小到人，再由人到小反復(fù)進(jìn)行。 實(shí)驗完畢，先打開放空閥，后關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，再停機(jī)。實(shí)驗過程中應(yīng)特別注意下列事項：a）循環(huán)水泵和風(fēng)機(jī)的啟動和關(guān)閉必須嚴(yán)格遵守上述操作步驟。無論是開機(jī)、停機(jī) 或調(diào)節(jié)流量,必須緩慢地開啟或關(guān)閉閥門，并同時注視壓差計屮液柱變化情況, 嚴(yán)防壓差計中指示液沖入設(shè)備。b）當(dāng)流量調(diào)節(jié)到接近臨界點(diǎn)時，閥門調(diào)節(jié)更需要精心細(xì)微，注意床層的變化。c）實(shí)驗完畢，必須將設(shè)備內(nèi)的水排放干凈，切莫將雜質(zhì)混入循環(huán)水小，以防堵塞分布器和濾網(wǎng)。五、實(shí)驗結(jié)果整理1、錄實(shí)驗設(shè)備和操作的基木參數(shù) ii. 設(shè)

9、備參數(shù) 111.柱體內(nèi)徑：d= d）50 mm 靜床層高度：ho=loo mm 分布器形式：固體顆?；緟?shù)固體種類：氣固系統(tǒng)（硅膠球） 顆粒形狀：孔流系數(shù)k=0.61孔板孔徑:d=0.003m平均粒徑：dp=0.35 mm顆粒密度：p s= 924 kg 臚 堆積密度：p b= 475 kg - m-3液同系統(tǒng)（玻璃微珠）孔流系數(shù)k=0.6025孔板孔徑：d=0.003mdp= 1.5 mmps= 1937 kg-nt5p b= 1160 kg m'3空隙率（e= ps pb ）： £= 0.486 e =0.401p$流體物性數(shù)據(jù)類度度度種休流溫密粘tg =°ctt =°cp b=kg m-3p b=kg m'3u g=pa spas空氣水2、測得的實(shí)驗數(shù)據(jù)和觀察到的現(xiàn)象，參考下表做詳細(xì)記錄:實(shí)驗序號空氣流量rvs空氣空塔速流，u0床層壓降，ap床層高度，h膨脹比，r流化數(shù)，k實(shí)驗現(xiàn)象3、在雙對數(shù)座檔紙上標(biāo)繪ap uo關(guān)系曲線，并求出臨界流化速度ugf.° uo 將實(shí)驗測試定值與計算進(jìn)行比較，算岀相對誤差。