臨界流化床速度實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 題目：測(cè)定3um石英砂臨界流化速度 組別：第3組 日期：2016年1月26日 流化床臨界速度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）觀察流態(tài)化的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)習(xí)通過(guò)顆粒床層流動(dòng)特性的測(cè)量方法；2）了解測(cè)量臨界流化速度的方法和儀器的使用；3）測(cè)定臨界流化速度，并作出流化曲線圖；二、實(shí)驗(yàn)原理流態(tài)化是一種使用固體顆粒通過(guò)與流體接觸而轉(zhuǎn)變成類似于流體狀態(tài)的操作。近年來(lái)，這種技術(shù)發(fā)展很快，許多工業(yè)部門在處理粉粒狀物料的輸送、混合、涂層、換熱、干燥、吸附、煅燒和氣-固反應(yīng)過(guò)程等過(guò)程中，都廣泛地應(yīng)用了流態(tài)化技術(shù)。固體流態(tài)化過(guò)程的基本概念如果流體自下而上地流過(guò)顆粒層，則根據(jù)流速的不同，會(huì)出現(xiàn)三種不同的階段，如下

2、圖所示： 固定床 流化床 氣力輸送 流化過(guò)程的幾個(gè)階段1） 固定床階段如果流體通過(guò)顆粒床層的表觀速度（即空床速度）U較低，使顆粒空隙中流體的真實(shí)速度U1 ,則小于顆粒的沉降速度Ut 則顆?；旧媳３朱o止不動(dòng)，顆粒稱為固定床。2） 流化床階段當(dāng)流體的表觀速度U加大到某一數(shù)值時(shí)，真實(shí)速度U1比顆粒的沉降速度Ut大了，此時(shí)床層內(nèi)較小的顆粒將松動(dòng)或“浮起”，顆粒層高度也有明顯增大。但隨著床層的膨脹，床內(nèi)空隙率也增大，而U1=U/，所以，真實(shí)速度U1隨后又下降，直至降到沉降速度Ut為止。也就是說(shuō)，在一定的表觀速度下，顆粒床層膨脹到一定程度后將不再膨脹，此時(shí)顆粒懸浮于流體中，床層有一個(gè)明顯的上界面，與沸騰

3、水的表面相似，這種床層稱為流化床。因?yàn)榱骰驳目障堵孰S流體表觀速度增大而變化，因此，能夠維持流化床狀態(tài)的表觀速度可以有一個(gè)較寬的范圍。實(shí)際流化床操作的流體速度原則上要大于起始流化速度，又要小于帶出速度，而這兩個(gè)臨界速度一般均有實(shí)驗(yàn)得出。3） 顆粒輸送階段如果繼續(xù)提高流體的表觀速度U，使真實(shí)速度U1大于顆粒的沉降速度Ut，則顆粒將被氣流帶走，此時(shí)床層上界面消失，這種狀態(tài)稱為氣力輸送。2、固體流態(tài)化的分類 流化床按其性狀的不同，可以分為兩類，即散式流態(tài)化和聚式流態(tài)化。 散式流態(tài)化一般發(fā)生在液固系統(tǒng)，此種床層從開始膨脹直到氣力輸送，床內(nèi)顆粒的擾動(dòng)程度是平緩的加大的，床層的上界面較為清晰。聚式流態(tài)化一

4、般發(fā)生在氣固系統(tǒng)，這也是目前工業(yè)上應(yīng)用較多的流化床形式，從開始流態(tài)化開始，床層的波動(dòng)逐漸加劇，但其膨脹程度卻不大。因?yàn)闅怏w與固體的密度差別較大，氣體要將固體顆粒推起來(lái)比較困難，所以只有小部分氣體在顆粒間通過(guò)，大部分氣體則匯成氣泡穿過(guò)床層，而氣泡穿過(guò)床層時(shí)造成床層波動(dòng)，它們?cè)谏仙^(guò)程中逐漸長(zhǎng)大和相互合并，到達(dá)床層頂部則破裂而將該處的顆粒濺散，使得床層上界面起伏不定。床層內(nèi)的顆粒則很少分散開來(lái)各自運(yùn)動(dòng)，而多是聚結(jié)成團(tuán)地運(yùn)動(dòng)，成團(tuán)地被氣泡推起或擠開。聚式流態(tài)化聚式流態(tài)化床中有以下兩種不正?，F(xiàn)象：騰涌現(xiàn)象 如果床層高度與直徑的比值過(guò)大，氣速過(guò)高時(shí)，就容易產(chǎn)生氣泡的相互聚合，而成為大氣泡，在氣泡直徑長(zhǎng)大

5、到與床徑相等時(shí)，就將床層分為幾段，床內(nèi)物料以活塞推進(jìn)的方式向上運(yùn)動(dòng)，在達(dá)到上部后氣泡破裂，部分顆粒又重新回落，這既是騰涌，又稱為節(jié)涌。騰涌嚴(yán)重地降低床層的穩(wěn)定性，使氣固之間的接觸狀況惡化，并使床層受到?jīng)_擊，發(fā)生振動(dòng)，損壞內(nèi)部構(gòu)件，加劇顆粒的磨損與帶出。溝流現(xiàn)象 在大直徑床層中，由于顆粒堆積不勻或氣體初始分別不良，可在床內(nèi)局部地方形成溝流。此時(shí)，大量氣體經(jīng)過(guò)局部地區(qū)的通道上升，而床層的其余部分仍處于固定床階段而未被流化（死床）。顯然，當(dāng)發(fā)生溝流現(xiàn)象時(shí)，氣體不能與全部顆粒良好接觸，將使工藝過(guò)程嚴(yán)重惡化。3、流化床壓降與流速的關(guān)系流化速度定義： 流化數(shù)： n=U/Umf流化形成的條件和流態(tài)化的基本特

6、征： （1）流態(tài)化是一種由于流體向上流過(guò)固體顆粒堆積的床層，使得顆粒具有一般流體性質(zhì)的現(xiàn)象。（2） 當(dāng)流體速度較低時(shí)，床層處于固定床狀態(tài)，此時(shí)，流體與床層壓降的關(guān)系可用Ergun公式（Ergun，1949）表示。Ergun公式是流態(tài)化原理中十分重要的一個(gè)公式： P床層壓降 H床高 床層空隙率 流體動(dòng)力粘度 u表觀流速 dv顆粒等體積當(dāng)量直徑 f流體密度當(dāng)流體流速達(dá)到臨界流化速度后，P與流速的關(guān)系不再遵從Ergun公式。 均勻粒度沙粒床層的壓降與氣速的關(guān)系：寬篩分粒度床層的壓降與氣速的關(guān)系：當(dāng)床料處于臨界流化狀態(tài)時(shí)： 上式與Ergun公式聯(lián)立，并考慮顆粒球形度s后可得： Wen C. Y.和Yu

7、 Y. H.試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)： 代入前式得到: 即： 式中，C133.7，C20.0408當(dāng)顆粒較細(xì)，Remf較小時(shí)，Ergun公式中的粘性力項(xiàng)占主導(dǎo)，慣性力項(xiàng)可忽略，即：時(shí) 當(dāng)顆粒較粗，Remf較大時(shí)，Ergun公式中的慣性力項(xiàng)占主導(dǎo)，粘性力項(xiàng)可忽略，即： 時(shí) 采用Grace公式（C1=27.2;C2=0.0408）計(jì)算得到的Remf與壓力條件下的測(cè)試結(jié)果比較吻合： Grace公式： 三、實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于測(cè)壓是測(cè)的布風(fēng)板以下和裝置出口的壓力，所以測(cè)的壓力多了布風(fēng)板的壓力，得到的總壓為：P=P布風(fēng)板+P物料因此，實(shí)驗(yàn)前先測(cè)定布風(fēng)板總壓P布風(fēng)板，再測(cè)定有物料時(shí)候的總壓P物料。這樣就計(jì)算出實(shí)際要測(cè)

8、定的總壓。四、實(shí)驗(yàn)裝置和儀器 實(shí)驗(yàn)裝置 主要儀器：冷態(tài)流化床實(shí)驗(yàn)裝置，空氣壓縮機(jī)，U形壓差管，燒杯，電子秤。 五、實(shí)驗(yàn)步驟1、首先用燒杯稱取500g石英砂，篩分直徑為0.03um，作為實(shí)驗(yàn)備用；2、檢查實(shí)驗(yàn)設(shè)備的連接是否完好的；3、開始測(cè)空床布風(fēng)板的壓差，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，調(diào)整流量到0，穩(wěn)定之后再調(diào)到250，穩(wěn)定后記錄，然后按照壓差差值為250逐漸上調(diào)，依次記錄數(shù)據(jù)，直到調(diào)到2500，然后再以250的差值往下調(diào)，調(diào)到250，記錄數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)重復(fù)測(cè)定三次。停止風(fēng)機(jī)運(yùn)行。4、測(cè)定完布風(fēng)板壓力后，開始裝入物料。啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，調(diào)整流量到0，穩(wěn)定之后再調(diào)到250，穩(wěn)定后記錄，然后按照壓差差值為250逐漸上調(diào)，依次記錄

9、數(shù)據(jù)，并觀察流化態(tài)的生成過(guò)程，預(yù)測(cè)臨界點(diǎn)，在臨界點(diǎn)出作微調(diào)，然后再以250的差值調(diào)，直到調(diào)到2500，然后再以250的差值往下調(diào)，同樣在臨界點(diǎn)作微調(diào)，然后再以250的差值調(diào)到250，記錄數(shù)據(jù)。并記錄下實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)流化態(tài)時(shí)的圖片，實(shí)驗(yàn)重復(fù)測(cè)定三次。5，測(cè)定完物料壓力后，停止運(yùn)行，取出物料，整理數(shù)據(jù)。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1、 空床壓差空床流量1組上行1組下行2組上行2組下行3組上行3組下行上行均值下行均值2503040406050604053.3350040705070707053.337075080110801208012080116.671000120180160180140180140180125

10、02002602202602102302102501500310340290340280330293.33336.671750400420400420390410396.67416.6720005005204505304905104805202250610630600610600610603.33616.672500740740700700710710716.67716.672、 物料壓差加物料流量1組上行1組下行2組上行2組下行3組上行3組下行上行均值下行均值250930650600640620630716.6764050018501180124010201200115014301116.6

11、775018801730182014301610159017701583.3310002020195019401920194019501966.67194012502140203020302010202020202063.3202015002150215021402080211021402133.32123.3317502300222022202220224022502253.32230200023502350234523402340236023452350225024502450247024302460245024602443.33250025502550252025202550256025

12、402543.333、 物料高度差2500.125m5000.125m7500.125m8000.125m9000.125m9500.125m10000.135m12500.147m15000.15m17500.17m20000.18m22500.20m25000.21m七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理1，原始數(shù)據(jù)：流量計(jì)單位m3/h，最大量程2.5m3/h，溫度20°（室溫），流化床直徑60*5mm（60是外徑，內(nèi)徑50），U形管里面介質(zhì)是水，石英砂質(zhì)量為500g,篩分直徑為300um。2,由于實(shí)驗(yàn)的上行數(shù)據(jù)存在遲滯效應(yīng)，所以所以結(jié)果采用下行數(shù)據(jù)，其中實(shí)際需要測(cè)量的壓差為：P=P布風(fēng)板+P物料，所

13、以臨界流化壓差為P物料=P-P布風(fēng)板，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理如下： 流量P下行均值P布風(fēng)板下行均值P物料實(shí)際壓力值25064053.33586.675001116.67701046.677501583.33116.671466.6710001940180176012502020250177015002123.33336.671786.6717502230416.671813.3320002350520183022502443.33616.671826.6725002543.33716.671826.673數(shù)據(jù)處理得到的折線圖：4實(shí)驗(yàn)圖片 八、數(shù)據(jù)分析與結(jié)果根據(jù) 由所以所得數(shù)據(jù)，可知在流量為950m3/h的時(shí)候，為臨界流化狀態(tài)開始的臨界點(diǎn)，這個(gè)時(shí)候的壓差均值在1830pa。由公式 umf=Q/F=950/0.05*3.142*3600=0.54 m2/s再由Grace公式計(jì)算： 其中Ar為阿基米德數(shù)：Ar=Lgl(-l)/2 得到 umf=0