實(shí)驗(yàn)六固體流態(tài)化的流動特性實(shí)驗(yàn)(精)

1、實(shí)驗(yàn)六固體流態(tài)化的流動特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?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)， 一般將設(shè)備分為固定床、移動床和流化床三大類。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。本實(shí)驗(yàn)的目的，通過實(shí)驗(yàn)觀察固定床向流化床轉(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(yàn)測定流化曲線和臨界流化速度，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2、固定床壓降和流化床臨界流化速度的計(jì)算公式。通過本實(shí)驗(yàn)希望能初步掌握流化床流動特性的實(shí)驗(yàn)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(yàn)原理當(dāng)流態(tài)流經(jīng)固定床內(nèi)固體顆粒之間的空隙時(shí)，隨著流速的增大，流態(tài)與固體顆粒之間所Moody公式)列出。產(chǎn)生阻力也隨之增大，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(shí)的壓強(qiáng)降與流速 的函數(shù)關(guān)系，曾提出過多種經(jīng)驗(yàn)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(shí)的壓降公式( 即(1)m、dp為固體顆粒的直徑, 入m為固定床的摩擦系數(shù)。固定床的摩擦系數(shù)入m可以直接由實(shí)驗(yàn)測定，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,式中，Hm為固定

3、床層的高度, -1; P為流體的密度，Kg m3;m、U0為流體的空管速度，m s厄貢(Ergu n)提出如下經(jīng)驗(yàn)公式:宏“75丿(2)Umf，也可由實(shí)驗(yàn)直徑測定。實(shí)驗(yàn)測定不同流速下1式中，£ m為固定床的空隙率；Rem為修正雷諾數(shù)。Rem可由顆粒直徑dp,床層空隙率 £ m,流體密度P，流體粘度卩和空管速度U0,按下式計(jì)算：dp PuoRem =飛一由固定床向流化床轉(zhuǎn)變式的臨界速度的床層壓降，再降實(shí)驗(yàn)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 所示。圖1流體流經(jīng)固定床和流化床時(shí)的壓力降為計(jì)算臨界流化速度， 研究者們也曾提出過各種計(jì)算公式，下面介紹的為一種半

4、理論半應(yīng)等于顆粒在流體中的凈經(jīng)驗(yàn)的公式：當(dāng)流態(tài)化時(shí)流體流動對固體顆粒產(chǎn)生的向上作用力, 重力，即ip s = HfS（i-“）（Ps-p）g式中，S為床層的橫截面積 m2, Hf為床層的高度 m, £ f為床層的空隙率；P s為固體顆粒 的密度Kg m-3, p為流體的密度 Kg m-3，由此可得出流化床壓力降的計(jì)算公式：固定床壓力降的計(jì)算式與流化床的計(jì)算,Hf= Hmf, £ f= £面f,U0=Umf因此聯(lián)立 和(5)兩式即可得臨界流化速度p = Hf（i-斛）（Ps- p）g當(dāng)床層處于由固定床向流化床轉(zhuǎn)變的臨界點(diǎn)時(shí), 式應(yīng)同時(shí)適用。這時(shí)， 的計(jì)算式：Um,f

5、2dp （1 gm,f）（Ps- P）嚴(yán)（6）由實(shí)驗(yàn)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(jì)算公文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)的至今已達(dá)數(shù)十種之多。但大都不是形式過于復(fù)雜，一般用實(shí)驗(yàn)方法直接測量最為可靠，而這種實(shí)驗(yàn)方法又較為簡Uf、床HfXXTIXT入m按式計(jì)算，則聯(lián)立和兩式即可計(jì)算得到臨界流化若式中固定床的摩擦系數(shù) 速度。最后，尚需進(jìn)一步指出， 式，除以上介紹的算式之外， 就是應(yīng)用局限性和誤差較大。單可行。流化床的特性參數(shù)，除上述外，還有密相流化與稀相流化臨界點(diǎn)的帶出速度 層的膨脹比R和流化數(shù)K等，這些都是設(shè)計(jì)流化床設(shè)備時(shí)的重要參數(shù)。流化床的床高 與靜床層的高度 Ho之比，稱為膨脹比，即：R = Hf /

6、Ho(7)流化床實(shí)際采用的流化速度Uf與臨界流化速度Um,f之比稱為流化數(shù)，即：K=Uf/Um,f (8)三、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)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自由床。圖2液固系統(tǒng)的流程圖15、壓差計(jì);觀察床層的觀察床層若測定內(nèi)分別填充球粒狀硅膠和玻璃微珠。分布器采用篩網(wǎng)和填滿玻璃球的圓柱體。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(jì)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)閥和孔板流量計(jì)；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，由下而上通過顆粒層，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

7、流量計(jì)的壓差計(jì)顯示讀數(shù)。氣固系統(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(jì)， 由設(shè)備底部進(jìn)入，空 氣進(jìn)入設(shè)備后，經(jīng)分布器分布均勻， 由上而下通過顆粒層，最后經(jīng)頂部濾網(wǎng)排空。 空氣流量 由調(diào)節(jié)閥和放空閥聯(lián)合調(diào)節(jié)，并由孔板流量計(jì)的壓力降顯示讀數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)方法本實(shí)驗(yàn)可分兩步進(jìn)行：第一步，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(yàn)測定空氣或水通過固體顆粒測的特性曲線。在實(shí)驗(yàn)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，1、放空閥；2、空氣調(diào)節(jié)閥；3、孔板流量計(jì)；4、孔板流量計(jì)的壓差計(jì)；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)

8、機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，先徐徐開啟水調(diào)節(jié)閥，使水流量緩慢增大， 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，的變化過程。完成第一步實(shí)驗(yàn)操作后，先關(guān)閉水調(diào)節(jié)閥，再停泵，繼續(xù)進(jìn)行第二步實(shí)驗(yàn)操作， 不同空氣流速下。床層的壓力降和床層高度。 實(shí)驗(yàn)可在流量由小到大， 再由大到小反復(fù)進(jìn)行。 實(shí)驗(yàn)完畢，先打開放空閥，后關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，再停機(jī)。實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)特別注意下列事項(xiàng)：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(shí)注視壓差計(jì)中液柱變化情況， 嚴(yán)防壓差計(jì)中指示液沖入設(shè)備。ii.流體:種類：空氣水溫度:Tg=CTt =r密度

9、:P b=Kg m-3p b=Kg m-3粘度:卩g =Pa s卩t =Pas五、iii.b）當(dāng)流量調(diào)節(jié)到接近臨界點(diǎn)時(shí)，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(yàn)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)水中，以防堵塞分布器和濾網(wǎng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理1、錄實(shí)驗(yàn)設(shè)備和操作的基本參數(shù) 設(shè)備參數(shù)柱體內(nèi)徑：d=50 mm靜床層高度：H0=1OO 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：平均粒徑：顆粒密度：堆積密度：液固系統(tǒng)（玻璃微珠）iv.空隙率（流體物性數(shù)據(jù)d = 0.003m dp= 0.35 mmP s= 924 Kg p b= 475 Kg -3m皿-3 m£ = 0.486孔流系數(shù)k = 0.6025孔板孔徑：dp= 1.5P s= 1937p b= 1160£ = 0.401d= 0.003mmmKg m-3Kg m-32、測得的實(shí)驗(yàn)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(yàn)序號空氣流量1 R空氣流量11 V s空氣空塔速流，U0床層壓降， P床層高度，H膨脹比，R流化數(shù)，K實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象3、在雙對數(shù)座檔紙上標(biāo)繪 p U0關(guān)系曲線，并求出臨界流化速度 Umf.。U0 將實(shí)驗(yàn)測試定值與計(jì)算進(jìn)行比較，算出相對誤差。4、在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪固定床階段的的Rem-幾m關(guān)