第四章固体流态化.ppt

第一页，共三十七页，2022年，8月28日 一、 概述 固体流态化：流体以一定的流速通过固体颗粒组成的床层时，可将大量固体颗粒悬浮于流动的流体中，颗粒在流体作用下上下翻滚，类似于液体的沸腾。这种状态称为固体流态化。简单来说，固体流态化就是固体物质流体化。 流态化技术是近50多年发展起来的一种新技术，设备结构简单、生产强度大、易于实现连续化、自动化操作。 该技术在食品工业中，主要用于加热（Heating）、冷却(Cooling)、冷冻(Freezing)、干燥(Drying/Dehydration)、混合(Mixing)、造粒(Granulation)、浸出(Extraction)、洗涤(Scrubbing/Cleaning/Washing)等方面。 第二页，共三十七页，2022年，8月28日 固体流态化的优点 1、颗粒流动平稳，类似液体，可实现连续、自动控制； 2、固体颗粒混合迅速，整个流化床内处于等温状态； 3、流体与颗粒之间的传热和传质速率高； 4、整个床层与浸没物体之间传热速率高。 第三页，共三十七页，2022年，8月28日 二、 床层的流态化过程 在垂直装填有固体颗粒的床层中，流体自下而上通过颗粒床层，随着流速从小到大变化，床层将出现下述三种不同的状态，如下图所示。 (一)流态化现象 a.固定床；b-c-d.流化床；e. 气力输送 第四页，共三十七页，2022年，8月28日 (1) 固定床阶段 特点： 通过床层的流速低； 颗粒受的曳力小，颗粒之间紧密相接，静止不动； 床层高度不变； u↑，流体通过床层的阻力↑ ，其关系可以用欧根公式表示，如图(a)。 第五页，共三十七页，2022年，8月28日 (2) 流化床阶段 ?特点： 当u↑一定值时，(颗粒的)曳力接近净重力（重力减去浮力），或者流体通过床层的阻力接近单位截面床层的重量时，颗粒开始浮动，但仍未脱离原来的位置，如图(b)。 在此状态时， u稍稍↑ ，颗粒便互相离开，床层的高度也会有所提高，则这时的状态称为起始流化状态或临界流化状态，对应的流速称为起始流化速度(umf)或最小流化速度 。 第六页，共三十七页，2022年，8月28日 在临界流化状态时，继续↑u ，则颗粒间的距离增大，颗粒作剧烈的随机运动，这个阶段称为流化床阶段(沸腾床)。 在流化床阶段，随流体空床流速的增加，床层高度增高，床层的空隙率也增大，使颗粒间的流体流速保持不变；此时床层空隙中的流速=颗粒的沉降速度，同时床层的阻力几乎保持不变，等于单位截面床层的重量。 流化床阶段还有一个特点是床层有明显的上界面，如图(c、d)所示。 第七页，共三十七页，2022年，8月28日 (3) 气力（或液力）输送阶段 特点： 当流体流速（空塔速度u）=颗粒的沉降速度时，颗粒被流体带出器外，床层的上界面消失，此时的流速称为流化床的带出速度，流速高于带出速度后，为流体输送阶段，如图(e)所示。 第八页，共三十七页，2022年，8月28日 (二) 两种不同的流化形式 （1） 散式流化（液-固系统） ?固体颗粒均匀地分散在流化介质中，亦称均匀流化或理想流化。 特点： a 在流化过程中有一个明显的临界流态化点和临界流化速度； b 流化床层的压降为一常数： c 床层有一个平稳的上界面； d 流态化床层的空隙率在任何流速下都有一个代表性的均匀值。不因床层内的位置而变化。 通常两相密度差小的系统趋向散式流化，故大多数液-固流化属于“散式流化”。 第九页，共三十七页，2022年，8月28日 （2） 聚式流化（气-固系统） 通常两相密度差较大的系统趋向于聚式流化。如气固系统往往成为聚式流化。 聚式流化床一般存在两相： 连续相：是由空隙小，而固体浓度大的气固均匀混合物构成。 气泡相：是夹带有少量固体颗粒而以气泡形式通过床层的不连续相。 特点：床层内各点处不再处处相等，床层无稳定的上界面，上界面以某种频率作上下波动，床层压降也随之作相应波动。 第十页，共三十七页，2022年，8月28日 判断流化形式（散式或聚式流化）的依据： 弗鲁特准数 第十一页，共三十七页，2022年，8月28日 三、 流化床的类似液体的特性 流化床中的流-固运动很象沸腾着的液体，并且在很多方面表现出类似于液体的性质，如下图所示。 第十二页，共三十七页，2022年，8月28日 (1) 密度比床层密度小的物体能浮在床层的上面，见图(a)； (2) 床层倾斜，床层表面仍能保持水平，见图(b)； (3) 床层中任意两截面间的压差可用静力学关系式表示(△p=ρgL,其中ρ和L分别为床层的密度和高度)，见图?； (4) 有流动性，颗粒能像液体一样从器壁小孔流出，见图(d)）；