臨界流化床速度實(shí)驗(yàn)報(bào)告教材

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4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(mén)在處理粉粒狀物料的輸送、混合、涂層、換熱、干燥、吸附、 鍛燒和氣-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，如下圖

2、所示：流化過(guò)程的兒個(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Ui比顆粒的沉降速度U,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UfU/,所以，真實(shí)速度Ui隨后乂下降，直至降到沉降速度U 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，與沸騰水的表面相似，這種床層稱為流化床。因

3、為流 化床的空隙率隨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，乂要小于帶出速度，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U大于顆粒的沉降速度U”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)生在液一固系統(tǒng)，此種床層從開(kāi)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)化一般發(fā)生在氣一固系統(tǒng)，這也是LI前工

4、業(yè)上應(yīng)用較多的流化床形式，從開(kāi)始流 態(tài)化開(kāi)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(kāi)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(kāi)。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)大到與床徑相等時(shí)，就將床

5、層分為兒段，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，部分顆粒乂重新回落，這既是騰涌，乂稱為節(jié)涌。騰 涌嚴(yán)重地降低床層的穩(wěn)定性，使氣一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：Q _氣體體積流量=萬(wàn)=床層橫截面積流化數(shù)：n=U/Umf流化形

6、成的條件和流態(tài)化的基本特征：(1)流態(tài)化是一種山于流體向上流過(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Ergim公式(Ergun, 1949)表示。Ergim公式是流態(tài)化原理中十分重要的一個(gè)公式:civ(1 )? “弘丄 i * (1 0)Pf1 喬5P 床層壓降H床高一床層空隙率u流體動(dòng)力粘度 u 表觀流速 dv 顆粒等體積十量直徑Pf流體密度當(dāng)流體流速達(dá)到臨界流化速度后，AP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:10000w兀寬篩分粒度床層的壓降與氣速的關(guān)系:當(dāng)床料處于臨

7、界流化狀態(tài)時(shí)：AP = pp( + pfmf gHmf上式與Ergim公式聯(lián)立，并考慮顆粒球形度s后可得:1.75 用如Q、2 )50(1-d/p(Qp-Q)g 7 3 l丿十 7 3 l丿0%”0%AWen C. Y和Yu Y. H試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)： mf11合:即:dpllmf p fC】2 + Ci,pKpp 一 pf)g“20.5-ClRe mf = cf + CiAr-i0.5-c式中，ci = 337, C2 = 0.0408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:Rs v 20 時(shí)忖廠pf)g當(dāng)顆粒較粗,”1650“Remf較大時(shí)，Ergun公式

8、中的慣性力項(xiàng)占主導(dǎo)，粘性力項(xiàng)可忽略，即:ReP 1000時(shí)p(Pp - P,g245q釆用Grace公式(Cl=27.2;C2=0.0408) lit：得到的Remf與壓力條件下的測(cè)試結(jié)果比較吻代入前式得到:Grace 公式： Remi = (27.22 +O.O4O8A/*)05 27.2三、實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，山于測(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：應(yīng)二應(yīng)布巒+應(yīng)械因此，實(shí)驗(yàn)前先測(cè)定布風(fēng)板總壓俚們幟，再測(cè)定有物料時(shí)候的總壓俚刪。這樣就計(jì)算出實(shí) 際要測(cè)定的總壓。四、實(shí)驗(yàn)裝j主要儀器: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

9、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(kāi)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(kāi)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

10、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2503010106050604053. 3350040705070707053. 337075080110801208012080116. 67100012018016018014018014018012502002602202602102302102501500310340290340280330293. 33336. 6717504

11、00420400420390410396. 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. 6775018801730182014301610159017701583.3310002020195

12、019401920194019501966. 67194012502140203020302010202020202063. 3202015002150215021402080211021402133.32123. 3317502300222022202220224022502253. 32230200023502350234523402340236023452350225024502450247024302460245024602443. 33250025502550252025202550256025402543. 333、物料高度差2500. 125m5000. 125m7500. 12

13、5m8000. 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mVh,最大量程2.5n?/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300umo2, 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)果釆用下行數(shù)據(jù)，其中實(shí)際需要測(cè)量的壓差為：俚二應(yīng)布妹+應(yīng) 叭 所以臨界流化壓差為應(yīng)駅尸應(yīng)-應(yīng)斛畑實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理如下：流量使下行均值俚布

14、妹下行均值圧柿實(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：I臨界流化壓差3000 加物I料壓差一空床壓差一實(shí)際壓差4實(shí)驗(yàn)圖片八、數(shù)據(jù)分析與結(jié)果Q氣體體積流量U =根據(jù)F床層橫截面積山所以所得數(shù)據(jù)，可知在流量為950m3/h的時(shí)候，為臨界流化狀態(tài)開(kāi)始的臨界點(diǎn)，這個(gè)時(shí) 候的壓差均值在1830pao由公式uml=Q/F=950/0.05*3.142*3600=0.54 m2/s再由Grace公式訃算：Rem. = (27.22 +O.O4O8Ar)05 -27.2其中Ar為阿基米德數(shù)：Ar=LgP|(