1、實驗報告 題目：測定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量實驗報告一、實驗目的1）觀察流態化的實驗現象，學習通過顆粒床層流動特性的測量方法；2）了解測量臨界流化速度的方法和儀器的使用；3）測定臨界流化速度，并作出流化曲線圖；二、實驗原理流態化是一種使用固體顆粒通過與流體接觸而轉變成類似于流體狀態的操作。近年來，這種技術發展很快，許多工業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-固反應過程等過程中，都廣泛地應用了流態化技術。固體流態化過程的基本概念如果流體自下而上地流過顆粒層，則根據流速的不同，會出現三種不同的階段，如下

2、圖所示： 固定床 流化床 氣力輸送 流化過程的幾個階段1） 固定床階段如果流體通過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速度U1 ,則小于顆粒的沉降速度Ut 則顆粒基本上保持靜止不動，顆粒稱為固定床。2） 流化床階段當流體的表觀速度U加大到某一數值時，真實速度U1比顆粒的沉降速度Ut大了，此時床層內較小的顆粒將松動或“浮起”，顆粒層高度也有明顯增大。但隨著床層的膨脹，床內空隙率也增大，而U1=U/，所以，真實速度U1隨后又下降，直至降到沉降速度Ut為止。也就是說，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，此時顆粒懸浮于流體中，床層有一個明顯的上界面，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的表觀速度可以有一個較寬的范圍。實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，而這兩個臨界速度一般均有實驗得出。3） 顆粒輸送階段如果繼續提高流體的表觀速度U，使真實速度U1大于顆粒的沉降速度Ut，則顆粒將被氣流帶走，此時床層上界面消失，這種狀態稱為氣力輸送。2、固體流態化的分類 流化床按其性狀的不同，可以分為兩類，即散式流態化和聚式流態化。 散式流態化一般發生在液固系統，此種床層從開始膨脹直到氣力輸送，床內顆粒的擾動程度是平緩的加大的，床層的上界面較為清晰。聚式流態化一

4、般發生在氣固系統，這也是目前工業上應用較多的流化床形式，從開始流態化開始，床層的波動逐漸加劇，但其膨脹程度卻不大。因為氣體與固體的密度差別較大，氣體要將固體顆粒推起來比較困難，所以只有小部分氣體在顆粒間通過，大部分氣體則匯成氣泡穿過床層，而氣泡穿過床層時造成床層波動，它們在上升過程中逐漸長大和相互合并，到達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。床層內的顆粒則很少分散開來各自運動，而多是聚結成團地運動，成團地被氣泡推起或擠開。聚式流態化聚式流態化床中有以下兩種不正常現象：騰涌現象 如果床層高度與直徑的比值過大，氣速過高時，就容易產生氣泡的相互聚合，而成為大氣泡，在氣泡直徑長大

5、到與床徑相等時，就將床層分為幾段，床內物料以活塞推進的方式向上運動，在達到上部后氣泡破裂，部分顆粒又重新回落，這既是騰涌，又稱為節涌。騰涌嚴重地降低床層的穩定性，使氣固之間的接觸狀況惡化，并使床層受到沖擊，發生振動，損壞內部構件，加劇顆粒的磨損與帶出。溝流現象 在大直徑床層中，由于顆粒堆積不勻或氣體初始分別不良，可在床內局部地方形成溝流。此時，大量氣體經過局部地區的通道上升，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，當發生溝流現象時，氣體不能與全部顆粒良好接觸，將使工藝過程嚴重惡化。3、流化床壓降與流速的關系流化速度定義： 流化數： n=U/Umf流化形成的條件和流態化的基本特

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

7、 Y. H.試驗發現： 代入前式得到: 即： 式中，C133.7，C20.0408當顆粒較細，Remf較小時，Ergun公式中的粘性力項占主導，慣性力項可忽略，即：時 當顆粒較粗，Remf較大時，Ergun公式中的慣性力項占主導，粘性力項可忽略，即： 時 采用Grace公式（C1=27.2;C2=0.0408）計算得到的Remf與壓力條件下的測試結果比較吻合： Grace公式： 三、實驗方法實驗過程中，由于測壓是測的布風板以下和裝置出口的壓力，所以測的壓力多了布風板的壓力，得到的總壓為：P=P布風板+P物料因此，實驗前先測定布風板總壓P布風板，再測定有物料時候的總壓P物料。這樣就計算出實際要測

8、定的總壓。四、實驗裝置和儀器 實驗裝置 主要儀器：冷態流化床實驗裝置，空氣壓縮機，U形壓差管，燒杯，電子秤。 五、實驗步驟1、首先用燒杯稱取500g石英砂，篩分直徑為0.03um，作為實驗備用；2、檢查實驗設備的連接是否完好的；3、開始測空床布風板的壓差，啟動風機，調整流量到0，穩定之后再調到250，穩定后記錄，然后按照壓差差值為250逐漸上調，依次記錄數據，直到調到2500，然后再以250的差值往下調，調到250，記錄數據。實驗重復測定三次。停止風機運行。4、測定完布風板壓力后，開始裝入物料。啟動風機，調整流量到0，穩定之后再調到250，穩定后記錄，然后按照壓差差值為250逐漸上調，依次記錄

9、數據，并觀察流化態的生成過程，預測臨界點，在臨界點出作微調，然后再以250的差值調，直到調到2500，然后再以250的差值往下調，同樣在臨界點作微調，然后再以250的差值調到250，記錄數據。并記錄下實驗過程中出現流化態時的圖片，實驗重復測定三次。5，測定完物料壓力后，停止運行，取出物料，整理數據。六、實驗數據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、實驗數據整理1，原始數據：流量計單位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，內徑50），U形管里面介質是水，石英砂質量為500g,篩分直徑為300um。2,由于實驗的上行數據存在遲滯效應，所以所以結果采用下行數據，其中實際需要測量的壓差為：P=P布風板+P物料，所

13、以臨界流化壓差為P物料=P-P布風板，實驗數據整理如下： 流量P下行均值P布風板下行均值P物料實際壓力值25064053.33586.675001116.67701046.677501583.33116.671466.6710001940180176012502020250177015002123.33336.671786.6717502230416.671813.3320002350520183022502443.33616.671826.6725002543.33716.671826.673數據處理得到的折線圖：4實驗圖片 八、數據分析與結果根據 由所以所得數據，可知在流量為950m3/h的時候，為臨界流化狀態開始的臨界點，這個時候的壓差均值在1830pa。由公式 umf=Q/F=950/0.05*3.142*3600=0.54 m2/s再由Grace公式計算： 其中Ar為阿基米德數：Ar=Lgl(-l)/2 得到 umf=0