固体流态化的流动特性实验.doc

固体流态化的流动特性实验（示范实验）
1、实验目的
在环境工程专业，经常有流体流经固体颗粒的操作，诸如过滤、吸附、浸取、离子交换以及气固、液固和气液固反应等。凡涉及这类流固系统的操作，按其中固体颗粒的运动状态，一般将设备分为固定床、移动床和流化床三大类。近年来，流化床设备得到愈来愈广泛的应用。
固体流态化过程又按其特性分为密相流化和稀相流化。密相流化床又分为散式流化床和聚式流化床。一般情况下，气固系统的密相流化床属于聚式流化床，而液固系统的密相流化床属于散式流化床。
①通过本实验，认识与了解流化床反应器运行。掌握解流化床反应器启动中物料的连续流化方法及其测定的主要内容，掌握流化床与固定床的区别，掌握鼓泡流化床与循环流化床在本质上的差异。
②测定流化床床层压降与气速的关系曲线
本实验的目的，通过实验观察固定床向流化床转变的过程，以及聚式流化床和散式流化床流动特性的差异；实验测定流化曲线和流化速度，并试验验证固定床压降和流化床临界流化速度的计算公式。通过本实验希望能初步掌握流化床流动特性的实验研究方法，加深对流体流经固体颗粒层的流动规律和固体流态化原理的理解。
2、实验装置与实验原理介绍
流化床反应器是一种易于大型化生产的重要化学反应器。通常是指反应物料悬浮于从下而上的气流或者液流之中，气体或者液体中的成分在与反应物料的接触中发生反应。流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉（见煤气化炉）。目前，流化床反应器已在电力、化工、石油、冶金、核工业等行业得到广泛应用。
与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是：①可以实现固体物料的连续输入和输出；②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制，特别适用于强放热反应；③便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程的进行，石油流化床催化裂化的迅速发展就是这一方面的典型例子。
然而，由于流态化技术的固有特性以及流化过程影响因素的多样性，对于反应器来说，流化床又存在明显的局限性：①由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动，无论气相或固相都存在着相当广的停留时间分布，导致不适当的产品分布，阵低了目的产物的收率；②反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了反应转化率；③由于固体反应物料在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使物料加速粉化，加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量细粒反应物料的带出，造成明显的反应物料流失；④床层内的复杂流体力学、传递现象，使过程处于非定常条件下，难以揭示其统一的规律，也难以脱离经验放大、经验操作。

本可视冷态流化床反应器装置有冷态流化床反应器和一台旋风式气固分离器组成。装置包括框架、流化床主体，流化床主体固定在框架上，在流化床主体的上下分别与一Ｕ形压差计相连接，流化床主体上固定有加料仓、旋风分离器，中部设有取样器和气流均布器，下部连接空气分布管的出口端，空气分布管的进口端和转子流量计的出口端连接，转子流量计的入口端通过软管和压缩空气泵连接，转子流量计上、下端分别连接另一个Ｕ形压差计，转子流量计和压缩空气泵固定在地面基础上，压缩空气泵通过线路和配电箱连接。实验示意流程见下图所示。

图流化床特性测试流程图
通过该实验装置可完成冷态流化床气动力特性实验、布风板布风均匀性实验、流化床料层阻力特性实验、流化床物料流化特性实验、流化床反应器内气体——颗粒两相流动特性研究。通过上述研究，为布风板结构设计及其性能改进、流化床反应器的点火启动与运行提供正确的依据。
3、实验步骤与方法
(1)启动空压机后，启动空气压缩机(空气流量已设定好，压力定位0.8Mpa)，待稳定后，开启阀门，使压缩空气进入流化床，调节流量计至所需流量，测定空管时压力降与流速关系，记录床层高度及床中给点压力变化，以作比较。
(2)关闭气源，小心打开反应器，装入己筛分的一定粒度，石英砂，检漏。
(3)通入气体，在不同气速下观察有机玻璃反应器中流化现象，测定不同气速下床层高度与压降值。
(4)改变石英砂粒度，重复实验。
(5)在某一实验点，去掉气体分布板,观察流化状态有何变化。
(6)实验结束，关闭空压机。待所有实验工作后，清理打扫实验室。
实验过程中应特别注意下列事项：
(1)、起动气泵前必须完全打开放空阀。
(2)、循环水泵和风机的启动和关闭必须严格遵守上述操作步骤。无论是开机、停机或调节流量，必须缓慢地开启或关闭阀门。
(3)、当流量调节值接近临界点时，阀门调节更须精心细微，注意床层的变化。
4.流化床特性测试流化实验
实验用的固体物料是不同粒度的石英砂，气体用空气。由空气压缩机来的空气经稳压阀稳压后，由转子流量计调节计量，随后可通入装有石英砂固体颗粒的流化床反应器，气