
【化】 fluidization
【化】 fluid state
burn up; change; convert; melt; spend; turn
流态化(Fluidization)是化學工程與過程工程領域的核心概念,指固體顆粒在流體(氣體或液體)作用下呈現類似流體動态特性的過程。當流體向上通過顆粒床層時,流速達到臨界值後,顆粒間作用力被流體動力抵消,床層膨脹并表現出流動性,此時固體顆粒可像液體一樣自由流動、混合及傳遞熱量與質量。
該現象最早由德國科學家Fritz Winkler于1921年在煤氣化反應器中觀察到,後由美國麻省理工學院學者系統研究并建立理論模型。其基本原理可通過Ergun方程描述流體通過固定床的壓降: $$ ΔP = frac{150μ(1-ε)}{d_pε}v + frac{1.75ρ(1-ε)}{d_pε}v $$ 其中μ為流體黏度,ρ為密度,ε為空隙率,d_p為顆粒直徑。
工業應用涵蓋石油催化裂化、煤粉燃燒、制藥造粒等30餘個領域。例如流化床反應器(FBR)通過精确控制氣速實現顆粒循環,比傳統反應器傳熱效率提高5-8倍。權威研究機構如美國化學工程師協會(AIChE)将其列為單元操作标準化教材内容。
流态化(Fluidization)是指固體顆粒在流體(氣體或液體)作用下懸浮并呈現類似流體流動狀态的現象。以下是其核心要點:
核心概念
當流體以一定速度通過固體顆粒層時,流體對顆粒的曳力與浮力之和等于顆粒重力,使顆粒脫離固定狀态,形成類似流體的運動特性。這種現象在工業中多指氣固兩相流态化(如沸騰床)。
形成條件
需達到臨界流化速度($U_{mf}$),即流體速度使顆粒開始懸浮的最小值,此時壓降滿足:
$$Delta P = frac{text{床層顆粒重量}}{text{截面積}}$$
固定床階段
低流速下,顆粒靜止,流體僅通過顆粒間隙,壓降隨流速線性增加。
流态化床階段
流速達到$U_{mf}$時,顆粒懸浮并自由運動,床層呈現流體特性(如流動性、表面水平性)。
氣力輸送階段
流速超過終端速度($U_t$)時,顆粒被流體帶走,形成氣力輸送。
技術優勢
典型應用
流态化分為狹義(傳統垂直方向操作)和廣義(包含傾斜或振動輔助流化)。需注意控制流速,避免顆粒團聚或過度夾帶。
如需進一步了解臨界速度計算或具體工業案例,可參考流體力學教材或化工工藝手冊。
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