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发展历史 1

第1篇 颗粒及颗粒系统 1

1 颗粒的粒度、粒径 19

1.1 粒度、粒径的定义 19

1.1.1 三轴径 19

1.1.2 投影径 19

1.1.3 球当量直径 20

1.1.4 筛分径 20

1.1.5 颗粒投影的其他粒径 20

1.2 粒径的物理意义 20

1.2.1 Feret径、Martin径和投影面积相当径 20

1.2.2 Caucy定理 20

1.3 粒径分布 20

1.3.1 频率分布和累积分布 20

1.3.2 粒径分布的函数表示 20

1.4 平均粒径 23

1.4.1 平均粒径的定义 23

1.4.2 主要的平均粒径 23

1.5 颗粒的分类 23

参考文献 24

2 颗粒的形状 24

2.1 颗粒形状术语和几何表示 24

2.1.1 颗粒形状术语 24

2.1.2 颗粒形状的几何表示 24

2.2 形状指数和形状系数 25

2.2.1 单一颗粒的形状表示 25

2.2.2 均齐度 25

2.2.3 充满度 25

2.2.4 球形度 26

2.2.5 圆形度 26

2.2.6 圆角度 26

2.2.7 表面指数 26

2.2.8 形状系数 26

2.2.9 基于轮廓曲线的形状指数 26

2.3 颗粒形状的数学分析 27

2.3.1 Fourier分析 27

2.3.2 方波函数 28

2.3.3 分数维方法 28

2.4 动力学形状系数 29

2.4.1 阻力形状系数 29

2.4.2 动力学形状系数 30

参考文献 30

3 颗粒测量 30

3.1 颗粒粒径测量 30

3.1.1 筛分法 30

3.1.2 显微镜和图像分析 32

3.1.3 沉降法 33

3.1.4 电感法 34

3.1.5 光散射与衍射和光子相关与布朗运动法 35

3.1.6 X光小角散射法 36

3.1.7 全息照相法 36

3.1.8 流体分选法 36

3.1.9 其他测量方法 37

3.2 颗粒密度测量 37

3.2.1 颗粒密度的定义 37

3.2.2 颗粒密度的测定方法 38

3.3 颗粒的比表面积及测量 39

3.3.1 气体透过法 40

3.3.2 吸附法 41

3.3.3 压汞法 42

3.3.4 湿润热法 43

3.3.5 计算法 43

3.4 颗粒细孔分布的测定 43

3.4.1 气体吸附法 43

3.4.2 压汞法 44

3.5 取样 44

3.5.1 取样原则 44

3.5.2 缩分 45

3.5.3 制样 45

3.6 粒度分析结果 45

参考文献 46

符号说明 46

4 散料物理 47

4.1 黏附与团聚 47

4.1.1 颗粒间的黏附力 47

4.1.2 黏附力的影响因素 49

4.1.3 黏附力的测定方法 49

4.1.4 颗粒在空气中的团聚 49

4.1.5 超细粉的团聚 53

4.2 颗粒的润湿与毛细作用 53

4.2.1 湿颗粒层中含湿率的分布及其表示 53

4.2.2 平衡状态的平均饱和度 54

4.2.3 残留平衡饱和度 54

4.2.4 湿颗粒层的毛细管上升高度hc 55

4.2.5 毛细管上升高度的测定方法 56

4.2.6 颗粒层中毛细管上升的滞后 56

4.3 颗粒的扩散现象 57

4.3.1 布朗扩散 57

4.3.2 布朗团聚 60

4.3.3 湍流扩散 60

4.3.4 水力扩散 60

4.4 颗粒的传热特性 62

4.4.1 单颗粒的传热 62

4.4.2 颗粒层的传热 63

4.5 颗粒的传质特性 65

4.5.1 单个颗粒的传质 65

4.5.2 颗粒填充层的传质 65

4.6 颗粒的电特性 66

4.6.1 比电阻 66

4.6.2 介电常数 67

4.6.3 颗粒的荷电率（带电量） 67

4.6.4 颗粒的带电 68

4.6.5 电泳 69

4.7 颗粒的声学特性 69

4.7.1 颗粒系统的发声 69

4.7.2 颗粒在声场中的共振运动 70

4.7.3 声波通过颗粒群的衰减 71

4.7.4 声波对流化床层中颗粒相互作用与团聚的影响 71

4.8 颗粒的光学现象 72

4.8.1 光散射 72

4.8.2 光的衍射 73

4.8.3 光压 73

4.8.4 光泳 73

4.8.5 胶体颗粒在稀相悬浮中的电-光效应 74

参考文献 74

符号说明 78

5 散料力学 80

5.1 概述 80

5.2 散料的填充特性 81

5.2.1 填充方式 81

5.2.2 空隙率的测量方法 83

5.3 散料的流动特性 84

5.3.1 Jenike的流动因数 84

5.3.2 Carr的流动性指数 84

5.3.3 休止角 84

5.3.4 有效内摩擦角 85

5.3.5 侧压系数 85

5.4 散料颗粒间各种相互作用力 85

5.4.1 散料颗粒间相互作用力的种类 85

5.4.2 van der Waals力（范德华力） 85

5.4.3 Hamaker常数A 86

5.4.4 静电引力 86

5.4.5 液体桥联力 86

5.4.6 散料的抗剪强度、内摩擦力和黏聚力 86

5.5 散料力学的基础方程式 87

5.5.1 弹性平衡 87

5.5.2 极限平衡 90

参考文献 95

符号说明 97

6 渗流 98

6.1 流体通过颗粒层的流动 98

6.1.1 Darcy定律 98

6.1.2 渗滤理论 98

6.2 颗粒层的压力降 99

6.2.1 流路模型的压力降计算 99

6.2.2 阻力模型的压力降计算 100

6.2.3 纤维填充层的压力降计算 100

6.3 两相互不相溶流体的渗流 101

6.3.1 多孔介质中流体的饱和度 101

6.3.2 液液两相渗透 101

6.3.3 液固两相渗流 102

6.4 两相互溶渗流 102

6.4.1 互溶液体的传质扩散渗流 102

6.4.2 不同黏度的互溶体传质扩散渗流 102

6.4.3 带有吸附作用的互溶液体传质扩散渗流 103

6.5 液气两相渗流 103

参考文献 103

符号说明 103

7 颗粒流体两相流 104

7.1 颗粒流体相互作用 104

7.1.1 流体中单颗粒的受力分析 104

7.1.2 单颗粒的自由沉降速度（终端速度） 107

7.1.3 单颗粒运动方程 107

7.1.4 颗粒群的曳力系数 107

7.1.5 颗粒群与流体的相互作用强度 108

7.2 颗粒流体两相流基础 108

7.2.1 颗粒性质对流动行为的影响 108

7.2.2 散式和聚式系统 109

7.2.3 流型分类及转变 109

7.3 颗粒流体两相流模拟 111

7.3.1 两相模型与多尺度分析方法 112

7.3.2 计算流体力学模型 115

参考文献 117

符号说明 120

8 纳米材料的制备 121

8.1 气相法制备纳米微粒 121

8.1.1 低压气体中蒸发法 121

8.1.2 物理气相合成 123

8.1.3 化学气相合成 125

8.2 液相法制备纳米微粒 127

8.2.1 沉淀法 127

8.2.2 水解沉淀法 128

8.2.3 溶胶-凝胶法 130

8.2.4 溶剂热法 131

8.2.5 氧化还原法 134

8.2.6 溶剂蒸发法 135

8.2.7 辐射化学合成法 141

8.2.8 乳液法 142

8.3 固相法制备纳米微粒 142

8.3.1 草酸盐的热分解 143

8.3.2 固相反应法 143

8.3.3 火花放电法 144

8.3.4 溶出法 144

8.3.5 高能球磨法 144

8.3.6 非晶晶化法 147

参考文献 147

第2篇 流态化 150

1 流体力学 150

1.1 基本特征 150

1.1.1 流态化现象 150

1.1.2 流态化特性 151

1.1.3 流化质量 151

1.1.4 流态化类型 154

1.1.5 两相流动特性 154

1.1.6 流态化体系 156

1.1.7 非正常流态化 156

1.2 力学原理 157

1.2.1 流场描述 157

1.2.2 连续性方程及动量平衡方程 159

1.2.3 在不同边界及初始条件下方程的解 163

1.2.4 稳定性分析 168

1.3 经典流态化 170

1.3.1 流态化特征参数 170

1.3.2 流体通过床层流动 174

1.3.3 沉降与散式流态化 178

1.3.4 鼓泡流态化 180

1.3.5 气固流化床流动模型 185

1.3.6 床层气固混合 188

1.3.7 扬析 193

1.3.8 流化床的流变性 196

1.4 广义流态化 203

1.4.1 状态相图 203

1.4.2 流固逆流操作 206

1.4.3 广义流固顺流操作——顺流向下-顺流向上 208

1.5 稀相流态化 224

1.5.1 相图 224

1.5.2 流体动力学 225

1.5.3 稀相操作中的传递过程 228

1.6 湍动流态化 229

1.6.1 引言 229

1.6.2 鼓泡流化向湍动流化流型转变的判断及预测 230

1.6.3 湍动流化向快速流化流型转变的判断及预测 232

1.6.4 湍动流化床中的局部流动结构 234

1.6.5 湍动流化床中气体、颗粒的扩散和返混 235

1.6.6 小结 237

1.7 快速流态化 237

1.7.1 发展历程 237

1.7.2 流动特征 237

1.7.3 快速流态化的优点 238

1.7.4 装置类型及操作特性 239

1.7.5 快速流态化的形成 241

1.7.6 快速流态化存在的条件 243

1.7.7 床层空隙率轴向分布 245

1.7.8 床层空隙率的径向分布 249

1.7.9 床层气、固速度和固体通量的径向分布 249

1.7.10 气固相互作用 251

1.7.11 气固混合 252

1.7.12 快速流态化模型 255

1.8 分级和混合 261

1.8.1 不同组分颗粒的分级和混合 261

1.8.2 单一组分颗粒和流体的混合 270

参考文献 276

符号说明 291

2 气固流态化的散式化方法 292

2.1 流化质量的预测与评价 292

2.1.1 气固流态化质量的理论预测 292

2.1.2 气固流态化质量的实验评价 297

2.2 聚式流态化的散式化方法 300

2.2.1 颗粒设计 300

2.2.2 外力场方法 304

2.2.3 内部构件与床型设计 311

参考文献 313

符号说明 316

3 流态化系统的模拟 317

3.1 连续介质力学基础 317

3.2 双流体模型 319

3.2.1 基本方程 319

3.2.2 应力张量的计算 320

3.2.3 颗粒动理学理论 320

3.2.4 相间作用的计算 321

3.3 两相模型 322

3.4 颗粒轨道模型 322

3.5 直接数值模拟 323

3.6 粒子方法 325

参考文献 325

4 热质传递 328

4.1 颗粒与流体间的传热和传质 328

4.1.1 颗粒与流体间的传热 328

4.1.2 颗粒与流体间的传质 334

4.1.3 颗粒-流体传热与传质的关联 337

4.2 流化床与壁面的传热 338

4.2.1 流化床换热器结构 338

4.2.2 传热方程 339

4.2.3 传热的影响因素 341

4.2.4 传热机理 345

4.2.5 流化床与器壁传热的给热系数 345

4.2.6 流化床与床内浸没物体表面传热的给热系数 347

4.2.7 液-固流化床与壁面的传热 351

参考文献 352

符号说明 358

5 流化床的选型、设计 359

5.1 一般方法 359

5.1.1 流化床类型 360

5.1.2 几种常见的床型 360

5.1.3 选型的一般原则 362

5.1.4 主要尺寸的确定 362

5.1.5 设计中应注意的问题 367

5.1.6 操作控制 367

5.2 多层流态化床 369

5.2.1 基本特点和结构 369

5.2.2 多层流态化床的分类及选型 370

5.2.3 停留时间分布和返混 372

5.2.4 溢流管的结构和设计 374

5.2.5 多层流态化床的设计和计算 377

5.3 湍动流化床的选型、设计 383

5.3.1 概论 383

5.3.2 湍动流化床的流体力学行为 383

5.3.3 湍动流化床中的传热 384

5.3.4 湍动流化床中相间的传质 384

5.3.5 湍动流化床反应器的数学模型 384

5.3.6 湍动流化床反应器的设计和放大 386

5.3.7 小结 386

5.4 循环床、快速床 386

5.4.1 系统组成 386

5.4.2 循环床类型 397

5.4.3 入口及出口效应 398

5.4.4 颗粒的停留时间分布（RTD） 403

5.4.5 内构件 405

5.4.6 非圆柱床 407

5.4.7 多进气点气体体积增加对流动的影响 408

5.4.8 循环床设计 410

5.5 石油催化裂化流态化系统的设计要点 425

5.5.1 石油催化裂化流态化系统概述 425

5.5.2 湍动床再生器设计 426

5.5.3 循环流化床再生器 431

5.5.4 两段再生器 434

5.5.5 提升管反应器 435

5.5.6 待生催化剂汽提段 438

5.5.7 催化剂的循环输送 439

5.5.8 输送系统的压力平衡 441

5.5.9 流态化容器和管线的设计要点 444

5.6 稀相床 445

5.6.1 颗粒物料的稀相输送 445

5.6.2 稀相换热器 468

5.6.3 气流干燥器 478

5.6.4 固体的气流粉碎 488

5.7 气力移动床上输 493

5.7.1 输送管形状分析 493

5.7.2 移动床操作的稳定性条件 494

5.7.3 功耗及输送效率 494

5.7.4 临界移动床输送的动力学 495

5.7.5 移动床上输的实验研究 496

5.8 喷动床 500

5.8.1 喷动床概述 500

5.8.2 喷动床的流动状态相图 500

5.8.3 喷动床的流体力学特性 501

5.8.4 喷动床传热 507

5.8.5 喷动床传质 509

5.8.6 喷动床内的反应 509

5.8.7 改进的喷动床结构形式 510

5.8.8 喷动床的应用与设计计算 513

5.9 浅层流化床 515

5.9.1 “分布板区”的流动特性 515

5.9.2 浅层流化床中的传热 519

5.9.3 浅层流化床中的传质 522

5.9.4 浅层流化床中的反应 522

5.9.5 浅层流化床的设计计算 525

5.10 液固流化床 531

5.10.1 特性 531

5.10.2 液固床的流体力学原理 532

5.10.3 多粒度颗粒的流态化 542

5.10.4 流体和颗粒的混合 544

5.10.5 传热与传质 547

5.10.6 床型 551

5.11 三相床 555

5.11.1 基本结构 555

5.11.2 临界流态化速度 556

5.11.3 床层压降 556

5.11.4 床层的膨胀 557

5.11.5 气泡行为及相含量 557

5.11.6 流动模型 560

5.11.7 传热、传质与相混合 561

5.11.8 三相循环流化床 563

5.11.9 气体与液体分布器的结构 563

参考文献 564

符号说明 579

6 流态化构件 584

6.1 流体分布器 584

6.1.1 分布器的分类及结构形式 584

6.1.2 分布器影响区 590

6.1.3 分布器设计计算 596

6.1.4 分布器及颗粒的磨蚀 603

6.1.5 气体预分布器 604

6.2 挡板 609

6.2.1 挡板的分类与结构 610

6.2.2 挡板流化床的流体力学行为 615

6.2.3 气相停留时间及相间交换 626

6.2.4 固相停留时间及返混 628

6.2.5 稀相床中的挡板 632

6.2.6 挡板的设计 633

6.3 加排料装置 636

6.3.1 引言 636

6.3.2 分类及结构 637

6.3.3 颗粒物料通过孔口的流动 645

6.3.4 气-固通过立管的流动 651

6.3.5 气-固通过斜管的流动 658

6.3.6 加、排料位置的选择 661

6.3.7 几种加、排料装置的设计 662

6.4 颗粒流体分离装置 670

6.4.1 概述 670

6.4.2 惯性分离器 671

6.4.3 旋风分离器 673

6.4.4 袋式过滤器 677

6.4.5 颗粒层过滤器 690

6.4.6 湿法洗涤除尘器 691

6.4.7 电除尘器 695

6.4.8 液固分离设备概论 703

参考文献 705

7 特殊流态化 709

7.1 振动流化床 709

7.1.1 引言 709

7.1.2 振动流化床的基本设计 710

7.1.3 振动流化床的流化特性 710

7.1.4 微细颗粒的振动流化 711

7.1.5 振动对流化床的作用机制 713

7.1.6 振动流化床中的能量传递 717

7.2 射流 718

7.2.1 射流的基本概念 718

7.2.2 射流流化床的基本概念 719

7.2.3 射流区的传递研究 720

7.2.4 射流区的颗粒分离 727

7.2.5 数学模型 730

7.2.6 小结 731

7.3 撞击 731

7.3.1 基本原理和性质 731

7.3.2 GIS装置的基本结构 733

7.3.3 GIS装置设计 733

7.3.4 液体连续相撞击流装置基本结构和特性 735

7.3.5 LIS装置设计 735

7.4 脉动流化床 736

7.4.1 脉动流化床特性 736

7.4.2 床层压降 737

7.4.3 临界流化速度 739

7.4.4 气泡现象 740

7.4.5 共振现象 740

7.5 磁场流态化 742

7.5.1 磁性颗粒和磁场 742

7.5.2 液固磁场流态化 746

7.5.3 气固系统磁场流态化 750

7.5.4 磁场流态化的应用 760

7.6 离心流化床 765

7.6.1 离心流化床的特性 765

7.6.2 离心流化床的流体动力学 766

7.6.3 离心流化床中的传热 769

7.7 搅拌流化床 771

7.7.1 搅拌流化床的特性 771

7.7.2 搅拌流化床的流体动力学 771

7.7.3 搅拌流化床的应用 776

7.8 超临界流体流态化 777

7.8.1 高压及超临界流体流态化概述 777

7.8.2 实验研究 778

7.9 超细及黏性颗粒的流态化 782

7.9.1 超细颗粒及黏性颗粒的定义 782

7.9.2 超细与黏性颗粒的流态化特征 784

7.9.3 超细及黏性颗粒聚团流态化相图 785

7.9.4 流态化聚团特征数Aef 786

7.9.5 流态化聚团的力平衡模型 786

7.9.6 超细及黏性流态化的散式化方法 788

参考文献 788

符号说明 794

8 流态化床中的气-固反应 795

8.1 引言 795

8.2 气-固流态化非催化反应 796

8.2.1 固相反应 796

8.2.2 气固反应 813

8.2.3 非催化气-固流态化反应器的设计计算 829

8.3 气-固流态化催化反应 835

8.3.1 引言 835

8.3.2 催化和催化剂 835

8.3.3 催化剂的失活与再生 836

8.3.4 气固催化反应过程分析 840

8.3.5 典型的气固流化床催化反应器 844

参考文献 852

符号说明 855

9 流态化测试 857

9.1 压力（压差）测量方法及仪器 857

9.1.1 电容式压力传感器 858

9.1.2 硅压阻传感器 858

9.2 固体颗粒浓度的测量方法 859

9.2.1 电容法测量技术 860

9.2.2 光纤法测量技术 862

9.3 固体颗粒速度的测量方法 870

9.3.1 光导纤维颗粒速度测量方法 870

9.3.2 激光多普勒测速法 871

9.3.3 其他颗粒速度测定方法 872

9.4 气泡和颗粒团聚体的测试方法 873

9.4.1 气泡测量方法 873

9.4.2 颗粒聚团体的显示 873

9.5 固体颗粒流率的测量方法 874

9.6 层析成像技术在流化床测试中的应用 875

9.6.1 射线层析成像 875

9.6.2 电容层析成像 876

9.7 床层塌落法 877

9.8 流化床中的颗粒示踪技术 878

9.8.1 盐颗粒示踪技术 878

9.8.2 热颗粒示踪技术 879

9.8.3 磁颗粒示踪技术 879

9.8.4 放射性颗粒示踪技术 879

9.8.5 磷光颗粒示踪技术 880

9.8.6 磷光颗粒示踪技术在循环流化床中的应用实例 881

9.9 流化床中的气体示踪技术 890

参考文献 893

符号说明 896

第3篇 流态化应用过程 896

1 应用概述 897

1.1 过程工业的类型 897

1.1.1 物理过程 897

1.1.2 化学过程 898

1.2 过程特性 899

1.2.1 热力学行为 899

1.2.2 动力学行为 901

1.3 过程设计 904

1.4 设备的选型与设计 906

1.4.1 设备选型 906

1.4.2 反应器设计 907

参考文献 911

2 物理过程 911

2.1 物料输送 912

2.1.1 气力输送 912

2.1.2 水力输送 948

2.2 干燥 958

2.2.1 湿粉粒状物料的干燥 958

2.2.2 膏糊状物料的干燥 980

2.2.3 悬浮液物料的干燥 984

2.3 造粒 988

2.3.1 喷雾造粒 988

2.3.2 流化床造粒 990

2.3.3 流化床包覆 992

2.4 吸附 993

2.4.1 概述 993

2.4.2 溶剂回收及干燥 997

2.4.3 石油、天然气和空气分离 1000

2.4.4 液相石化、食品和生化产品分离 1002

2.5 流态化浸取和洗涤 1006

2.5.1 概述 1006

2.5.2 均匀颗粒物料的浸洗 1007

2.5.3 多粒度物料的浸洗 1012

2.6 流态化热处理过程 1013

2.6.1 概述 1013

2.6.2 流态粒子炉的类型 1016

2.6.3 流态化热处理炉的设计要点 1022

2.7 流态化分级 1028

2.7.1 水力分级和水力旋流分级 1028

2.7.2 流化床分级 1032

参考文献 1038

3 化学过程 1040

3.1 非催化过程 1041

3.1.1 非金属矿焙烧 1041

3.1.2 无机制备 1065

3.1.3 金属矿物的氧化焙烧 1074

3.1.4 金属矿物的还原焙烧 1112

3.1.5 金属矿物的特殊焙烧 1133

3.1.6 燃烧与焚烧 1157

3.1.7 燃料热解 1209

3.1.8 燃料气化 1224

3.2 催化过程 1252

3.2.1 催化分解 1252

3.2.2 催化转化 1277

3.2.3 催化加氢 1303

3.2.4 催化合成 1322

参考文献 1343

4 生化过程 1355

4.1 生物转化 1356

4.1.1 工业微生物 1356

4.1.2 动物细胞规模培养 1360

4.1.3 植物细胞大量培养 1362

4.1.4 应用不同生物体进行生物转化的差异与共性 1363

4.2 生物催化 1366

4.2.1 生物催化剂 1366

4.2.2 固定化技术 1367

4.3 生物转化和生物催化的应用 1368

4.3.1 微生物发酵转化和酶催化的应用和产品 1368

4.3.2 生物转化中的基因工程药物 1373

4.3.3 酶催化反应在手性药物合成中的应用 1375

4.3.4 生物转化和催化反应器 1376

4.3.5 应用举例 1381

参考文献 1385

附录 化学化工常见非法定计量单位和换算系数 1388

索引 1390