簡稱流化，利用流動流體的作用，將固體顆粒群懸浮起來，從而使固體顆粒具有某些流體表觀特征，利用這種流體與固體間的接觸方式實現(xiàn)生產(chǎn)過程的操作，稱為流態(tài)化技術(shù)，屬于粉體工程的研究范疇。流態(tài)化技術(shù)在強化某些單元操作和反應(yīng)過程以及開發(fā)新工藝方面，起著重要作用。它已在化工、煉油、冶金、輕工和環(huán)保等部門得到廣泛應(yīng)用。
流態(tài)化現(xiàn)象 將一批固體顆粒堆放在多孔的分布板上形成床層(圖1)，
使流體自下而上通過床層。由于流體的流動及其與顆粒表面的摩擦，造成流體通過床層的壓力降。當流體通過床層的表觀流速(按床層截面計算的流速)不大時，顆粒之間仍保持靜止和互相接觸，這種床層稱為固定床。當表觀流速增大至起始流化速度時，床層壓力降等于單位分布板面積上的顆粒浮重（顆粒的重力減去同體積流體的重力），這時顆粒不再相互支撐，并開始懸浮在流體之中。進一步提高表觀流速，床層隨之膨脹，床層壓力降近乎不變，但床層中顆粒的運動加劇。這時的床層稱為流化床。當表觀流速增加到等于顆粒的自由沉降速度時，所有顆粒都被流體帶走，而流態(tài)化過程進入輸送階段。（見彩圖）
散式流態(tài)化和聚式流態(tài)化 這兩種流態(tài)化現(xiàn)象，是根據(jù)流化床內(nèi)顆粒和流體的運動狀況來區(qū)分的。在散式流態(tài)化時，顆粒均勻分布在流體中，并在各方向上作隨機運動，床層表面平穩(wěn)且清晰，床層隨流體表觀流速的增加而均勻膨脹。在聚式流態(tài)化時，床層內(nèi)出現(xiàn)組成不同的兩個相，即含顆粒甚少的不連續(xù)氣泡相，以及含顆粒較多的連續(xù)乳化相。乳化相的氣固運動狀況和空隙率，與起始流化狀態(tài)相近。通過床層的流體，部分從乳化相的顆粒間通過，其余以氣泡形式通過床層。增加流體流量時，通過乳化相的氣量基本不變，而氣泡量相應(yīng)增加。氣泡在分布板上生成，在上升過程中長大；小氣泡會合并成大氣泡；大氣泡也會破裂成小氣泡。氣泡上升至床面時破裂，使床面頻繁地波動起伏，同時將一部分固體顆粒拋撒到界面以上，形成一個含固體顆粒較少的稀相區(qū)；與此相對應(yīng)，床面以下的床層稱為濃相區(qū)。氣泡的運動既使床層中的顆粒劇烈運動，也影響到氣固間的均勻接觸。美國學者R.H.威海姆和中國學者郭慕孫提出用下式計算的弗勞德數(shù)作為流態(tài)化類型的判據(jù)：
式中 umf為起始流化速度；dP為粒徑；g為重力加速度。Fr＜1時為散式流態(tài)化，Fr＞1時為聚式流態(tài)化。一般情況下，液固系統(tǒng)為散式流態(tài)化，氣固系統(tǒng)為聚式流態(tài)化。
床層中出現(xiàn)氣泡（圖2）
是聚式流態(tài)化的基本特征。較小的氣泡呈球形，較大的氣泡呈帽形。氣泡的中心是基本上不含顆粒的空穴；氣泡的外層稱為暈，這是滲透著氣泡氣流的乳化相。泡底有尾渦區(qū)，稱為尾跡。尾跡的體積約為氣泡體積的20％～30％。在氣泡上升過程中，尾跡中的顆粒不斷脫落，并不斷引入新的顆粒。氣泡上升到床面時發(fā)生破裂，尾跡中的顆粒撒于床面，返回乳化相中。暈和尾跡是氣泡相和乳化相間發(fā)生物質(zhì)交換的媒介，對于流化床中發(fā)生的過程起重要作用。
溝流和騰涌 這是流態(tài)化的不正?，F(xiàn)象，出現(xiàn)在設(shè)計或操作不合理的流化床層中。溝流是指床層中出現(xiàn)通道，大量流體經(jīng)此短路流過，使床層其余部分仍處于固定床狀態(tài)（死床），嚴重地影響到流體與固體間的均勻接觸。導致溝流的原因有：分布板的設(shè)計不當；顆粒細而密度大，形狀不規(guī)則;顆粒有粘附性或含濕量較大。騰涌是當氣泡直徑增大到接近于床層直徑時的流態(tài)化現(xiàn)象。騰涌有兩種形式:①直徑接近于床徑的氣泡沿床上升，顆粒從氣泡邊緣下降（圖3a）；②氣泡呈柱塞狀（圖3b），一段段床層由氣泡推動著上升，當氣泡到達床界面時，氣泡破裂，床層塌落，顆粒成團或分散下落。騰涌嚴重影響流體與顆粒的相互接觸，并加速顆粒和設(shè)備的磨損。顆粒粗及高徑比大的床層，容易發(fā)生騰涌。
經(jīng)典流態(tài)化和廣義流態(tài)化 床層中沒有顆粒連續(xù)加入和流出時，顆粒雖不斷地運動，但它在床層中的平均位置不隨時間而改變，這種流態(tài)化稱為經(jīng)典流態(tài)化，習慣上所說的流化床屬于此列。在有些過程中，顆粒和流體同時連續(xù)加入和流出，此時顆粒的平均位置隨時間而改變，即顆粒有相對于器壁的運動。將經(jīng)典流態(tài)化的概念延伸至顆粒和流體同時流動的系統(tǒng)，即成廣義流態(tài)化。郭慕孫對廣義流態(tài)化系統(tǒng)中顆粒和流體的運動作了分類。根據(jù)顆粒和流體的流向及流化系統(tǒng)中是否設(shè)有分布板，分成八種可能的操作方式（圖4），并將散式流態(tài)化理論推廣到廣義流態(tài)化，對各種操作方式作出分析。
流化床的主要特征 ?、購恼w看，床層顯示出某些類似于液體的表觀性質(zhì)，例如保持床層界面的水平，對置于床內(nèi)的物體產(chǎn)生浮力，具有與床高成正比的靜壓差，能從高處流向低處和從孔口流出等。由于床層具有流動性，可以很方便地使固體顆粒連續(xù)加入和排出，無須機械裝置就能實現(xiàn)連續(xù)操作。②氣固流化床宛如沸騰著的液體，固體顆粒在床內(nèi)激烈運動，造成整個流化床宏觀上的均勻性，床層各處的溫度基本均一，非常適合于有強熱效應(yīng)的過程。但顆粒的激烈運動也造成各顆粒在流化床中停留時間的不均一和流體的返混。③流化床的壓力降保持恒定，這使流化床可以采用小顆粒，而無須擔心過大的壓降；小顆粒的采用有利于流體與顆粒間的熱量傳遞和質(zhì)量傳遞，也縮短了顆粒內(nèi)部的傳遞和反應(yīng)距離。④在聚式流化床中，大量氣體以氣泡形式通過床層，這部分氣體與固體接觸甚少；而少量流經(jīng)乳化相的氣體，在床內(nèi)有較長時間與固體接觸。這種氣固間的不均勻接觸，是流化床的主要缺點。⑤顆粒在床內(nèi)劇烈運動，造成固體顆粒和床內(nèi)設(shè)備的磨損，生成粉塵。為回收有價值的物料和保護環(huán)境，須設(shè)置粉塵回收設(shè)備。
流態(tài)化技術(shù)的進展 流態(tài)化技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用，首推1926年在德國工業(yè)化的煤氣化溫克勒爐。1942年在美國建成第一套石油餾分流化床催化裂化反應(yīng)裝置，這是流態(tài)化技術(shù)應(yīng)用的巨大成功。隨后流態(tài)化技術(shù)進入許多領(lǐng)域。中國于50年代中期，在南京永利寧廠，成功地應(yīng)用流化床作為硫鐵礦的焙燒爐。目前，流化床在化工、石油、冶金、輕工和環(huán)保等部門得到了廣泛應(yīng)用。隨著流態(tài)化技術(shù)的發(fā)展，人們對流態(tài)化現(xiàn)象的認識逐步深入。從40年代末對流化床總體性狀的研究，發(fā)展到應(yīng)用兩相流體力學、流變學、統(tǒng)計學和計算機技術(shù)等對床層內(nèi)部性狀作深入研究。近來的研究發(fā)現(xiàn)，當粒徑為20～100μm的顆粒在比它的沉降速度大5～10倍的氣速下流態(tài)化，并且在旋風分離器（見離心沉降）和床層間作大量循環(huán)時，所形成的流化床稱為高速流化床。與一般流化床相比，高速流化床中氣固接觸大為改善，受到廣泛重視。
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