《流化床反应器》ppt课件

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1、第七章流化床反应器7.1概述7.2流化床中的气、固运动7.3流化床中的传热和传质7.4流化床的数学模型7.1概述(1)流化床反应器的定义：应用流态化技术进行化学反应的装置称之为流化床反应器。(2)流态化：就是固体粒子与气体或液体接触时，固体小颗粒能像流体一样流动，并具有流体的特性，这种现象称之为固体的流态化，简称流化。(3)流化床反应器的特点①传热效能高，而且床内温度易于维持均匀一；②大量固体粒子可方便地往来输送；③可以使用细粒子催化剂，易消除内扩散阻力，能充分发挥催化剂的效能；④气流状况不均，气-固两相接触不够有效；⑤粒子运动基本上是全混式，影响产品

2、质量的均一性，且转化率不高；粒子的全混造成气体的部分返混，影响反应速度和造成副反应的增加；⑥粒子的磨损和带出造成催化剂的损失。(4)流态化的几个阶段LLL0L流体流体流体流体流体流体固定床起始流态化膨胀床（散式）鼓泡床（聚式）气流输送节涌床LmfLfLf固定床阶段：气流速率较小，从粒子空隙间通过，床层不动。起始流化床：随着流速渐增，粒子间空隙率将开始增加，床层体积逐渐增大，当流速达到某一限值，床层刚刚能被流体托起时，床内粒子就开始流化起来了，此时的流化床称为起始流化床。散式流化床：流速进一步提高时，如果床层膨胀均匀且波动很小，粒子在床内的分布也比较均匀

3、，故称作散式流化床，也称液体流化床。聚式流化床：对气-固系统，气速达到起始鼓泡速度umf后，通常将出现气泡，气速愈高，气泡的聚并及造成的扰动亦愈剧烈，使床层波动频繁，此形态的流化床称聚式流化床，也称鼓泡床。气流输送阶段：气流速率大到使固体随之带出。聚式流化床聚式流化床是通常流化床正常操作的状态。在聚式流化床中，固体颗粒是连续的，称之为连续相或乳化相；气体以气泡形式通过床层，所以称之为分散相或气泡相。床面以下的部分称密相床，床面以上的部分因也有一些粒子被抛掷和夹带上去，故称稀相床。密相床中形如水沸，故又称沸腾床。流化床中两种不正常的流动状态：①沟流产生原

4、因：颗粒粒度小、气流速度小、分布板设计不合理、固体物料潮湿或有粘性等。②腾涌(通常仅发生在小床）产生原因：颗粒大、密度大、气速大、床高与床径比大等。（5）各种类型流化床简介自由床多段床限制床双体床提升管反应器（6）颗粒的流态化性能颗粒的形状，尺寸和密度对其流态化的性能影响极大。A、B类颗粒适于流化，(细)颗粒因充气性好，床层中生成的气泡小，而特别适合于催化过程。C类颗粒过细，粒间有粘附性，气体易呈沟流通过，故并不适用，D类则又过大，只在喷动床中才能较好地流化。为了流化质量好，颗粒尺寸还应有适当的分布。在催化过程中需注意保证细筛分(如<44μm)占有一定

5、的比例，必要时设法补加。101.00.50.22020010002000DBAC7.2流化床中的气、固运动（1）流化床压降及特征流速Δ△PmmH2O5003002001005012umf1050100空床流速u0/（cm/s）固定床流化流化床夹带开始斜率=1固定床①流化床压降流速较低时为固定床状态，在双对数纸上△P与u0约成正比。由于床层中原来挤紧着的粒子先要被松动开来，所以需要比静床压力(W／At)稍大一点的△P，一旦粒子已经松动，压降又恢复到(W／At)之值。流速进一步增加，则压降基本不变，故流化床的压降可如下计算：对已经流化起来了的床层，如将气速

6、减小，则△P将循着图中的实线返回，不再出现极值，而且固定床的压降也比原先的要小，这是因为粒子逐渐静止下来时，大体保持着流化时的空隙率所致。（7-1）②起始(或称最小)流化速率umf起始流化速度(umf)：刚刚能够使粒子流化起来的气体空床流速。从图中实线的拐弯点就可定出起始(或称最小)流化速率umf。如将固定床压降公式（6-13）与流化床压降公式联立求解，可得：对于小粒子，可忽略左第一项：对于大粒子，可忽略左第二项：（7-4）（7-3）（7-2）值可查有关图表获得，如及均不知，可近似取：（7-5）代入（7-2）可得：利用求根公式取正值得：（7-6）同样把

7、代入（7-3）和（7-4）可得：对于小粒子：对于大粒子：（7-8）（7-7）但用上两式计算时，应将所得umf值代入ReP=dPumfρ/μ，检验是否符合规定的范围。实际上起始流化速度的计算公式很多，如李代公式：粒子平均直径m粒子密度kg/m3流体密度kg/m3流体粘度（厘泊）（7-9）（3）带出速度ut(终端速度)当气速增大到某一定值时，流体对粒子的曳力与粒子的重力相等，则粒子就会被气流所带走。这一速度称带出速度。对于球形粒子，作力的平衡有：式中CD称曳力系数，可用经验式计算（7-13）或查表求得。球形粒子带出速度：（非球形粒子7-17、7-18式）（

8、7-9）（7-16）（7-15）（7-14）带出速度也可采用经验式计算.如:式(7-19)等.