第一篇流态化工程原理

1、流态化工程原理流态化工程原理主讲：主讲：*1、固体流态化的基本概念流态化流态化固体粒子象流体一样进行流动的现象。除重力作用固体粒子象流体一样进行流动的现象。除重力作用外，一般是依靠气体或液体的流动来带动固体粒子运动的。外，一般是依靠气体或液体的流动来带动固体粒子运动的。 v流态化的形成：v流体自上而下流过催化剂床层时，根据流体流速的不同，床层经历三个阶段：v 固定床阶段：u0umf时，固体粒子不动，床层压降随u增大而增大。v 流化床阶段：umfu0ut时,固体粒子悬浮湍动,床层分为浓相段和稀相段，u增大而床层压降不变。v 输送床阶段：u0 ut 时,粒子被气流带走,床层上界面消失,u增大而压降

2、有所下降。vumf临界流化速度，是指刚刚能够使固体颗粒流化起来的气体空床流速度，也称最小流化速度。vut带出速度，当气体速度超过这一数值时，固体颗粒就不能沉降下来，而被气流带走，此带出速度也称最大流化速度。散式流化和聚式流化散式流化散式流化 d db b/d/dp p1 1 d db b气泡直径气泡直径 d dp p颗粒直径颗粒直径对于对于l-sl-s系统，流体与粒子的密度相差不大，故系统，流体与粒子的密度相差不大，故u umfmf一般很小，流一般很小，流速进一步提高时，床层膨胀均匀且波动很小，粒子在床内的速进一步提高时，床层膨胀均匀且波动很小，粒子在床内的分布也比较均匀，故称作散式流化态。分

3、布也比较均匀，故称作散式流化态。颗粒越细，流体与固体的颗粒越细，流体与固体的 值越小，则越接近理想流化，流值越小，则越接近理想流化，流化质量也就越好化质量也就越好。聚式流化聚式流化 db/dp10 对于对于g-s系统，一般在气速超过系统，一般在气速超过Umf后，将会出现气泡，后，将会出现气泡，气速越高，气泡造成的扰动也越剧烈，使床层波动气速越高，气泡造成的扰动也越剧烈，使床层波动频繁，这种形态的流化床称聚式流化床。频繁，这种形态的流化床称聚式流化床。流化床中常见的异常现象流化床中常见的异常现象n沟流沟流 定义：气体通过床层时，其流速虽超过定义：气体通过床层时，其流速虽超过u umfmf，但床内

4、只，但床内只形成一条狭窄，大部分庆层仍处于固定状态，这种现象称形成一条狭窄，大部分庆层仍处于固定状态，这种现象称为沟流。沟流分局部沟流和贯穿沟流。为沟流。沟流分局部沟流和贯穿沟流。 危害：产生死床，造成催化剂烧结，降低催化剂使用寿危害：产生死床，造成催化剂烧结，降低催化剂使用寿命，降低转化率和生产能力。命，降低转化率和生产能力。 造成原因：颗粒太细、潮湿、易粘结；床层薄；气速过造成原因：颗粒太细、潮湿、易粘结；床层薄；气速过低或气流分布不合理；气体分布板不合理。低或气流分布不合理；气体分布板不合理。 消除方法：加大气速；干燥颗粒；加内部构件；改善分消除方法：加大气速；干燥颗粒；加内部构件；改善

5、分布板。布板。 n大气泡和腾涌大气泡和腾涌定义：聚式流化床中，气泡上升途中增至很定义：聚式流化床中，气泡上升途中增至很大甚至于接近床径，使床层被分成数段呈活大甚至于接近床径，使床层被分成数段呈活塞状向上运动，料层达到一定高度后突然崩塞状向上运动，料层达到一定高度后突然崩裂，颗粒雨淋而下，这种现象称为大气泡和裂，颗粒雨淋而下，这种现象称为大气泡和腾涌。腾涌。危害：影响产品的收率和质量；增加了固体颗粒的机械磨损和带出；降低催化剂的使用寿命；床内构件易磨损。造成原因：L/D较大；u较大 . 消除方法：床内设内部构件；降低u n压降：当当dp/D1/20，L0/D2时，床层压降计算式较准确。时，床层压

6、降计算式较准确。由式可知：床层处于流化状态时，压降与流化速度无关由式可知：床层处于流化状态时，压降与流化速度无关。 )()1 ()()1 (fsfffsmfmfhghpn流化速度流化速度临界流化速度临界流化速度u umfmf 带出速度带出速度u ut t 操作速度操作速度u u0 0流化床反应器的结构流化床反应器的结构n流化床反应器类型流化床反应器类型按固体颗粒是否在系统内循环分按固体颗粒是否在系统内循环分 （1 1）单器流化床）单器流化床 （2 2）双器流化床）双器流化床按床层的外型分按床层的外型分 (1)(1)圆筒形圆筒形 (2)(2)圆锥形圆锥形 按床层中是否置有内部构件分按床层中是否置

7、有内部构件分 (1)(1)自由床自由床 (2)(2)限制床限制床 按反应器内层数的多少分按反应器内层数的多少分 (1)(1)单层单层 (2)(2)多层多层 n工业生产中常见流化床反应器形式工业生产中常见流化床反应器形式n 工业生产中常见流化床反应器形式工业生产中常见流化床反应器形式n 工业生产中常见流化床反应器形式工业生产中常见流化床反应器形式n流化床反应器结构流化床反应器结构反应器主体扩大段分离段浓相段锥底锥底：一般锥角为锥底：一般锥角为9090或或6060作用：对进入气体起预分布作用、卸催化剂。作用：对进入气体起预分布作用、卸催化剂。 床层（浓相段）：床高与催化剂的装填量、气速有关，床层（

8、浓相段）：床高与催化剂的装填量、气速有关，是反应器的有效体积。通常催化剂填充层的静止高度与流是反应器的有效体积。通常催化剂填充层的静止高度与流化床直径的比值很少超过化床直径的比值很少超过1 1，一般接近于，一般接近于1 1。分离段分离段扩大段扩大段n流化床反应器结构流化床反应器结构 包括气体预分布器和气体分布板。其作用是使气体均匀包括气体预分布器和气体分布板。其作用是使气体均匀分布，以形成良好的初始流化条件，同时支承固体颗粒。分布，以形成良好的初始流化条件，同时支承固体颗粒。以下为常见气体分布板形式。以下为常见气体分布板形式。 凹型筛孔板凹型筛孔板 单个直孔泡帽单个直孔泡帽 气体分布装置：气体分布装置：条形侧缝分布板条形侧缝分布板直孔泡帽分布板直孔泡帽分布板直孔筛板直孔筛板锥型侧缝分布板锥型侧孔分布板锥型侧孔分布板锥型侧缝分布板锥型侧缝分布板气体预分布器气体预分布器同心圆锥壳式分布器同心圆锥壳式分布器帽式分布器帽式分布器充填式分布器充填式分布器开口式分布器开口式分布器弯管式分布器弯管式分布器气体预分布器气体预分布器包括档网、档板和填充物等。包括档网、档板和填充物等。作用：破碎气体在床层中产生的大气泡，增大作用：破碎气体在床层中产生的大气泡，增大g-sg-s相间的接触相间的接触机会，减少返混，从而增加反应速度和提高转化率。机会，减少返混，从而增加反应速度