流化床基础PPT课件

流化床类似液体的性状
轻的物体浮起； 表面保持水平； 固体颗粒从孔中喷出； 床面拉平； 床层重量除以截面积等于压强差
2 固体颗粒迅速混合，整个床层近似等温（传热效率高）； 2颗粒停留时间分布不均匀（产品质量不一） 扩大段：降低气流速度以便有利于气固分离 （1）认为床层主体部分气泡大小均一且均匀分布于床层之中。 为保证流化均匀，稳定，分布板要有足够压降，一般选分布板压降 1气体的流动状态难以描述，容易偏离平推流，气泡使颗粒发生沟流，接触效率下降； 沟流：在流固系统或气液系统中，由于不均匀的流动，流体打开了一条阻力很小的通道，形成所谓沟，以极短的停留时间通过床层。 聚式流化态：颗粒在床层的分布不均匀，床层呈现两相结构：一相是颗粒浓度与空隙率分布较为均匀且接近初始流态化状态的连续相 ，称为乳化相； 3 颗粒可以在两个流化床之间流动、循环，使大量热、质有可能在不同床层之间传递； 2 固体颗粒迅速混合，整个床层近似等温（传热效率高）； 床层（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。 小循环：乳相内，颗粒的无规则运动。 按固体颗粒是否在系统内循环分 工业生产中常见流化床反应器形式 小循环：乳相内，颗粒的无规则运动。 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1，一般接近于1。 锥底：一般锥角为90°或60° (1)自由床 1 颗粒流动类似液体，易于处理，控制； 3脆性颗粒易粉碎被气流带走（需分离）；
腾涌床：床高与床径比大，气泡在上升过程中可能聚并增大甚至达到 占据整个床层，固体粒子一节节的往上柱塞式的推动，直到达到某一 位置崩落为止，这种现象称为腾涌或者节涌。 腾涌时床层高度起伏很大，器壁被颗粒磨损加剧，容易引起设备 震动，损伤床内构件。
聚式流化态：颗粒在床层的分布不均匀，床层呈现两相结构：一相是 颗粒浓度与空隙率分布较为均匀且接近初始流态化状态的连续相，称 为乳化相；另一相则是以气泡形式夹带少量颗粒穿过床层向上运动的 不连续的气泡相，因此又称为鼓泡流态化。
为保证流化均匀，稳定，分布板要
有足够压降，一般选分布板压降 Pb
为床层压降 Pd 的10%～20%，开孔 率约1%。
2021/6/27
35
挡板
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g-s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。
外旋挡板
多旋挡板
内旋挡板
换热装置
流化床的优点
1 颗粒流动类似液体，易于处理，控制； 2 固体颗粒迅速混合，整个床层近似等温
（传热效率高）； 3 颗粒可以在两个流化床之间流动、循环，
使大量热、质有可能在不同床层之间传递； 4 宜于固体的大规模操作； 5 气体和固体之间的热质传递较其它方式
高； 6 流化床与床内构件的给热系数大。
随着流体流量增加，颗粒受到的曳力也随着增大。 若颗粒受到的升力恰好等于自身重量时，颗粒受 力处于平衡状态，故颗粒将在床层内作上下、左 右、前后的激烈运动，这种现象被称为固体的流 态化，整个床层称为流化床。
散式流化态与聚式流化态
散式流化态：颗粒均匀地分布在整个流化床内且随着流速增加床层均 匀膨胀，床内孔隙率均匀增加，床层上界面平稳，压降稳定、波动很 小。因此，散式流化态是较理想的流化状态。一般流-固两相密度差较 小的体系呈现散式流态化特征，如液-固流化床。
流化床的缺点
1气体的流动状态难以描述，容易偏离平推 流，气泡使颗粒发生沟流，接触效率下降；
2颗粒停留时间分布不均匀（产品质量不一） 3脆性颗粒易粉碎被气流带走（需分离）； 4颗粒对设备磨损严重； 5对高温非催化操作，颗粒易于聚集和烧结。
▪ 流态化现象的利用
1. 固体粒子输送：比自来水、煤气管困难 沸腾床焙烧FeS矿； 沸腾床烧煤粉（出灰方便）
管栅分布器： 2因颗此粒，停散留式时流间化分态布是不较均理匀想（的产流品化质状量态不。一）
档1气网体、的档流板动和状填态充难物以等描。述，容易偏离平推流，气泡使颗粒发生沟流，接触效率下降； 工通业常生 催产化中剂常填见充流层化的床静反止应高器度形与式流化床直径的比值很少超过1，一般接近于1。 注扩意大： 段：降是低有气单流位速的度，以其便单有位利为于s. 气固分离
2. 细颗粒催化剂的方便使用 消除内扩散，增加气体原料同固体催化剂的接触面。
3. 强放热反应（快速冷却） 氧化反应：萘氧化剂制苯酐需熔盐冷却； 丙烯氨氧化法制丙烯腈
流态化的不正常现象
沟流：在流固系统或气液系统中，由于不均匀 的流动，流体打开了一条阻力很小的通道，形 成所谓沟，以极短的停留时间通过床层。这种 现象称为沟流。它较多发生在流固系统中。如 沟贯穿于整个床层称为贯穿沟流，如仅发生于 局部则称为局部沟流。 形成沟流会降低传质 效率。
直形筛板 作1气用体：的对流进动入状气态体难起以预描分述布，作容用易、偏卸离催平化推剂流。，气泡使颗粒发生沟流，接触效率下降；
为(2)了限传制热床或控制气——固间接触，常在床内设置内部构件。 2为固床体层颗压粒降迅的速1混0%合～，2整0%个，床开层孔近率似约等1%温。（传热效率高）；
单层筛板 14 宜颗于粒固流体动的类大似规液模体操，作易；于处理，控制； 凹形筛板 1流气体体的的导流热动系状数态难对以给描热述系，数容h易w起偏最离主平要推的流影，响气，泡h使w与颗粒n发成生正沟比流，，n接=1触/2-效2/率3。下降；
套管式换热器
蛇管式换热器 横排管束换热器
气固分离器
作用：回收上升气流中不仅带的细粒和粉尘，并 避免带出的粉尘影响产品的纯度
1 颗粒流动类似液体，易于处理，控制； 按床层中是否置有内部构件分 扩大段：降低气流速度以便有利于气固分离 细颗粒催化剂的方便使用 (1)圆筒形 按固体颗粒是否在系统内循环分 流态化现象：使固体微粒通过与气体或液体接触而转变成类似流体状态的操作。 注意： 是有单位的，其单位为s. 聚式流化态：颗粒在床层的分布不均匀，床层呈现两相结构：一相是颗粒浓度与空隙率分布较为均匀且接近初始流态化状态的连续相 ，称为乳化相； 作用：破碎气体在床层中产生的大气泡，增大g-s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。 2 固体颗粒迅速混合，整个床层近似等温（传热效率高）； 作用：破碎气体在床层中产生的大气泡，增大g-s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。 原则：气体分布方式很多，以分布均匀，防止积料，结构简单和材料节省为宜。 消除内扩散，增加气体原料同固体催化剂的接触面。 床层直径的影响难于判定； 6 流化床与床内构件的给热系数大。 床层（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。 3 颗粒可以在两个流化床之间流动、循环，使大量热、质有可能在不同床层之间传递； 流体的导热系数 对给热系数hw起最主要的影响，hw与 n成正比，n=1/2-2/3。 为保证流化均匀，稳定，分布板要有足够压降，一般选分布板压降 小循环：乳相内，颗粒的无规则运动。 沸腾床焙烧FeS矿；
流化床反应器的结构流化床反应器的结构?流化床反应器类型按固体颗粒是否在系统内循环分1单器流化床2双器流化床按床层的外型分1圆筒形圆筒形2圆锥形按床层中是否置有内部构件分1自由床2限制床按反应器内层数的多少分1单层2多层????流化床反应器结构?反应器主体扩大段分离段分离段浓相段锥底流化床反应器结构?锥底
2021/6/27
26
气体预分布器
帽式分布器
同心圆锥壳式分布器
充填式分布器Байду номын сангаас
开口式分布器
弯管式分布器
气体分布板与内部构件
床（层3）直床径层的可影分响为难气于泡判、定气；泡晕及乳化相三部分。
1.分布板： 6档流网化、床档与板床和内填构充件物的等给。热系数大。
6（流3）化床床层与可床分内为构气件泡的、给气热泡系晕数及大乳。化相三部分。
夹层填料 沟小流循： 环在：流乳固相系内统，或颗气粒液的系无统规中则，运由动于。不均匀的流动，流体打开了一条阻力很小的通道，形成所谓沟，以极短的停留时间通过床层。
气2 固泡体上颗升粒时迅气速泡混外合侧，一整定个厚床度层的近乳似化等相温将（随传气热泡效一率起高上）升；，这部分被称为气泡云。 颗尾粒涡的 与导气热泡系云数统和称床为高气对泡给晕热。系数影响不大；
❖ 流态化现象：使固体微粒通过与气体或液体接 触而转变成类似流体状态的操作。
❖ 固体颗粒层与流体接触的不同类型：
气体 初
固 始 聚式流态化 腾涌
定流
床态
散式流态化
化
液体
稀相流态化
流体流速增加
流化床的基本概念
当通过床层的流体流量较小时，颗粒受到的升力 （浮力与曳力之和）小于颗粒自身重力时，颗粒 在床层内静止不动，流体由颗粒之间的空隙通过。 此时床层称为固定床。
沸4颗腾粒床对焙设烧备Fe磨S矿损；严重；
多层筛板 2流固态体化颗现粒象迅：速使混固合体，微整粒个通床过层与近气似体等或温液（体传接热触效而率转高变）成；类似流体状态的操作。
扩1 大颗段粒：流降动低类气似流液速体度，以易便于有处利理于，气控固制分；离 流沸态腾化 床现烧象煤：粉使（固出体灰微方粒便通）过与气体或液体接触而转变成类似流体状态的操作。 作（用1）：单对器进流入化气床体起预分布作用、卸催化剂。
在大型鼓泡床中，气泡聚合后沿几条捷径上升， 而严重的鼓泡集中可使气泡沿着捷径上升而形 成短路，此现象称为沟流。
流化床中的气、固运动
作用：破碎气体在床层中产生的大气泡，增大g-s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。 工业生产中常见流化床反应器形式 为床层压降 的10%～20%，开孔率约1%。 1气体的流动状态难以描述，容易偏离平推流，气泡使颗粒发生沟流，接触效率下降； 6 流化床与床内构件的给热系数大。 流体的导热系数 对给热系数hw起最主要的影响，hw与 n成正比，n=1/2-2/3。 1 颗粒流动类似液体，易于处理，控制； 因此，散式流化态是较理想的流化状态。 (2)多层 床层（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。 1 颗粒流动类似液体，易于处理，控制； 气体与固体之间的热量传递； 流化床层与器壁的给热系数直到目前为止仍只能通过将实验数据归纳成准数方程而获得。 鼓泡床模型对流化床运动形态作如下简化: 作用：对进入气体起预分布作用、卸催化剂。 气体预分布器和气体分布板。 聚式流化态：颗粒在床层的分布不均匀，床层呈现两相结构：一相是颗粒浓度与空隙率分布较为均匀且接近初始流态化状态的连续相 ，称为乳化相； 作用：对进入气体起预分布作用、卸催化剂。 床层直径的影响难于判定； 床层直径的影响难于判定； 扩大段：降低气流速度以便有利于气固分离
气泡上升时气泡外侧一定厚度的乳化相将随气泡 一起上升，这部分被称为气泡云。尾涡与气泡云 统称为气泡晕。
流化床的理想鼓泡床模型
鼓泡床模型对流化床运动形态作如下简化: （1）认为床层主体部分气泡大小均一且均匀分布于床层之
中。 （2）床层中乳化相处于起始流化状态，超过起始流化态的
气体将以气泡形式通过床层。 （3）床层可分为气泡、气泡晕及乳化相三部分。在气泡、
泡帽板 2消固除体内颗扩粒散迅，速增混加合气，体整原个料床同层固近体似催等化温剂（的传接热触效面率。高）；
侧缝锥帽
2021/6/27
29
泡帽侧缝分布板
2021/6/27
31
直孔泡帽分布板
2021/6/27
♂
32
锥型侧缝分布板
2021/6/27
33
锥型侧孔分布板
2021/6/27
34
原则：气体分布方式很多，以分布 均匀，防止积料，结构简单和材料 节省为宜。
产生气泡云，形成循环气流
Uf
Uf
尾涡夹带颗粒上升床面 上气泡破裂，颗粒下降。 形成颗粒的大循环。
小循环：乳相内，颗粒的无规则运动。
床层中气泡行为
当气体通过床层时一部分气体与颗粒之间组成乳 化相，其余气体以气泡形式通过乳化相。由于气 体上升速度与乳化相速度不同，存在明显的速度 差异，气泡在上升过程中必然会挟带气泡周围一 定量的乳化相物质。气泡在上升时其尾部形成负 压，将吸入部分乳化相物质随其上升，这部分称 尾涡。
聚式流态化出现在流-固密度差较大的体系，如气-固流化床。在 聚式流态化中，超过初始流化所需的大量气体聚并成气泡上升，在床 面上破裂而将颗粒向床面以上空间抛送。这不仅造成床层界面的较大 起伏、压降的波动；更大的不利是以气泡的形式快速通过床层的气体 与颗粒接触甚少，而乳化相中的气体因流速低，与颗粒接触时间太长， 由此造成了气-固接触不均匀。
气泡晕和乳化相之间的传质过程是一个串联过程。
（的4气）体在，故uum0f稀相6时段，气进体入组稀成相与段离的开气浓体相只段有的气气泡泡破中裂气而体逸组出成 相同。
内部构件
为了传热或控制气——固间接触， 常在床内设置内部构件。
气体预分布器 挡板
气体分布板 旋风分离器
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。以下为常见形式：