流化床反应技术.ppt 王建滨

聚式流化
db/dp＞10
对于g-s系统，一般在气速超过Umf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
沟流
定义：气体通过床层时，其流速虽超过umf，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；改善分布板。
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综上所述，流化床反应器比较适用于下述过 程：热效应很大的放热或吸热过程；要求有 均一的催化剂温度和需要精确控制温度的反 应；催化剂寿命比较短，操作较短时间就需 更换（或活化）的反应；有爆炸危险的反应， 某些能够比较安全地在高浓度下操作的氧化 反应，可以提高生产能力，减少分离和精制 的负担。
流化床反应器的分类
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 (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
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
消除方法：床内设内部构件；降低u
压降：
p (1 mf )hmf ( s f ) g (1 f )h f ( s f )
当dp/D＜1/20，L0/D＜2时，床层压降计算式较准确。 由式可知：床层处于流化状态时，压降与流化速度无关。
流化床反应技术
1、流化床反应器的特点及分类 2、固定床、流化床各自的优缺点 3、固体流态化的形成过程
流化床反应器的优点
1、由于可采用细粉颗粒，并在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积 大（可高达3280~16400m² ），有利于非均相反应的进行，提高了 /m³ 催化剂的利用率。 2、由于颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致， 床层与内浸换热表面间的传热系数很高[200～400W/（m²•K）]，全床 热容量大，热稳定性高，这些都有利于强放热反应的等温操作。这是 许多工艺过程的反应装置选择流化床的重要原因之一。 3、流化床内的颗粒群有类似流体的性质，可以大量地从装置中移出、 引入，并可以在两个流化床之间大量循环。这使得一些反应—再生、 吸热—放热、正反应—逆反应等反应耦合过程和反应—分离耦合过程 得以实现。使得易失活催化剂能在工程中使用。 4、流体与颗粒之间传热、传质速率也较其它接触方式为高。 5、由于流—固体系中孔隙率的变化可以引起颗粒曳力系数的大幅度变 化，以致在很宽的范围内均能形成较浓密的床层。所以流态化技术的 操作弹性范围宽，单位设备生产能力大，设备结构简单、造价低，符 合现代化大生产的需要。
大气泡和腾涌

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
工业生产中常见流化床反应器形式
固定床反应器的特点
优点：①返混小，流体同催化剂可进行有 效接触，当反应伴有串联副反应时可得较 高选择性。②催化剂机械损耗小。③结构 简单。 缺点：①传热差，反应放热量很大时，即 使是列管式反应器也可能出现飞温（反应 温度失去控制，急剧上升，超过允许范 围）。②操作过程中催化剂不能更换，催 化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用， 常代之以流化床反应器或移动床反应器。
流化床反应器的缺点
1、气体流动状态与活塞流偏离较大，气流与床层颗粒发 生返混，以致在床层轴向没有温度差及浓度差。加之气体 可能成大气泡状态通过床层，使气固接触不良，使反应的 转化率降低。因此流化床一般达不到固定床的转化率。 2、催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造成催化剂的损失和除 尘的困难。 3、由于固体颗粒的磨蚀作用，管子和容器的磨损严重。 虽然流化床反应器存在着上述缺点，但优点是主要的。 流态化操作总的经济效果是有利的，特别是传热和传质速 率快、床层温度均匀、操作稳定的突出优点，对于热效应 很大的大规模生产过程特别有利。
固体流态化的基本概念
流态化——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。 流态化的形成： 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： 固定床阶段：u0＜umf时，固体粒子不动，床层压降随u增大而增大。 流化床阶段：umf≤u0≤ut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。 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 压降有所下降。

umf——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。

ut­——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 db/dp＜1 db——气泡直径
dp——颗粒直径
对于l-s系统，流体与粒子的密度相差不大，故umf一般很小，流速进 一步提高时，床层膨胀均匀且波动很小，粒子在床内的分布也比较均 匀，故称作散式流化态。 颗粒越细，流体与固体的△ρ值越小，则越接近理想流化，流化质 量也就越好。