化学反应工程教案

化学反应工程课程教案

课次17课时２课型

（请打

√)

理论课√讨论课□

实验课□习题课□

其她□

授课题目(教学章、节或主题):

第7章气固相催化反应流化床反应器

7、3流化床反应过程得计算

教学目得、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次)：：

1、掌握流化床得基本概念;

2、掌握流化床得工艺计算;

教学重点及难点:

重点:固定床催化反应器得特点、类型与设计要求。

难点:一维拟均相理想流动模型对反应器进行设计计算。

教学基本内容方法及手段

7、１流化床得基本概念

流态化现象:使微粒固体通过与气体或液体接触而转变成类似流体得

操作。

固体颗粒层与流体接触得不同类型:

７．1.1流化床得基本概念

1）当通过床层得流体流量较小时,颗粒受到得升力(浮力与曳力之与)

小于颗粒自身重力时，颗粒在床层内静止不动,流体由颗粒之间得空

隙通过。此时床层称为固定床。

2）随着流体流量增加，颗粒受到得曳力也随着增大。若颗粒受到得升

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、前后得激烈运动,这种现象被称为固体得流态化，整

个床层称为流化床。

曳力(表面曳力、形体曳力)曳力就是流体对固体得作用力，而阻力就

是固体壁对流体得作用力,两者就是作用力与反作用力得关系。表面曳力

由作用在颗粒表面上得剪切力引起,形体曳力由作用在颗粒表面上得压强

力扣除浮力部分引起。

讲解

3)、流化床类似液体得性状

(ａ）轻得固体浮起;

（b)表面保持水平;

(c）固体颗粒从孔中喷出;

(d）床面拉平；

(ｅ）床层重量除以截面积等于压强

流化床得优点

(1）颗粒流动类似液体,易于处理、控制;

(2）固体颗粒迅速混合,整个床层等温;

(3) 颗粒可以在两个流化床之间流动、循环,使大量热、质有可能在床层之间传递;

(４）宜于大规模操作;

(5) 气体与固体之间得热质传递较其它方式高;

(6) 流化床与床内构件得给热系数大。

流化床得缺点

（1）气体得流动状态难以描述,偏离平推流,气泡使颗粒发生沟流,接触效率下降；

（2)颗粒在床层迅速混合,造成停留时间分布不均匀;

(3）脆性颗粒易粉碎被气流带走;

(4)颗粒对设备磨损严重;

(5）对高温非催化操作,颗粒易于聚集与烧结

流化床得工业应用

•第一次工业应用：

•192２年Fｒitz Ｗinｋler获德国专利,1926年第一台高13米,截面积1２平方米得煤气发生炉开始运转。

•目前最重要得工业应用:

•SOD(StａnｄaｒｄＯil Deｖeloｐment pａny) ＩV型催化裂化。

散式流态化与聚式流态化Ｐ１85

(1)散式流态化

随着流体流量得加大,床层内空隙率增大,颗粒之间间距加大,而颗粒在床层中分布均匀,流体基本上以平推流形式通过床层,人们称这种

7、2流化床得工艺计算

1、指根据已知气体流量及催化剂用量,计算反应器得床层内径以及反应器得床层高度。 1 初始流化速度:

－-颗粒开始流化时得气流速度

（气体向上运动时产生得曳力)=（床层体积)×（固体颗粒分率)×(颗粒密度),即:

•

将上式与固定床压降方程（Ｅrgun 方程)相结合,可得临界流化速度计算式。 •

Erg ｕn 方程:(φs-颗粒外表面利用系数)

与考虑固定床压降时得方程对照:

可以瞧出所作简化。

前一项为粘滞力损失,后一项为动能损失。 合并两式并整理:

低雷诺数时,粘滞力损失占主导,忽略后一项:

• 解得:

高雷诺数时,动能损失占主导,忽略前一项：

高雷诺数时,动能损失占主导,忽略前一项： 解得

对中等雷诺数,两项都要考虑。

计算出临界流化速度后要进行验算,瞧雷诺数就是否在适用范围之内。

()()2g s g 3

p 2

mf g p 3mf s mf g p 3mf 2s mf 75.11150μρρρμρεφμρεφεg d u d u d -=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-＋

2 逸出速度(终端速度)：

当流体对颗粒得曳力与颗粒得重量相等，颗粒会被流体带走:

• CD －-曳力系数 对于单颗粒,有半经验公式:

• 以上计算就是针对一个颗粒得,在流化床内由于颗粒间有相互影响,

故逸出速度由此速度值再加以校正而得。 • u T =F ｕ • Re<1０时,Ｆ≈１ • Re>10时，R ｅ-F 见下图 •

3 反应器内径得计算

ＶG :气流得体积流量m 3s -１ ｄT ：流化床内径m

u :气流得空塔流速m 、ｓ-1

可见，流化床得内径取决于气流得空塔气速,而流化床得空塔气速应介于初始流化速度（也称临界流化速度)与逸出速度之间。即维持流化状态得最低气速与最高气速之间。 4、浓相段高度得计算

催化剂在床层中堆积高度称静床层高度(L ０)。在通入气体到起始流化时,床高L m ｆ≈Ｌ０。若继续加大气量，床层内产生一定量得气泡,浓相段床高(L f ）远大于静床层高度。

关于浓相段床高得计算通常用计算床层空隙率(εf ）来获得。 令床层膨胀比R 5、 稀相段床高得估算

稀相段也称分离段,主要就是用来保证床内因气泡破裂而挟带固体颗粒重新回到浓相段所需空间。

稀相段床高可由化工原理中非均相分离过程计算而得，也可由下述经验方程估算。

阿基米德数可整理成2

3

2

)(,3

4:μρρρ-==p p ep D g d Ar Ar R C ()()()2

1g s p D 3

122g s 21D g s 2p D 52.520000

Re 50043.02254500Re 2Re 10

182Re Re

24

⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛-=<<=⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛-=<<=-=

<=

ρρρρμρρμ

ρρd u C d g u C g

d u C p 对应

对应对应