第五篇 流态化技术
流态化原理
• 两相密度差小的 系统趋向散式流 化，大部分液固流化属于散式 流化
• 气-固流化系统 多属于聚式流化
自由沉降 • 自由沉降：是指单个颗粒在流体中的沉降过程。
干扰沉降
• 干扰沉降：若颗粒数量较多，相互间距离较近，则颗 粒沉降时相互间会干扰。
流态化技术的应用
流态化技术在强化某些单元操作和反 应过程以及开发新工艺方面，起着重 要作用，广泛应用于化学、石油、冶 金、原子能等工业的焙烧、干燥、吸 附、气化、催化反应和催化裂化等许 多过程中。
颗粒输送阶段 • u>ut
散式流化
• 流化床内固体颗 粒均匀分布在流 动流体中，并在 各个方向上作随 机运动，床层中 各部分密度几乎 相等，床层上界 面平稳而清晰， 这种现象被称为 散式流化。
聚式流化
特性
• 聚式流化也称鼓 泡流化，是床层 中出现组成不同 的两个相，即含 固体颗粒甚少的 不连续气泡相， 以及含固体颗粒 较多、分布较均 匀的连续乳化相， 乳化相内的液固 运动状况和空隙 率接近初始流化 状态
固定床阶段 流化床阶段
• u<ut • 颗粒基本静止不动
• 当流体速度增大到一定程度后，颗粒松动、 调整，床层膨胀，处于起始或临界流化态。 如果流体的流升高到使全部颗粒刚好悬浮 于向上流动的流体中而能做随机运动，此 时流体与颗粒之间的摩擦阻力恰好与其净 重力相平衡。此后，床层高度L将随流速 提高而升高，这种床层成为流化床。
流态化基本原理
流化态现象
三种情况
• 固定床阶 段
• 流化床阶 段
• 颗粒输送 阶段
两种形式
• 散式流化 •• 实际状态
两种不正常现象
• 腾涌 • 沟流
流态化
流态化一般指固体流态化，简称流化，它是利用流动流体的 作用，将固体颗粒群悬浮起来，从而使固体颗粒具有某些流 体表观特征，利用这种流体与固体间的接触方式实现生产过 程的操作，称为流态化技术，属于粉体工程的研究范畴。
流态化技术讲义
流态化技术讲义1、是技术而不是理论2、颗粒的流态化在自然堆放粉体颗粒时，直到某一角度停止滑动，该角为休止角。
一般小密度催化剂休止角为32℃，大密度催化剂休止角为34℃-36℃。
4、催化剂颗粒的调和平均直径 d=1(/)i i x d ∑ 5、输送床：散式流化床、鼓泡床、腾涌床、湍流床、快速床6、催化剂的滑落：催化剂颗粒由于受到重力的作用，它上升的速度总是低于油气的速度。
这种现象叫催化剂的滑落。
7、床层密度的测量：ρ=H P∆∆ 8、夹带夹带：气泡穿过密相床层表面，在床层表面破裂时，使颗粒飞溅到稀相空间，颗粒得到的速度是气泡破裂时的气流局部速度，亦称有效气速，随着稀相高度的增加，有效气速不断减弱，当减弱到等于气流表观气速时，有效气速消失，有效气速消失的高度以上，夹带量变化很小，分散颗粒夹带机理认为应等于饱和夹带量。
我国催化裂化生产装置数据回归得出的饱和夹带量公式：P24影响夹带的因素：A 、气速 B 、床层直径的影响 C 、床层高度 D 、内构件 E 、自由空域高度9、扬析较小的颗粒离开流化床上部表面，在气体中被带走的这一现象称为扬析。
相影响扬析的因素：A 、气体速度影响 B 、颗粒大小与颗粒密度的影响 C 、流化床直径的影响 D 、内部构件的影响 构件可以减少扬析10、输送分离高度（TDH ）Transport Disengaging Height在床层上有这样一个高度，在这段高度中，气流夹带的颗粒浓度随高度而变化，超过这一高度后才趋于一个定值，而不再变化，我们把这一高度定义为TDH 。
计算公式P56TDH 随表观气速的增加而增加，随颗粒密度的增加而减小，随床层的增加而增大。
11、总公司要求再生器一旋入口浓度在5～8Kg/m3以下。
12、松动问题 松动点设置原则：一、松动点的位置和间距要适宜，二、松动介质量要适宜,特别是敏感松动点的松动介质量。
敏感松动点：变径和拐弯处的松动点。
我装置曾遇到过因松动而造成循环不畅问题:一、有一次转剂时，沉降器不下料，原因是汽提蒸汽给得太大。
流态化技术
流态化技术第一章定义：流态化是一种使固体颗粒通过与气体或液体（流体）接触而转变成类似流体状态的操作。
一、流态化形成的过程1．固定床阶段气流对颗粒的曳力 + 气流对颗粒的浮力 < 颗粒受到的重力床层体积固体颗粒总体积床层体积空隙率-=ε2．流态化床阶段气流对颗粒的浮力 = 颗粒受到的重力 压降△P = 单位截面积上床层物料的重量 不变不变，但P L L U ∆∴-↑↑→↑→)1(εε3.气力输送阶段 (气流床）气流对颗粒的曳力 + 气流对颗粒的浮力 > 颗粒受到的重力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化速度，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。
操作速度、表观流速（U ）——是指假想流体通过流化床整个截面（不考虑堆积固体粒子）时的截面平均流速（也称空塔速度或空管速度），用U 表示。
注意P2图1.2两条线不重合的原因：该页第四段（非自然堆积）二、形成流态化的条件1.有固体颗粒存在2.有流体介质存在3．固体与流体介质在特定条件下发生作用三、流态化过程具有的特点1.类似液体的特性（物性参数）2.固体颗粒的剧烈运动与迅速混合3. 强烈的碰撞与摩擦4.颗粒比表面积大5.气体与颗粒的接触时间不均匀四、流态化过程中的不正常现象1．沟流2.腾涌 3.分层 4.气泡五、气-固流化床的一般性评价1．良好的床层均温性 2．较高的传热传质速率 3．输送能力大4．可利用或加工粉末状物料流态化可以分为聚式流化态和散式流化态。
气泡相：就是内部几乎没有固体颗粒，仅在其边壁或 外表面 有固体颗粒环绕的运动空间乳化相：指的是固体颗粒与气体介质的混合区域第二章A 类： 细 大多数工业流化床反应使用的催化剂属于此类。
B 类: 粗 鼓泡床大都用此颗粒C 类： 极细 在气固催化反应中很少采用，但同相加工中采用较多，如明矾综合利用。
流态化技术基础及应用
流态化技术基础及应用
数据流化技术是一种应用于数据处理过程中的技术，它可以持续实时处理大规模数据流，及时作出响应。
它有助于构建实时数据处理管道，将大量的数据通过不同的级别的数据处理部件，最终形成一个可靠可使用的数据处理系统。
一般来说，数据流化技术的实现原理是将数据从源端一次性存储成可处理的数据流，然后经过多步处理，从数据流中提取有用的信息，并将处理后的数据存放到数据流的末端。
应用方面，数据流化技术可以用于检测和监控，它可以实时处理检测到的数据流，进行报警，进行统计或其它实时任务。
还可以利用数据流化技术实现推断式数据挖掘，可以大幅减少传统数据挖掘方法的时间开销。
此外，数据流化技术也可以广泛应用于舆情分析、自然语言处理等领域。
第五章 流态化与气力输送
3.2 流化床干燥
废气 含尘气体 旋风分离器 流化床干燥器 料斗 干物料(轻)出 物料进 热空气进 匀风板
干物料出
连续式单层流化装置的结构简图
物料进
废气出口
流化床 溢流管
匀风板
热气进口 物料出
多层流化床的结构
湿物料进
废气
振动筛板 匀风板
出料口
干物料(轻) 热空气 振动机构
查图(图5-7)得ft=0.55，故得校正后的带出速度为： ut 2.43 0.55 1.337(m / s） 采用流化数K=u/umf=30，则操作速度为： 操作速度u在umf和ut之间。
u K umf 30 2.32 10 2 0.696(m / s）
2.4 流化床的设计
则：
1 mf L 1 Lmf
或
L 1 0 L0 1
式中，L/Lmf（或L/L0）称为膨胀比(expansion ratio)，以R表示。
对于液-固系统： 式中，
u n ut
u—流化操作速度； ut—颗粒自由沉降速度； ε—在流化操作速度下床层的空隙率； n—ReP的函数。
Lmf——临界流化条件下的床层厚度。
f——流体黏度；
D——流化管的直径。
1.3 密相流化床和稀相流化床 (1) 密相流化床(dense phase fluidized bed)(或密相鼓泡床) 定义： 具有清晰的床层上界面的流化床。 特点： 具有许多液体的特征，如浮力、表面保持 水平、流体静力学、黏性。 (2) 稀相流化床(dilute phase fluidized bed) 当流速超过固体颗粒的极限速度时，床层的上界面就会消 失，并可以观察到夹带现象，固体颗粒随流体从床层中带 出。稀相流化床为气力输送阶段。
流态化技术的应用
1 1 1 X 2 G2 G1 G1 1 2 1 X1
3
干燥系统的热量衡算 Q
L, t0 , H0 , I0 预热器
L
新鲜空气
QP
L, t1 , H1 , I1 干 燥 器 产品 ' G2, X2, I 2 θ 2, QD
废气L, t2 , H2 , I2
L' L( 1 H 0 ) L( 1 H1 )
L, t0 , H0
新鲜空气
预热器
L, t1 , H1 产品 G2, X2,
干 废气L, t2 , H2 燥 器 湿物料 G , X , 1 1
θ1
3.干燥产品量
θ2
(1)绝干物料量G，kg绝干物料/s
G1 G2 G G1( 1 1 ) G2 ( 1 2 ) 1 X1 1 X 2
干 燥 的 分 类
按操作压力分 常压干燥 真空干燥。适于处理热敏性及易氧化的物料， 或要求成品中含湿量低的场合。 按操作方式分 连续式。生产能力大、产品质量均匀、热效率
高、劳动条件好。
间歇式。适于处理小批量、多品种、干燥时间 长的物料。
干燥的分类（续）
根据供热方式不同，干燥可分为 传导干燥（间接加热干燥）。热能通过壁面以传导 方式加热物料。 对流干燥（直接加热干燥）。干燥介质与湿物料直 接接触，并以对流方式加热湿物料。 辐射干燥。热能以电磁波的形式辐射到湿物料表面。 介电加热干燥。将湿物料臵于高频电场内，使其被 加热。 这里主要讨论对流干燥，干燥介质是热空气，除 去的湿分是水分。
四、比热容（湿热）cH
定义：在常压下，将1kg绝干空气及相应H kg水汽
升高(或降低) 1℃所需吸收(或放出)的热量，kJ/(kg绝
流态化
流态化技术的应用
物理过程：干燥、移热、气力输送、包涂、吸附
合成反应：苯酐、醋酸乙烯、丁稀氧化脱氢制丁二烯 、顺丁烯二
酸酐（马来酸酐）、乙烯氧氯化制二氯乙烷
矿石焙烧：硫铁矿焙烧、铁矿石的预还原、贫铁矿磁化焙烧、氧
化铝煅烧、石灰石煅烧
能源化工（石油、煤和生物质）：催化裂化、重油裂化、
聚式与散式流态化的判断 气-固流态化与液-固流态化并不是区分聚式与散式流态化的 唯一依据，在一定的条件下气-固床可以呈现散式流态化(密 度小的颗粒在高压气体中流化)或者液-固床呈现聚式流态化 (重金属颗粒在水中流化)行为。 根据流-固两相的性质及流化床稳定性理论，B.Bomero 和 I.N.Johanson 提出了如下的准数群判据：
3 v 3 u c CDmp CDmp Fd 4 p dp 4 p dp
D
u, c — 气相与颗粒相在管内的平均流速 mg , mp— 气相和颗粒相在控制体内的质量
若微元管段内的空隙率为，则 流体相
m g V
z
d2
4
L
颗粒相
m p 1 p 1 p
d2
4
L
L
两相模型 气相对颗粒相的曳力 Fd ：对粒径为 dp 的颗粒
临界流化条件下的弗鲁德数，D为床径
流化床床层高度及分离高度
流化数
实际操作流速与临界流化速度之比 u/umf
床层的流化状态和流化质量与流化数有很大关系
膨胀比 R 流化床的膨胀高度 L 与临界流化高度之比
R L L mf 1 mf 1
散式流化具有空隙率随流化数均匀变化的规律 聚式流化乳化相的空隙率几乎不变，床层膨胀主要由气泡相 的膨胀所引起。聚式流化床膨胀比是一个较难确定的参数。
流态化
流态化-正文简称流化，利用流动流体的作用，将固体颗粒群悬浮起来，从而使固体颗粒具有某些流体表观特征，利用这种流体与固体间的接触方式实现生产过程的操作，称为流态化技术，属于粉体工程的研究范畴。
流态化技术在强化某些单元操作和反应过程以及开发新工艺方面，起着重要作用。
它已在化工、炼油、冶金、轻工和环保等部门得到广泛应用。
流态化现象将一批固体颗粒堆放在多孔的分布板上形成床层(图1)，使流体自下而上通过床层。
由于流体的流动及其与颗粒表面的摩擦，造成流体通过床层的压力降。
当流体通过床层的表观流速(按床层截面计算的流速)不大时，颗粒之间仍保持静止和互相接触，这种床层称为固定床。
当表观流速增大至起始流化速度时，床层压力降等于单位分布板面积上的颗粒浮重（颗粒的重力减去同体积流体的重力），这时颗粒不再相互支撑，并开始悬浮在流体之中。
进一步提高表观流速，床层随之膨胀，床层压力降近乎不变，但床层中颗粒的运动加剧。
这时的床层称为流化床。
当表观流速增加到等于颗粒的自由沉降速度时，所有颗粒都被流体带走，而流态化过程进入输送阶段。
（见彩图）流态化散式流态化和聚式流态化这两种流态化现象，是根据流化床内颗粒和流体的运动状况来区分的。
在散式流态化时，颗粒均匀分布在流体中，并在各方向上作随机运动，床层表面平稳且清晰，床层随流体表观流速的增加而均匀膨胀。
在聚式流态化时，床层内出现组成不同的两个相，即含颗粒甚少的不连续气泡相，以及含颗粒较多的连续乳化相。
乳化相的气固运动状况和空隙率，与起始流化状态相近。
通过床层的流体，部分从乳化相的颗粒间通过，其余以气泡形式通过床层。
增加流体流量时，通过乳化相的气量基本不变，而气泡量相应增加。
气泡在分布板上生成，在上升过程中长大；小气泡会合并成大气泡；大气泡也会破裂成小气泡。
气泡上升至床面时破裂，使床面频繁地波动起伏，同时将一部分固体颗粒抛撒到界面以上，形成一个含固体颗粒较少的稀相区；与此相对应，床面以下的床层称为浓相区。
第五节 流态化基本原理讲解
随着气速的增大，当气速达到ufp时，即进入快速床阶段， 此时，必须依靠提高固体颗粒的循环量才能维持床层密度
形成快速流化床的基本前提条件是：
①流化固体是细颗粒；
②气速超过固体颗粒的终端速度，ufp=3～4ut； ③有一定的循环量，以保证床层有一定的密度。
快速流化床的特点是：
①床层很均匀；
②采用气速高、处理量大；
不均一； ③催化剂在床层中剧烈搅动，造成催化剂颗粒和设备
磨损； ④在生产负荷太低的情况下，流化床操作难以平稳，
操作波动大
2019/7/5
石油加工工程
13
三：提升管中的气-固流动(垂直管中的稀相输送)
气-固输送可以根据密度不同而分为稀相输送和密相输送， 通常以100kg/m3为划分界限 在提升管中，气-固混合物的密度大约十几到几十千克每立 方米，因此属于稀相输送的范围
第五节 流态化基本原理
2019/7/5
石油加工工程
1
一：流态化的形成和转化
1．固定床、流化床及稀相输送
①当气速较小时，催化剂堆紧，为固定床阶段；
②当气速增达到一定程度以后，床层开始膨胀，为膨胀
床；
③当u=umf时，固体粒子被气流悬浮起来做不规则运动， 为流化床阶段；
④继续增大气速至u=ut，催化剂开始被气流带走，为稀 相输送阶段
2019/7/5
石油加工工程
Hale Waihona Puke 72．鼓泡床的一些基本现象
鼓泡床的固体颗粒不是以单个而是以集团进行运动的
鼓泡床的床层包括气泡相和颗粒相两部分
①气泡的形状
②气体返混和固体返混
图1
③气泡的形成
④气节和沟流
2019/7/5
石油加工工程
流态化PPT课件
-
1
流态化技术的应用
物理过程：干燥、移热、气力输送、包涂、吸附
合成反应：苯酐、醋酸乙烯、丁稀氧化脱氢制丁二烯 、顺丁烯二
酸酐（马来酸酐）、乙烯氧氯化制二氯乙烷
矿石焙烧：硫铁矿焙烧、铁矿石的预还原、贫铁矿磁化焙烧、氧
化铝煅烧、石灰石煅烧
能源化工（石油、煤和生物质）：催化裂化、重油裂化、费
➢ 联通的流化床能自行调整床层上表面使之在同一水平面上
-
17
不正常的流化现象
S
起伏
正常值
pbWA
log pB log pb
大高径比床层 logu
大直径床层
log u
腾涌(Slugging)：颗粒层被气泡分成几段并像活塞一样被推 动上升，在顶部破裂后颗粒回落。腾涌时床层高度起伏很大， 器壁被颗粒磨损加剧，引起设备震动，损伤床内构件。
沟流：大量气体经过局部截面通过床层，其余部分仍为固定 床而未流化(“死床”)。
腾通与沟流都会使气—固两相接触不充分、不均匀、流化质
量不高，使传热、传质和化学反应效率下降。
-
18
改善聚式流化质量的措施
气体分布板：高阻分布板 (>10%Δpb，且>0.35mmH2O) 可使
气体初始分布均匀，以抑制气泡的生成和沟流的发生。
聚式流态化（Aggregative fluidization）：
特征：颗粒分布不均匀，床层呈现两相结构。即颗粒浓度与 空隙率分布较均匀且接近初始流化状态的连续相(乳化相)和 以气泡形式夹带着少量颗粒穿过床层向上运动的不连续相 (气泡相)。又称鼓泡流态化。
一般出现在流-固两相密度差较大的体系，如气-固流化床。
球形颗粒（当Rep＜2时）utຫໍສະໝຸດ dp2(p 18)g
第五篇 流态化技术
第五篇流态化技术一、流态化的形成和转化1．固定床、流化床及稀相输送①当气速较小时，催化剂堆紧，为固定床阶段；②当气速增达到一定程度以后，床层开始膨胀，为膨胀床；③当u=umf时，固体粒子被气流悬浮起来做不规则运动，为流化床阶段；④继续增大气速至u=ut，催化剂开始被气流带走，为稀相输送阶段因此，固体颗粒的流化可根据气速划分成三个阶段：①固定床阶段，u<umf；②流化床阶段，umf<u<ut；③稀相输送阶段，u>ut- 50 -版权所有翻印必究版权所有 翻印必究- 52 -在固定床阶段，气体通过固定床颗粒之间的空隙时，因有摩擦阻力而产生压降，摩擦阻力与气体流速的平方成正比，故u ↗，床层压降↗当床层所受压力达到平衡时，床层被悬浮起来而颗粒自由运动。
床层受三个力作用：重力、摩擦力和浮力。
对催化剂来说，其摩擦力与床层压降有关:➢ 固体颗粒的重量为一定值，即V(1-ε)为一定值，因此当气速增大时，V ↗，ε↗，但V(1-ε)不变，因此，△P.F 也不变➢ 随着气速上升，所受摩擦阻力增大，当u 达到ut 时，催化剂的浮力比重力大了，催化剂也就被气体带走了2．气-固流态化域根据流化床中气体的表观气速不同，床层可以分为几种不同的流化状态:固定床、散式流化床、鼓泡流化床、湍动床、快速床和输送床 ①固定床 ②散式流化床 ③鼓泡流化床 ④湍动床 ⑤快速床 ⑥输送床二、流化床的一些基本现象 1．散式流化➢ 没有聚集现象，床层界面平稳，随着气速的增大，床层的空隙率增大，床层膨胀 ➢ 可以用床高与起始流化时的床高之比LB/Lmf 来表示床层的膨胀程度，亦称膨胀比 ➢ 影响膨胀比的因素有固体颗粒的性质和粒径、气体的流速和性质、床径和床高等 ➢ 在催化裂化装置中，催化剂的密相输送就是处于散式流化状态 2．鼓泡床的一些基本现象➢ 鼓泡床的固体颗粒不是以单个而是以集团进行运动的 ➢ 鼓泡床的床层包括气泡相和颗粒相两部分 ①气泡的形状②气体返混和固体返混 ③气泡的形成 ④气节和沟流⑤密相床和稀相➢在流化床床层的顶部有一个波动的界面，界面以下成为密相床，界面以上的空间称为稀相➢气速较低时，稀相和密相之间有明显的界面；随着气速的增大，密相床的密度变小而稀相的密度增大，两相之间的界面逐渐变得不明显⑥催化剂的夹带➢被固体带到稀相的固体颗粒可以分为两部分：★细颗粒：终端速度低于表观速度★较粗颗粒：终端速度比表观速度大⑦输送分离高度(分离空间高度)➢随着气体离开床面向上运动，沿整个容器截面的速度分布趋于均匀，当气体上升至某个高度时，气体分布达到均一，等于表观气速，此时的高度(以床面为基准)即称为“空间分离高度”或“输送分离高度”➢能够继续随气体上升至输送分离高度以上的颗粒只是那些终端速度低于表观气速的细粉，也就是说，在稀相段的颗粒浓度随高度增加而减小，到达输送分离高度以后，颗粒浓度不再降低4．快速流化床➢随着气速的增大，当气速达到ufp时，即进入快速床阶段，此时，必须依靠提高固体颗粒的循环量才能维持床层密度➢形成快速流化床的基本前提条件是：①流化固体是细颗粒；②气速超过固体颗粒的终端速度，ufp=3～4ut；③有一定的循环量，以保证床层有一定的密度。
化学工程中的流态化技术研究
化学工程中的流态化技术研究流态化技术是化学工程中十分重要的一种技术手段。
它是指固体通过气体、液体或液气混合物进行流动，而形成的一种特殊的流态，即“流态化”。
流态化技术在化工生产中有着广泛的应用，特别是在催化剂制造以及煤炭、石油等化工原料的制备过程中，都需要使用到流态化技术。
关于流态化技术的研究，现在已经取得了一些令人瞩目的成果。
该技术的研究可以分为以下三个方面：一、流态化物料的流动规律流态化物料的流动规律是流态化技术研究的基础。
在流态化床内，物料的流动性质对整个流态化反应过程具有至关重要的影响。
因此，研究流态化物料的流动规律是理解流态化过程的关键。
目前，有许多研究涉及流态化床的气固流动规律、颗粒与颗粒之间的相互作用等方面。
其中最重要的是流态化床的气固流动规律研究，可以了解流态化气体与颗粒之间的相互作用和颗粒之间的互作用。
这种研究不仅可以为流态化装置的优化设计提供参考，同时也可以为颗粒物的粉尘控制提供帮助。
二、催化剂的流态化制备催化剂是化工生产过程中的重要部分，而催化剂的制备过程则需要使用到流态化技术。
催化剂的流态化制备主要包括涂覆、成型、层析、充填等制备工艺。
其中最为重要的就是涂覆工艺。
涂覆工艺是指将不同的功能材料制成颗粒状，并加入到流态化床中进行催化制备。
涂覆催化剂的工艺具有以下优点：一方面，可以提高催化剂的反应活性；另一方面，可以降低催化剂的使用成本。
三、流态化反应的安全控制流态化反应过程中，由于反应过程中高温、高压、高速流动等因素的存在，发生了一系列安全事故。
因此，为了确保反应的安全运行，需要对流态化规律进行深入的了解和研究。
安全控制方面主要包括床内物料的防化措施、气氛监测及处理等方面。
其中，床内物料防化措施则是最为关键的一环。
在流态化反应过程中，由于物料在气流中的流动性质很强，发生事故后的后果十分严重。
为了防止床内物料的防化，需要在反应过程中加入一些添加剂，如金属粉末、无机盐，提高反应物料的抗氧化能力。
流态化技术课件最新课件说课材料
性能参数指标评价体系
01
02
03
04
流化质量
床层膨胀均匀，无沟流、腾涌 等异常现象。
传热性能
床层温度分布均匀，传热效率 高。
传质性能
气固接触面积大，传质效率高 。
压降特性
床层压降稳定，波动范围小。
设备选型依据和建议
物料性质
根据物料的粒度、密度 、形状等特性选择合适
的设备类型。
处理量要求
根据处理量的大小选择 合适的设备规格。
特点
固体颗粒在流态化状态下，颗粒之间及颗粒与流体之间存在相互作用，使得整 个系统表现出类似流体的宏观性质，如具有流动性、可变形性等。
流态化技术发展历程
早期探索
20世纪初，科学家们开始对流态化现 象进行初步探索，提出了一些基础理 论和实验方法。
应用拓展
目前，流态化技术已广泛应用于化工 、冶金、能源、环保等领域，为工业 生产和科学研究提供了有力支持。
实验准备工作和操作流程
调整实验参数，如气 流速度、物料投放量 等
结束实验，关闭电源 ，清理实验现场
观察实验现象，记录 实验数据
数据记录和处理方法
数据记录 使用专用记录本或电子文档记录实验数据
记录实验日期、操作人员、实验参数等信息
数据记录和处理方法
• 及时、准确、完整地记录实验现象和数据变化
数据记录和处理方法
操作条件
根据操作温度、压力等 条件选择合适的材质和
密封方式。
经济性考虑
在满足工艺要求的前提 下，尽量选择结构简单
、造价低廉的设备。
04
流态化实验操作与注意事项
实验准备工作和操作流程
实验准备工作 熟悉实验装置和操作流程
流态化
请同学们总结出实际流化床的特点
5-1-3 流化床的操作范围
5-1-4 影响流化质量的因素 一、分布板
填充式分布板
5-1-4 影响流化质量的因素 二、设备内部的构件
5-1-4 影响流化质量的因素 三、粒度分布
5-1-5 浓相区高度与分离高度
浓相区高度： 一、浓相区高度：散式流化 膨胀比
聚式流化-----影响因素多，使用特定的经 影响因素多， 聚式流化 影响因素多 验与半经验公式。 验与半经验公式。
概述
流态化
一、固体流态化：颗粒物料与流动的流体接触，使颗粒物料呈类 固体流态化：颗粒物料与流动的流体接触， 似于流体的状态。 似于流体的状态。 二、流态化技术的应用：流化催化裂化、吸附、干燥、冷凝等。 流态化技术的应用：流化催化裂化、吸附、干燥、冷凝等。 三、流态化技术的优点：连续化操作；温度均匀，易调节和维持； 流态化技术的优点：连续化操作；温度均匀，易调节和维持； 气、固间传质、传热速率高等。 固间传质、传热速率高等。 四、本章基本内容： 本章基本内容： 1.流态化基本概念 流态化基本概念 2.流体力学特性 流体力学特性 3.流化床操作范围、影响因素、流化形式、特性 流化床操作范围、影响因素、流化形式、 流化床操作范围 4.气力输送过程 气力输送过程
垂直管中稀相 输送的特性
垂直管中稀相 输送的最低气 速（噎塞速 度）： E点所对应的 点所对应的 气速
At W = At At
理想流化床的特点: 理想流化床的特点 1.有明显的临界流态化点和临界 有明显的临界流态化点和临界 流态化速度; 流态化速度 2.流态化床层的压降为一常数 流态化床层的压降为一常数; 流态化床层的压降为一常数 3.有平稳的流态化界面 有平稳的流态化界面; 有平稳的流态化界面 4.流态化床层的空隙率在任何流 流态化床层的空隙率在任何流 速下,都具有一个代表性的均匀值 都具有一个代表性的均匀值, 速下 都具有一个代表性的均匀值 不因床层内的位置而变化. 不因床层内的位置而变化
流态化
流态化技术的应用
物理过程：干燥、移热、气力输送、包涂、吸附
合成反应：苯酐、醋酸乙烯、丁稀氧化脱氢制丁二烯 、顺丁烯二
酸酐（马来酸酐）、乙烯氧氯化制二氯乙烷
矿石焙烧：硫铁矿焙烧、铁矿石的预还原、贫铁矿磁化焙烧、氧
化铝煅烧、石灰石煅烧
能源化工（石油、煤和生物质）：催化裂化、重油裂化、
ut
d
2 p
(
p
18
)g
对非球形颗粒，可对球形颗粒的ut加以修正 修正系数
0.843lg 0.065
流化数
➢ 流化数F=u/umf：操作气速与起始流化速度 之比。
➢ 一般流化床的流化数F在10～100之间，但 对于细颗粒，由于床层中粒团的存在，流 化数可高达1000以上仍能正常操作。如催 化裂化装置的再生器 u=0.8～1.2m/s
流态化过程及流化床操作范围
u
床高
膨胀床(散式) E
0L
u
logp b
mLf
AB C
BC
bp
A F
muf
logu
D
鼓泡床(聚式)
气 泡 相 D
E
乳
化
相
tu
流态化过程床层压降及床高变化曲线
初始流态化：
临界流化速度 umf 临界空隙率mf
颗粒被气流带出：
带出速度 u（=ut）
流化床操作范围：临界流化速度 umf 与带出速度之间
两相模型
把流体和颗粒看作具有相互作用的两相，在微元长度 L 内，
分别以流体相和颗粒相为控制体进行动量衡算，得到
L
流体相
du mg d t Fd Fw,g Ff ,g Fp,g
D
第五篇_流态化技术
第五篇流态化技术.专业.整理.一、流态化的形成和转化1．固定床、流化床及稀相输送①当气速较小时，催化剂堆紧，为固定床阶段；②当气速增达到一定程度以后，床层开始膨胀，为膨胀床；③当u=umf时，固体粒子被气流悬浮起来做不规则运动，为流化床阶段；④继续增大气速至u=ut，催化剂开始被气流带走，为稀相输送阶段因此，固体颗粒的流化可根据气速划分成三个阶段：①固定床阶段，u<umf；②流化床阶段，umf<u<ut；③稀相输送阶段，u>ut- 50 -版权所有翻印必究.专业.整理.版权所有 翻印必究- 52 -在固定床阶段，气体通过固定床颗粒之间的空隙时，因有摩擦阻力而产生压降，摩擦阻力与气体流速的平方成正比，故u ↗，床层压降↗当床层所受压力达到平衡时，床层被悬浮起来而颗粒自由运动。
床层受三个力作用：重力、摩擦力和浮力。
对催化剂来说，其摩擦力与床层压降有关:➢ 固体颗粒的重量为一定值，即V(1-ε)为一定值，因此当气速增大时，V ↗，ε↗，但V(1-ε)不变，因此，△P.F 也不变➢ 随着气速上升，所受摩擦阻力增大，当u 达到ut 时，催化剂的浮力比重力大了，催化.专业.整理.剂也就被气体带走了2．气-固流态化域根据流化床中气体的表观气速不同，床层可以分为几种不同的流化状态:固定床、散式流化床、鼓泡流化床、湍动床、快速床和输送床 ①固定床 ②散式流化床 ③鼓泡流化床 ④湍动床 ⑤快速床 ⑥输送床二、流化床的一些基本现象 1．散式流化➢ 没有聚集现象，床层界面平稳，随着气速的增大，床层的空隙率增大，床层膨胀 ➢ 可以用床高与起始流化时的床高之比LB/Lmf 来表示床层的膨胀程度，亦称膨胀比 ➢ 影响膨胀比的因素有固体颗粒的性质和粒径、气体的流速和性质、床径和床高等 ➢ 在催化裂化装置中，催化剂的密相输送就是处于散式流化状态 2．鼓泡床的一些基本现象➢ 鼓泡床的固体颗粒不是以单个而是以集团进行运动的 ➢ 鼓泡床的床层包括气泡相和颗粒相两部分 ①气泡的形状②气体返混和固体返混 ③气泡的形成 ④气节和沟流⑤密相床和稀相➢在流化床床层的顶部有一个波动的界面，界面以下成为密相床，界面以上的空间称为稀相➢气速较低时，稀相和密相之间有明显的界面；随着气速的增大，密相床的密度变小而稀相的密度增大，两相之间的界面逐渐变得不明显⑥催化剂的夹带➢被固体带到稀相的固体颗粒可以分为两部分：★细颗粒：终端速度低于表观速度★较粗颗粒：终端速度比表观速度大⑦输送分离高度(分离空间高度)➢随着气体离开床面向上运动，沿整个容器截面的速度分布趋于均匀，当气体上升至某个高度时，气体分布达到均一，等于表观气速，此时的高度(以床面为基准)即称为“空间分离高度”或“输送分离高度”➢能够继续随气体上升至输送分离高度以上的颗粒只是那些终端速度低于表观气速的细粉，也就是说，在稀相段的颗粒浓度随高度增加而减小，到达输送分离高度以后，颗粒浓度不再降低4．快速流化床➢随着气速的增大，当气速达到ufp时，即进入快速床阶段，此时，必须依靠提高固体颗粒的循环量才能维持床层密度➢形成快速流化床的基本前提条件是：①流化固体是细颗粒；②气速超过固体颗粒的终端速度，ufp=3～4ut；③有一定的循环量，以保证床层有一定的密度。
流态化技术
流态化技术流态化技术第一章定义：流态化是一种使固体颗粒通过与气体或液体（流体）接触而转变成类似流体状态的操作。
一、流态化形成的过程1．固定床阶段气流对颗粒的曳力 + 气流对颗粒的浮力 < 颗粒受到的重力床层体积固体颗粒总体积床层体积空隙率-=ε2．流态化床阶段气流对颗粒的浮力 = 颗粒受到的重力压降△P = 单位截面积上床层物料的重量不变不变，但P L L U ?∴-↑↑→↑→)1(εε3.气力输送阶段 (气流床）气流对颗粒的曳力 + 气流对颗粒的浮力 > 颗粒受到的重力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化速度，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。
操作速度、表观流速（U ）——是指假想流体通过流化床整个截面（不考虑堆积固体粒子）时的截面平均流速（也称空塔速度或空管速度），用U 表示。
注意P2图1.2两条线不重合的原因：该页第四段（非自然堆积）二、形成流态化的条件1.有固体颗粒存在2.有流体介质存在3．固体与流体介质在特定条件下发生作用三、流态化过程具有的特点1.类似液体的特性（物性参数）2.固体颗粒的剧烈运动与迅速混合3. 强烈的碰撞与摩擦4.颗粒比表面积大5.气体与颗粒的接触时间不均匀四、流态化过程中的不正常现象1．沟流2.腾涌 3.分层 4.气泡五、气-固流化床的一般性评价1．良好的床层均温性 2．较高的传热传质速率 3．输送能力大4．可利用或加工粉末状物料流态化可以分为聚式流化态和散式流化态。
气泡相：就是内部几乎没有固体颗粒，仅在其边壁或外表面有固体颗粒环绕的运动空间乳化相：指的是固体颗粒与气体介质的混合区域第二章A 类：细大多数工业流化床反应使用的催化剂属于此类。
B 类: 粗鼓泡床大都用此颗粒C 类：极细在气固催化反应中很少采用，但同相加工中采用较多，如明矾综合利用。
流态化技术 与气力输送
负压
1
5 2 4
1.布袋除尘器 2.离心分离器 4.供料器 5.离心分离器
7
6
3.输料管 6.风机 7.吸嘴
气力输送系统的基本构件 气力输送系统的基本构件包括：风机、 供料器、分离器、卸料器、除尘器及管路 等
3、气力输送系统的一般形式
（1）吸气式气力输送系统 5 2 1 3
1.吸嘴
6
2.输料管 3.重力分离器 4.离心分离器 5.风机
4
6.布袋除尘器
（2）压送式气式气力输送系统
6
5 4
2
1.鼓风机
2.供料器 3.重力分离器 4.离心分离器 5.布袋除尘器
1
3
6.输料管
（3）混合式气力输送系统
3
正压
2.流态化技术 与气力输送
一、流态化技术与气力输送 1、流态化的基本概念 简单来说，固体流态化就是将固体物质 流体化。流体以一定的流速通过固体颗粒组 成的床层时，可将大量固体颗粒悬浮于流动 的流体中，颗粒在流体作用下上下翻滚，犹 如液体。这种状态即为流态化。
2、流态化现象
固定床（a）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
临界流化床（b）
流化床的操作速度范围：umf — ut
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 —床层的沉降速度。也是颗粒的带出速度， 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。 (是颗粒本身和流体系统所具有 的特性速度）
流化床（c）
气力输送(d)
流态化的形成： 流体自上而下流过固体床层时，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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第五篇
流态化技术
一、流态化的形成和转化
1．固定床、流化床及稀相输送
①当气速较小时，催化剂堆紧，为固定床阶段；
②当气速增达到一定程度以后，床层开始膨胀，为膨胀床；
③当u=umf时，固体粒子被气流悬浮起来做不规则运动，为流化床阶段；
④继续增大气速至u=ut，催化剂开始被气流带走，为稀相输送阶段
因此，固体颗粒的流化可根据气速划分成三个阶段：
①固定床阶段，u<umf；
②流化床阶段，umf<u<ut；
③稀相输送阶段，u>ut
- 50 -
版权所有翻印必究
版权所有 翻印必究
- 50 -
在固定床阶段，气体通过固定床颗粒之间的空隙时，因有摩擦阻力而产生压降，摩擦阻力与气体流速的平方成正比，故u ↗，床层压降↗
当床层所受压力达到平衡时，床层被悬浮起来而颗粒自由运动。
床层受三个力作用：重力、摩擦力和浮力。
对催化剂来说，其摩擦力与床层压降有关:
➢ 固体颗粒的重量为一定值，即V(1-ε)为一定值，因此当气速增大时，V ↗，ε↗，但
V(1-ε)不变，因此，△P.F 也不变
➢ 随着气速上升，所受摩擦阻力增大，当u 达到ut 时，催化剂的浮力比重力大了，催化
剂也就被气体带走了
2．气-固流态化域
根据流化床中气体的表观气速不同，床层可以分为几种不同的流化状态:固定床、散式流化床、鼓泡流化床、湍动床、快速床和输送床
①固定床
②散式流化床
③鼓泡流化床
④湍动床
⑤快速床
⑥输送床
二、流化床的一些基本现象
1．散式流化
➢没有聚集现象，床层界面平稳，随着气速的增大，床层的空隙率增大，床层膨胀
➢可以用床高与起始流化时的床高之比LB/Lmf来表示床层的膨胀程度，亦称膨胀比➢影响膨胀比的因素有固体颗粒的性质和粒径、气体的流速和性质、床径和床高等
➢在催化裂化装置中，催化剂的密相输送就是处于散式流化状态
2．鼓泡床的一些基本现象
➢鼓泡床的固体颗粒不是以单个而是以集团进行运动的
➢鼓泡床的床层包括气泡相和颗粒相两部分
①气泡的形状
②气体返混和固体返混
③气泡的形成
④气节和沟流
⑤密相床和稀相
➢在流化床床层的顶部有一个波动的界面，界面以下成为密相床，界面以上的空间称为稀相
➢气速较低时，稀相和密相之间有明显的界面；随着气速的增大，密相床的密度变小而稀相的密度增大，两相之间的界面逐渐变得不明显
⑥催化剂的夹带
➢被固体带到稀相的固体颗粒可以分为两部分：
★细颗粒：终端速度低于表观速度
★较粗颗粒：终端速度比表观速度大
⑦输送分离高度(分离空间高度)
➢随着气体离开床面向上运动，沿整个容器截面的速度分布趋于均匀，当气体上升至某个高度时，气体分布达到均一，等于表观气速，此时的高度(以床面为基准)即称为“空间分离高度”或“输送分离高度”
➢能够继续随气体上升至输送分离高度以上的颗粒只是那些终端速度低于表观气速的细粉，也就是说，在稀相段的颗粒浓度随高度增加而减小，到达输送分离高度以后，颗粒浓度不再降低
4．快速流化床
➢随着气速的增大，当气速达到ufp时，即进入快速床阶段，此时，必须依靠提高固体颗粒的循环量才能维持床层密度
➢形成快速流化床的基本前提条件是：
①流化固体是细颗粒；
②气速超过固体颗粒的终端速度，ufp=3～4ut；
③有一定的循环量，以保证床层有一定的密度。
➢快速流化床的特点是：
①床层很均匀；
②采用气速高、处理量大；
③气固接触良好
5．流化床反应器的特点
其优点有：
①由于返混和传热效率高，床层各部分温度较均匀，避免了局部高温现象，对强放热反应(再生)，可采用较高的反应温度以提高反应速度；
②气-固运动很激烈，且固体颗粒的直径很小，因此气固之间的传质效率高，提高了传质步骤的速率，对于扩散控制的化学反应特别有利；
③固体处于流化态，具有流体一样的流动性，装卸、输送都很方便；
④催化剂在反应器和再生器之间大量循环，简化了设备，又传送了大量的热量，可以进行自动控制
流化床的不足之处主要表现在：
①气固接触不充分，因此一般鼓泡床很难达到很高的转化率；
②气固流化床由于返混造成催化剂在床层停留时间不均一；
③催化剂在床层中剧烈搅动，造成催化剂颗粒和设备磨损；
④在生产负荷太低的情况下，流化床操作难以平稳，操作波动大
三、提升管中的气-固流动(垂直管中的稀相输送)
➢气-固输送可以根据密度不同而分为稀相输送和密相输送，通常以100kg/m3为划分界限➢在提升管中，气-固混合物的密度大约十几到几十千克每立方米，因此属于稀相输送的围
- 50 -
版权所有翻印必究
➢ 工业装置中，提升管入口线速一般采用4.5～7.5m/s,在提升管出口处的气体线速增大到
8～18m/s
➢ 催化剂的滑落
催化剂颗粒在提升管中是被油气携带上去的，它的上升速度总是要比气体速度低些，这种现象称为催化剂的滑落
➢ 气体线速度uf 与催化剂线速度us 之比则称为滑落系数
四、催化剂的循环
➢ 流化催化裂化的反应器和再生器之间必须有大量的催化剂循环，因为催化剂不仅要周期
性的反应和再生以维持一定的活性水平，而且还要起到取热和供热的热载体的作用 ➢ 能否实现稳定的催化剂循环，是催化裂化装置设计和生产中的关键性问题 ➢ 流化催化裂化装置的催化剂循环采用密相输送的方法，在提升管催化裂化装置中是采用
024
6
8
10120246loguf l g (△P /L )
E Gs2Gs1Gs=0
D
噎塞速度
版权所有 翻印必究
- 50 - 斜管或立管输送的
固体颗粒的密相输送有两种形态：
➢ 粘滑流动:固体之间互相压紧、阵发性的缓慢向下流动
➢ 充气流动:固体颗粒和气体的相对速度较大，足以使固体流化起来，气-固混合物具有流
体的性质，可以向任意方向流动
在提升管催化裂化装置中，常用斜管进行催化剂输送
1.催化剂的循环线路
- 50 -
版权所有翻印必究
3．催化剂循环的压力平衡
➢ 为了使催化剂在循环线路中能按照预定的方向作稳定流动，不出现倒流、窜气现象，保
持循环管路的压力平衡是十分必要的。
实际上这个问题与反应器-再生器的压力平衡问题是紧密相关的。
两器之间的压力平衡对于确定两器的相对位置及其顶部采用的压力也是十分重要的
第五篇 流态化技术
版权所有 翻印必究
- 50 -。