流化床反应器
化学反应工程第八章流化床反应器
2. 聚式流态化与散式流态化 使用不同的流体介质，固体流态化可分为：
散式流态化（particulate fluidization） 聚式流态化（aggregative fluidization）
2. 聚式流态化与散式流态化
理想流态化是固体颗粒之间的距离随着流体流速增加而 均匀地增加，颗粒均匀地悬浮在流体中，所有的流体都 流经同样厚度的颗粒床层，保证了全床中的传质、传热 和固体的停留时间都均匀，对化学反应和物理操作都十 分有利。理想流态化的流化质量（fluidization quality） 是最高的。 在实际的流化床中，会出现颗粒及流体在床层中的非均 匀分布，越不均匀，流化质量越差。 液体作流化介质时，液体与颗粒间的密度差较小，在很 大的液速操作范围内，颗粒都会较均匀地分布在床层中， 比较接近理想流态化，称为散式流态化。
(2) 聚式流态化
由于气泡在床层径向截面上不均匀分布，诱发了床内密 相的局部以致整体的循环流动，气体的返混加剧。这种 流型称为 鼓泡流态化 （bubbling fluidization），气-固接 触效率和流化质量比散式流态化低得多。 气泡上升到床层表面时的破裂将部分颗粒弹出床面。在 密相床上面形成一个含有少量颗粒的自由空域 （freeboard）。 一部分在自由空域内的颗粒在重力作用下返回密相床， 而另一部分较细小的颗粒就被气流带走，只有通过旋风 分离器的作用才能被捕集下来，经过料腿而返回密相床 内。
快 床 颗 粒 的 径 向 分 布
颗粒含率 高 度 实际分布 模型分布
气流输送 快床 湍流床 鼓泡流化床 0.2 0.4 0.6 密度
图：各种状态 流化床沿床高密度变化
2. 高气速气-固流态化中的流型
流化床反应器
流化床反应器fluidized bed reactor(FBR) :一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。
在用于气固系统时，又称沸腾床反应器。
流态化过程：当流体向上流过颗粒床层时，其运动状态是变化的。
流速较低时，颗粒静止不动，流体只在颗粒之间的缝隙中通过。
当流速增加到某一速度之后，颗粒不再由分布板所支持，而全部由流体的摩擦力所承托。
此时，对于单个颗粒来讲，它不再依靠与其他邻近颗粒的接触而维持它的空间位置，相反地，在失去了以前的机械支承后，每个颗粒可在床层中自由运动；就整个床层而言，具有了许多类似流体的性质。
这种状态就被称为流态化。
颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低速度，称为临界流化速度。
流化床的性质：（1）在任一高度的静压近似于在此高度以上单位床截面内固体颗粒的重量；（2）无论床层如何倾斜，床表面总是保持水平，床层的形状也保持容器的形状；（3）床内固体颗粒可以像流体一样从底部或侧面的孔口中排出；（4）密度高于床层表观密度的物体在床内会下沉，密度小的物体会浮在床面上；（5）床内颗粒混合良好，因此，当加热床层时，整个床层的温度基本均匀。
一般的液固流态化，颗粒均匀地分散于床层中，称之为“散式”流态化；一般的气固流态化，气体并不均匀地流过颗粒床层，一部分气体形成气泡经床层短路逸出，颗粒则被分成群体作湍流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化，因此这种流态化称为“聚式”流态化。
与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是：①可以实现固体物料的连续输入和输出；②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制，特别适用于强放热反应。
但另一方面，由于返混严重，可对反应器的效率和反应的选择性带来一定影响。
再加上气固流化床中气泡的存在使得气固接触变差，导致气体反应得不完全。
因此，通常不宜用于要求单程转化率很高的反应。
流化床反应器
沟流
操作速度大于临界 流化速度时，床层 内只形成一条或几 条狭窄的通道，大 部分床层仍处于固 定床阶段。
大气泡和腾涌
聚式流化床中生成的 气泡在上升中不断碰 撞合并而增大，至接 近容器直径，床内物 料呈活塞状向上运动， 床层被分成一段或几 段。
流态化的形成
1.流速较小，流体从颗粒 缝隙通过，床层静止。 u↑→P↑,固定床阶段。
观察并思考
1.固体颗粒在床层内怎样运动？ 2.流速由小到大产生什么现象？ 3.流态化现象可划分几个阶段？ 4.研究：流速－压力降的关系。 5.流体分别为气体和液体时，流化现象有何
不同？
第二节 流化床内的生产原理
流态化 流化床反应器的传热过程 流化床反应器的计算 内部构件的选择及参数的
空隙率 气体返混
传统流化床 0.1~1.5 0.05~3 0.6~0.8 部分返混
高速流化床 1.5~16 0.05~0.5
0.85~0.98 返混大大减少
高速流态化的优缺点
1.气固为无气泡接触，改善了气固接触效果。 2.气固轴向返混减少。 3.操作速度提高，停留时间可缩短至毫秒级，特殊适合于以
（四）流化床换热器传热面积的计算
Q A
Kt m
式中 A——传热面积，m2； Q——传热速率，W； K——总传热系数，W/m2·K；
Δtm——平均传热温度差，K
（三）流化床内换热器的结构型式
列管式换热器：单管式和套管式 管束式换热器：直列和横列 鼠笼式换热器 蛇管式换热器
列管式换热器：单管式
2.流速增加，颗粒吹起， △P u↑→ε↑→P不变。
3.流速继续增加，颗粒被 带出床层，空隙率增加， u↑→P↓,输送床阶段。
U
临界流化速度U临
流化床反应器概述
流化床简介按照床层的外形分类可分为圆筒形和圆锥形流化床。
圆筒形流化床反应器结构简单，制造容易，设备容积利用率高。
圆锥形流化床反应器的结构比较复杂，制造比较困难，设备的利用率较低，但因其截面自下而上逐渐扩大，故也具有很多优点： 1、适用于催化剂粒度分布较宽的体系由于床层底部速度大，较大颗粒也能流化，防止了分布板上的阻塞现象，上部速度低，减少了气流对细粒的带出，提高了小颗粒催化剂的利用率，也减轻了气固分离设备的负荷。
这对于在低速下操作的工艺过程可获得较好的流化质量。
2、由于底部速度大，增强了分布板的作用床层底部的速度大，孔隙率也增加，使反应不致过分集中在底部，并且加强了底部的传热过程，故可减少底部过热和烧结现象。
3、适用于气体体积增大的反应过程气泡在床层的上升过程中，随着静压的减少，体积相应增大。
采用锥形床，选择一定的锥角，可适应这种气体体积增大的要求，使流化更趋平稳。
按照床层中是否设置有内部构件分类可分为自由床和限制床。
床层中设置内部构件的称为限制床，未设置内部构件的称为自由床。
设置内部构件的目的在于增进气固接触，减少气体返混，改善气体停留时间分布，提高床层的稳定性，从而使高床层和高流速操作成为可能。
许多流化床反应器都采用挡网、挡板等作为内部构件。
对于反应速度快、延长接触时间不至于产生严重副反应或对于产品要求不严的催化反应过程，则可采用自由床，如石油炼制工业的催化裂化反应器便是典型的一例。
按照反应器内层数的多少分类可分为单层和多层流化床。
对气固相催化反应主要采用单层流化床。
多层式流化床中，气流由下往上通过各段床层，流态化的固体颗粒则沿溢流管从上往下依次流过各层分布板，如用于石灰石焙烧的多层式流化床的结构。
按是否催化反应分类分为气固相流化床催化反应器和气固相流化床非催化反应器两种。
以一定的流动速度使固体催化剂颗粒呈悬浮湍动，并在催化剂作用下进行化学反应的设备是气固相流化床催化反应器，它是气固相催化反应常用的一种反应器。
流化床反应器ppt课件
均密度。
颗粒带出速度 u ：
t 流化床中流体速度的上限，流体对粒子的曳
力与粒子的重力相等，粒子将被气流带走。
对于球形颗粒等速沉降时，可得出下式：
4 d p ( p f ) g
ut
f D
3
1
2
式中
D
过程原理
过程原理
过程原理
典型装置
壳体
气体分布装置
换热器
内部构件
催化剂的加入与卸
出装置
气固分离装置
流化床反应器的相关参数
流化过程床层压降变化
临界流化速度 u mf（起始流化速度，也称最低流化速度）：颗
粒层由固定床转化为流化床时流体的表现速度。
小颗粒
大颗粒
经验公式
umf
d ( p f ) g ( R 20 )
▪ 有气-固相流化床催化反应器和气-固相流化床
非催化反应器两种
▪ 以一定的流动速度使固体催化剂颗粒呈悬浮湍
动，并在催化剂作用下进行化学反应的设备称
为气-固相流化床催化反应器（常简称为流化
床），它是气-固相催化反应常用的一种反应器
▪ 而在气-固相流化床非催化反应器中，是原料气
直接与悬浮湍动的固体原料发生化学反应。
e
1650 f
u
2
mf
2
p
d p ( p f ) g
( Re 1000 )
24.5 f
umf 0.00923
d
1.82
p
( p f )
0.88
f
0.06
流化床反应器概念
流化床反应器概念
流化床反应器是一种用于化学反应或物理过程的设备，其特点是将固体催化剂或固体颗粒悬浮在气流中，形成类似于液体的流动状态，从而提高反应速率和转化率。
流化床反应器广泛应用于石油化工、环保、食品、制药等领域。
流化床反应器的工作原理是通过高速气体流动引起床层内颗粒
的悬浮，形成类似于流体的状态。
在这种状态下，固体颗粒与气体之间的传热和传质效果显著提高，反应速率和转化率也随之增加。
同时，床层内的颗粒也容易被混合和均匀分布，从而减少了温度和浓度的变化对反应的影响。
流化床反应器的优点包括反应速率快、转化率高、操作灵活、能耗低等。
此外，由于液体反应物或产物没有固定的界面，流化床反应器也适用于乳化催化剂、生物催化剂等特殊反应体系。
然而，流化床反应器也存在一些缺点，如固体颗粒的损失、床层内的气固流动不稳定等问题。
因此，在设计和运行流化床反应器时需注意这些问题。
总之，流化床反应器是一种重要的化工设备，可以提高反应效率和降低能耗。
随着技术的不断发展，流化床反应器在工业生产中的应用前景将会更加广阔。
- 1 -。
流化床反应器
流化床反应器1. 简介流化床反应器是一种广泛应用于化工领域的反应设备，其特点是颗粒固体在气体流动的作用下呈现流化状态。
流化床反应器具有高传热、高传质、均匀的温度和浓度分布等优点，因此在催化反应、气固反应、气液反应等方面具有重要应用价值。
2. 工作原理流化床反应器由反应器本体、气体分布器、颗粒固体循环器等组成。
在反应器中，气体经过气体分布器均匀地从底部进入反应器，使颗粒固体床呈现流化状态。
底部进入的气体将颗粒固体床推动向上运动，使其呈现明显的液化状态。
在流化床反应器中，颗粒固体的运动状态可以分为床层状态、混合带和床板状态三个区域。
•床层状态：床层状态是指颗粒固体床的顶层，颗粒固体处于相对松散的状态，在底部进气的作用下，床层呈现液化状态，颗粒固体浮在气体流中。
•混合带：混合带是床层状态和床板状态之间的过渡带，颗粒固体在这个区域内的运动状态介于床层状态和床板状态之间。
•床板状态：床板状态是指颗粒固体床的底部，床板上的颗粒固体比较密集，呈现固体状态，床板的作用是支撑颗粒固体床的运动并反应底部进入的气体。
3. 应用领域3.1 催化反应流化床反应器在催化反应方面有着广泛的应用。
其优点是具有较大的接触面积和较高的传质速率，可以提高催化反应的反应速率和转化率。
此外，流化床反应器还具有温度均匀和活性物质的均匀分布等特点，从而有助于提高催化反应的选择性和稳定性。
常见的催化反应包括催化裂化、催化重整、催化加氢等。
3.2 气固反应流化床反应器在气固反应方面也有着重要的应用。
气固反应是指气体与固体之间发生的化学反应。
流化床反应器由于其颗粒固体床的特点，使气体与固体之间的接触充分，从而实现高效的气固反应。
常见的气固反应包括氧化反应、还原反应、氯化反应等。
3.3 气液反应流化床反应器在气液反应方面也有广泛的应用。
气液反应是指气体与液体之间发生的化学反应。
流化床反应器可以通过调节气体和液体的进料速度和浓度，实现气液相的均匀分布和快速混合。
流化床反应器概念
流化床反应器概念
流化床反应器是一种广泛应用于化学工业中的反应器，它是一种高效
的反应器，能够实现高效的传质和反应。
流化床反应器的主要特点是
反应物在反应器中呈现出流化状态，即反应物在反应器中呈现出类似
于流体的状态，这种状态下反应物能够充分混合，反应速率也会得到
提高。
流化床反应器的主要构成部分包括反应器本体、气体分配器、床层材料、反应物进料口、产物出料口等。
反应器本体是流化床反应器的主
要部分，它通常由一个圆柱形的容器构成，容器内部填充有一定的床
层材料。
气体分配器是用来分配气体的装置，它通常位于反应器底部，能够将气体均匀地分配到床层中。
床层材料是反应器中填充的材料，
它通常是一些具有良好流动性的颗粒状物质，如砂子、石英砂等。
反
应物进料口和产物出料口则是用来进出反应物和产物的装置。
流化床反应器的工作原理是，反应物进入反应器后，通过气体分配器
将气体均匀地分配到床层中，使床层中的颗粒物质呈现出流化状态。
在这种状态下，反应物能够充分混合，反应速率也会得到提高。
反应
物在床层中反应后，产生的产物会随着气体一起流动，最终通过产物
出料口排出反应器。
流化床反应器具有许多优点，如反应速率快、传质效率高、反应物质
料利用率高等。
同时，流化床反应器也存在一些缺点，如床层材料易
于磨损、反应器内部易于积垢等。
因此，在使用流化床反应器时，需
要注意反应器的维护和清洗。
总之，流化床反应器是一种高效的反应器，能够实现高效的传质和反应。
它在化学工业中有着广泛的应用，是一种非常重要的反应器类型。
流化床反应器简介
流化床分类： 散式流化床聚Biblioteka 流化床液固流化为 散式流化
颗粒与流体之间的密度差是它们的主要 区别
气固流化为 聚式流化
散式流化床
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称为 气泡相
图1-1 流化床的模型
聚式流化床
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。
旋风分离器
塞阀
图1-4 塞阀的剖视图
翼阀
翼阀的作用：就是避免由于这 一压差的存在而使催化剂由料 腿倒窜。正常的情况下，翼阀 的翼板和阀座处于良好密阀的 状态。当料腿内的催化剂量蓄 积到料腿内的静压超过旋风器 的压降，以及翼阀上方床层静 压及找开翼阀所需压力这三者 之和时，翼阀及时自行打开， 料腿内的催化剂流入床层。若 料腿内的静压低于上述三者压 力之和时，翼阀自行关闭，防 止催化剂倒窜。
• 分布器 • 换热器 • 旋风分离器 • 塞阀 • 翼阀
分布器
图1-3-1平板型分布板
图1-3-2 拱型分布板
分布器的作用
• 气体分布器是流化床反应器的一个重要的 构件，气体分布器位于流化床底部
• 支撑全部催化剂颗粒，其作用是将反应气 体均匀地送入流化床
• 保证良好的起始流化条件和稳定操作状态， 其引发流化，维持床层颗粒连续运动和均 匀分布气体的作用。
气-固流化床反应器结构
气体 料锁
加料口 换热介质
循环管 换热介质 固体粒子
……….. ………. ..
气体
旋风分离器 壳体
内部构件 换热器 卸料口 气体分布板 预分布器
3
主体设备
壳 体 壳体 主要是保证流化过程局限在一定范围内 进行，对于存在有强烈放热或吸热过程， 保证热量不散失或少散失。
7.1流化床反应器
µ
5.3 × 10 −3 × 0.733 × 10 −3 × 0.058 = = 6.09 × 10 − 4 < 20 3.7 × 10 − 4
（3）计算ut： ）计算
• 如果全床空隙率均匀，处于压力最低处的床顶 如果全床空隙率均匀， 粒子将首先被带出，故取最小粒子 粒子将首先被带出，故取最小粒子dp=10µm计 µ 计 算。设Re<0.4
再 生
石油 催化 空气 剂输 消除内扩散；固定床因有△ 限制不能用 消除内扩散；固定床因有△P限制不能用 送
3. 强放热反应 氧化反应：萘氧化剂制苯酐需熔盐冷却； 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
流化床反应器的优点：（ 流态化技术） 流化床反应器的优点：（ 流态化技术）
• 传热效能高，且床内温度易于维持均匀； 传热效能高，且床内温度易于维持均匀； • 大量固体粒子可方便地往来输送； 大量固体粒子可方便地往来输送； • 由于粒子细，可消除内扩散阻力，充分发挥催 由于粒子细，可消除内扩散阻力， 化剂的效能。 化剂的效能。 缺点： 缺点： 1. CSTR：转化率甚至小于CSTR（气泡短路） ：转化率甚至小于 （气泡短路） 2. 颗粒磨损：催化剂要贱，设备要被磨 颗粒磨损：催化剂要贱， 3. 气流出口分离粉尘，回收系统麻烦 气流出口分离粉尘， 4. 副反应：∵RTD太宽 副反应： 太宽
压力波动 达极大值 聚式 压力波动 趋于0 快床 Uc 相变 泡分散相 湍床 Cluster 分散相 Ut 夹带
散式
0
Umf
Ub 鼓泡床
快 床 颗 粒 的 径 向 分 布
颗粒含率 实际分布 模型分布 高 度
气流输送 快床 湍流床 鼓泡流化床 0.2 0.4 0.6 密度
第七章 流化床反应器
• 根据对气泡结构的处理方法不同，常见的流 化床反应器模型有： 1.乳化相-气泡相组成的两相模型 2.乳化相-晕相-气泡组成的叁相模型
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7.3.1 两相模型
乳化相：
相当于一个返混程序较大的反应器，用轴向扩散模 型描述，当返混较大时，可认为是全混流模型。
f
)g
起始流化时，两式压降相同，可联立求解 umf
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(7.2)
7
最小流化速率关联式
式中
雷诺数
Remf (33.67 0.0408Ga)1/2 33.67
Remf
dPumf g
阿基米德数Ar
Ga
d
3 P
g
(S 2
g
)g
(7.4)
固体颗粒的平均表面当量直径用下式计算
1 x
气泡频率(单位时间个数)从床层底部到顶部是下降 的，分布板附近的12~19个/s下降到距离分布板50厘 米的2个/s
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2. 气泡群上升速度
单个气泡的上升速可用7.14计算，由于气泡上升过
程中会发生聚并，因此，床内气泡的平均上升速度
要高于单气泡，Davidson and Harrison提出应用广泛
z ub
(7.28)
上式中，反应时间常数为 ，传质时间常数为
两相模型没有考虑气泡晕的影响，预测精度很差， 一般使用实验数据进行拟合，获得方程中参数。
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7.3.2 三相模型
K-L模型，由Kunii和Levenspiel提出，适用于快速气 泡的自由鼓泡床。假设如下：
流化床反应器工作原理
流化床反应器工作原理
流化床反应器是一种常用的化工设备，它的工作原理是通过向床层中加入一定速度的气体（通常是气流）以使颗粒床呈现流化状态。
在流化床底部通入气体，气体通过床层上升时，颗粒床内部的排列结构呈现出流化状态，颗粒之间的间隙可容纳气体通过，并且颗粒悬浮在气体中。
在这种状态下，颗粒之间与气体之间的传质、传热和反应等过程变得更加充分和高效。
流化床反应器的工作原理可以归结为两个关键方面：气体流化和颗粒床与气体的相互作用。
首先，气体的流化是通过向床层中提供足够的气体速度来实现的。
当气体速度达到一定的阈值时，床层中的颗粒会随之悬浮并形成流态床。
在流化床中，气体流动给予颗粒床悬浮状态，使颗粒间的接触面积和混合程度增加，从而提高了传质和传热的效率。
此外，气流的涡流结构也有利于增强反应物与催化剂之间的接触。
其次，颗粒床与气体之间的相互作用也是流化床反应器工作原理的重要环节。
床层中的颗粒被气体携带并悬浮在气流中，使其与气体之间产生了较大的相对速度。
这种高速相对运动导致气体与颗粒之间的碰撞和撞击，从而促使颗粒间的混合和碰撞传递动量。
反应物通过与颗粒的接触和扩散，在颗粒上发生反应。
这种颗粒床和气体的相互作用促使了反应过程的快速进行，并提高了反应的效率。
总的来说，流化床反应器通过气体的流化和颗粒床与气体的相
互作用，实现了反应物的充分混合和传质传热，提高了反应的速率和效率。
该反应器具有反应均匀性好、传质传热效率高、可实现高反应速率等优点，在化工生产和研究中得到广泛应用。
《流化床反应器》课件
04
流化床反应器的优缺点
优点
高转化率
高选择性
流化床反应器能够实现高转化率，使得反 应更加彻底，提高了生产效率和产品质量 。
通过优化反应条件，流化床反应器能够实 现高选择性，从而降低副产物的生成，进 一步提高了产品的纯度和质量。
操作简便
适应性强
流化床反应器的结构简单，操作方便，易 于维护和维修，降低了生产成本。
流化床反应器可用于生产塑料，如 聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，通 过聚合反应将单体转化为高分子聚 合物。
在能源领域的应用
燃烧发电
燃料电池
流化床反应器可用于燃烧煤炭、生物 质和垃圾等燃料，产生高温高压蒸汽 驱动发电机发电。
流化床反应器可用于燃料电池发电， 通过氢气和氧气的化学反应产生电能 。
核能利用
流化床反应器可用于核燃料循环，包 括核燃料溶解、分离、纯化和再处理 等过程，实现核能的可持续利用。
在氢能生产领域，流化床反应 器可用于水蒸气重整和光催化 产氢，为可再生能源的储存和 运输提供床反应器的发展趋势
高效能化 随着技术的不断进步，流化床反 应器的性能将得到进一步提升， 实现更高的转化率和产物收率。
多功能化 未来的流化床反应器将具备更加 丰富的功能，能够适应多种反应 类型和生产需求，提高生产效率 和灵活性。
THANKS
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循环流化床反应器
总结词
一种高效、环保的流化床反应器类型。
详细描述
循环流化床反应器是一种高效、环保的流化床反应器，其特点是固体颗粒在反应器内循环流动。这种 反应器的优点在于能够实现高效能、高转化率和低能耗，同时减少废气和废水的排放。循环流化床反 应器在煤燃烧、废弃物处理等领域有广泛应用。
流化床反应器简介
流化床反应器简介一、概述流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态 ，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。
在用于气固系统时 ，又称沸腾床反应器。
流化床反应器在现代工业中的早期应用为2O世纪2O年代出现的粉煤气化的温克勒炉，但现代流化反应技术的开拓，是以4O年代石油催化裂化为代表的。
目前，流化床反应器已在化工、石油、冶金、核工业等部门得到广泛应用。
二、基本流态化现象固定式和临界流化态将一批固体颗粒对方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。
而当流速达到某一限值，床层刚刚能被流体拖动时，床内颗粒就开始流化起来了，这时的流体空床线速称为临界流化速度。
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。
流化床反应器
P
P
)0.94
0.88 0.06
m S
（7-9）
dp
1/ xi d pi
粒子平均直径m
S
粒子密度kg/m3
流体密度kg/m3
流体粘度（厘泊）
（3）带出速度ut (终端速度)
当气速增大到某一定值时，流体对粒子的曳力与粒子的重力相等，
则粒子就会被气流所带走。这一速度称带出速度。
对于球形粒子，作力的平衡有：
（7-1）
对已经流化起来了的床层，如将气速减小，则△P将循着图中的实
线返回，不再出现极值，而且固定床的压降也比原先的要小，这
是因为粒子逐渐静止下来时，大体保持着流化时的空隙率所致。
② 起始(或称最小)流化速率umf
起始流化速度(umf)：刚刚能够使粒子流化起来的气体空床流速。 从图中实线的拐弯点就可定出起始(或称最小)流化速率umf 。
扩大段高度一般可取：
③ 锥底高度h3
h2 D2
h3
1 2
Dctg
2
通常锥顶角θ=60度或90度
④ 流化床总高度： H h1 h2 h3
7.2.2 气泡及其行为
一般认为在流化床反应器中，除部分气体以起始流化速度流经粒
子间的空隙外，多余的气体都以气泡
状态通过床层，因此通常把密相床部
乳化相
分分为两相：气泡相和乳化相（气泡 气泡云 以外的密相床部分）。
① 沟流 产生原因：颗粒粒度小、气流速度小、分布板设计不合理、固
体物料潮湿或有粘性等。
② 腾涌(通常仅发生在小床） 产生原因：颗粒大、密度大、气速大、床高与床径比大等。
（5） 各种类型流化床简介
自由床 多段床 限制床 双体床
提升管 反应器
流化床反应器
流化床反应器
流化床反应器是一种在化学反应或固体催化反应中广泛应
用的特殊反应器。
它采用一种称为流化床的技术，通过在
床层中通入气体或液体以使颗粒物质悬浮和流动。
流化床
反应器具有以下特点：
1. 高传质和传热效率：由于颗粒物质在床层中悬浮和流动，流化床反应器能够实现反应物质与催化剂或固体颗粒的充
分接触，从而提高传质和传热效率。
2. 反应条件易于控制：通过调节床层中的气体或液体速度、温度和压力等参数，可以精确控制反应条件，以实现特定
的反应效果。
3. 高催化活性：流化床反应器中的催化剂颗粒可以均匀悬
浮在床层中，不会发生聚集或堵塞现象，从而保证催化剂
的活性和稳定性。
4. 高载体利用率：由于颗粒物质在床层中悬浮和流动，催
化剂的载体利用率较高，不会出现局部堵塞现象。
5. 反应器结构简单：流化床反应器的结构相对简单，易于
操作和维护。
流化床反应器在许多领域中应用广泛，例如石油化工、化
学工程、环保等领域。
它被用于各种气相、液相和固相反应，例如氢化反应、氧化反应、催化裂化、流化床燃烧等。
流化床反应器
1
固定床
流化床
斜率=1
夹带开始 ΔP=W/At
2
umf
10
50
100
空床流速 u0 ㎝/s
固 定 床
起 始 流 化
（ 散 式 ）
膨 胀 床
（ 聚 式 ）
鼓 泡 床
节 涌
气 流 输
送
L Lf
L Lf
L0
L Lmf
流体 流体 流体 流体 流体 流体
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二、流化床反应器中颗粒的分类
此时：Umf ＝ Umb （2）对A类颗粒（较小和较轻颗粒），当气体空床线速度
（即表观气速）超过临界流化速度Umf时，还会经历一个 散式流态化阶段，然后进入鼓泡流化床。此时流化床的 Umb可按Geldart提出的计算式计算，即下式：
umb 4.125104g0.9g0.1
umf
(s g)gdp
式中：d p 为颗粒的调和平均直径；
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流化床反应器的缺点
由于流态化技术的固有特性以及流化过程影响因素的 多样性，对于反应器来说，流化床又存在粉明显的局限性： ①由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动， 无论气相或固相都存在着相当广的停留时间分布，物料的 流动更接近于理想混合流，返混较严重。导致不适当的产 品分布，降低了目的产物的收率；为了限制返混，常采用 多层流化床或在床内设置内部构件。反应器体积比固定床 反应器大，并且结构复杂。对设备精度要求较高； ②反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机 会，降低了反应转化率； ③由于固体催化剂在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使催化 剂加速粉化，加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量 细粒催化剂的带出，造成明显的催化剂流失； ④床层内的复杂流体力学、传递现象，使过程处于非定常条 件下，难以揭示其统一的规律，也难以脱离经验放大、经 验操作。