流化床颗粒的分类及其流化特性

流化床颗粒的分类及其流化特性：

1973年Geldart根据多年对颗粒大小对流化床流化特性的研究，将颗

粒的流化特性与颗粒平均径的关係分成A、B、C和D四大类，并将它

们表绘在以dp为横坐标，以固体密度ρp与流化气体密度ρg的差

（ρp –ρg）为纵坐标的图上（参见下面的Geldart颗粒分类图）。以便供根据物理或反应过程的特性对流化特性的要求，以选用适合于

自己工业化的特点的颗粒粒径及分布。

A类颗粒了（充气流化特性）：A类颗粒的特点是颗粒的平均尺寸较小，颗粒的密度较低。由图可知，A类颗粒一般颗粒的平均粒径＜100微米，颗粒密度小于1400kg/m3，这类颗粒由于凝聚性较小，因此颗粒间充气性好，床层膨胀比（R≡床层流化时的高度Hf/床层静止时的高度H0）大，当床层气速达到起始流化速度时，床内还不会产生气泡（即床层

的起始鼓泡速度大于起始流化速度），当气速进一步增加时，床内虽

产生了气泡，但气泡较小，气泡的聚併、分裂速度也快。所以，这类

颗粒应该说是流化特性较好的一类颗粒。（说明：起始流化速度umf

即是流化床开始流化时的最小速度。起始鼓泡速度umb即是流化床内

出现笫一个气泡时的气体速度。）

在工业上使用时应尽可能选用这类颗粒。在石化行业中的催化裂化装

置上首先被使用，在这个行业中，催化剂中必须含有一定量的小颗粒，小于44微米被称为关键组分。这类颗粒以后在丙烯氨氧化制丙烯腈等

流化床中也得到了应用。

B类颗粒（沙状流化特性）：由图可知，B类颗粒一般颗粒的平均粒径

＜40微米＜500微米，颗粒密度＜1400kg/m3＜4000kg/m3。这类颗粒

在气速达到或稍高于颗粒的起始流化速度时，床內就出现了气泡，床

层膨胀比R较A类颗粒小，气泡聚併现象严重，气泡直径也迅速变大，且气泡随床高而变大，当气泡达到床层表面时破裂，从而影响了流化

质量，影响了床层与传热面间的传热和相间的传质。

这类颗粒在工业上应用也较多，如醋酸乙烯、农药百菌清和苯酐行业

都有使用。值得一提的是，这些行业并不是不想使用A类颗粒，而是

不能用，如醋酸乙烯、农药百菌清流化床反应器，因其使用的催化剂

是活性炭，活性炭不允许做得太细，太细了易被吹出，不易回收！而

在苯酐行业由于催化剂是钒催化剂，可制成小颗粒，所以北二化首先

在苯酐行业将B类颗粒改用A类颗粒，流化质量明显地得到改善！本

人在对温州某化工厂的苯酐流化床的改造中，仅在其原用的B类颗粒

中加入了10%的A类颗粒后，其产量就增加了25%以上！

根据本人对颗粒粒径及分布的研究，认为A、B类颗粒流化特性的差别

是非常明显的，如：

1.] A、B类颗粒流化时的最明显直观的差别是：B类颗粒流化时umb

＝umf，而A类颗粒流化时umb＞umf。也就是说A类颗粒在流化时床

层巳流化了，但没有产生气泡。床层充气性好。

2.] 床层膨胀比R，对于B类颗粒约为1.2～1.4，而对于A类颗粒可

达1.6～1.8。膨胀比大，表明在气速不变的条件下，氯甲烷在在床内

的仃留时间增加，有利于氯甲烷单程转化率的提高；

3.] 气泡与乳化相间的传质速率A类颗粒是B类颗粒流化床的5～10倍！气泡与乳化相间的传质速率快，表明进入床层生成的氯甲烷气泡

与触体间的传质加快，利于反应；

4.] 床层与传热面间的传热速率，A类颗粒比B类颗粒高1.2倍左右。床层与传热面间的传热速率大，利于反应热的控制和移出，使床内反

应温度更均一，减少逐步过热和高温区，不利于付反应，不利于高沸

物和碳的生成；

5.] 对化学反应的影响，则因反应特性不同，各不相同。一般来说，

对传质控制的反应过程，最好採用A类颗粒，使反应过程转为反应控制；对于反应控制的反应过程，可採用B类颗粒。当然对于有些反应

过程所採用的催化剂，只能制成B类颗粒的，如乙炔法制醋酸乙烯的

活性炭催化剂，只能採用B类颗粒进行工业化生产了。

对于有机硅单体合成流化床来说，上述四点对反应都是有利的。其实

当年星火万吨级的单体流化床反应器的硅粉平均粒径为235微米左右，最大粒径达950微米以上，气速最高仅为0.2米／ｓ左右，而现在极

大部分厂家单体流化床的硅粉平均粒径为130~150微米左右，这也说

明减少硅粉粒径对单体合成反应是有好处的，但是否最好，还有待于

研讨。

在本论坛中，坛友ygq9394也深有体会，他在闲聊‘有机硅单体合成

流化床使用硅粉的粒径帖子的回帖中写道：“…单体的合成，很大一

部分是硅粉原料说了算。之前通过流化床在实验室做过一些实验。针

对于不同硅粉的粒径做了一系列实验，由于时间问题没有细细总结，

但是验证了大家公认的比重（？可能书写有误）大的50~100um范围的

硅粉反应较好，主要表现在反应速率和反应启动快慢，单体收率和二

甲选择性等，其中由于无法和生产流化床一样设置旋风，针对于你提

到的扩大段在无法验证，只有根据动力学知识做了一些推断。看了楼

主的很多帖子，感觉你对单体合成一段比较了解，细心人啊！”。当然，对于50~100um范围的硅粉，反应是否较好，我以为还有探讨的余地。但至少说明了硅粉的粒径和分布对反应有很大的影响。可惜的是

未见过面合盛硅业的同事ygq9394，因他可能己于2012年8月左右己离开了有机硅行业！无法与他交流了。

C类颗粒（粘性流化特性）：C类颗粒在Geldart颗粒分类图上的颗粒，是指颗粒径＜30微米的那些颗粒。由于颗粒颗粒径小，晶格缺陷较多，又易吸湿，易造成颗粒凝聚。因此其流化特点是难于流化，流化时床

层的压降比理论值小，极易造成构流或节涌！床层与传热面间的传热

系数也比A、B类颗粒也小得很多。

C类颗粒在工业上很少应用，浙江原温州化工厂的明矾石综合利用曾试用过，但因工业化未继续下去，从而仃止了。现在由浙江大学开发的

水煤漿流化燃烧技术，也可算作C类颗粒在工业上应用的例子吧。

D类颗粒（喷动流化特性）：D类颗粒在Geldart颗粒分类图上的颗粒，是指粒径＞600微米的颗粒。由于这类颗粒的粒径较大，因此临界流化速度也大，难以流化，也不能稳定的流化。具有喷动流化特性。

D类颗粒在工业上，大多实际应用于物料的干燥和煤燃烧。

值得注意和要提示的是：

1. Geldart颗粒分类图是在常温以空气作为流化介质得出的；

2. Geldart在颗粒分类时，末考虑流化介质的粘度和密度不同对流化

特性的影响，而实验表明，颗粒的流化特性还与流化气体的粘度和密

度有关，所以在有压力和高于室温时还应对气体的粘度和密度作适当

修正。因此对于颗粒分类，中、日等国都有学者对Geldart颗粒分类

图作出修正的分类图。有兴趣者可查阅有关资料。

3. 颗粒直径是指颗粒的平均粒径，其单位为微米。粒度分布一般为正

态分布。颗粒与气体的密度单位为 g/cm3。

4. 注意颗粒分类图是双对数坐标，使用时应注意！

综上所述，有机硅单体合成流化床的硅粉颗粒应採用什么类型的颗粒，是显而易见的。具体如何选择，我想还是留给工作在第一线的有关工

程技术人员，根据本公司流化床反应器的具体情况，并结合自己的经

验去选用适合于本公司的硅粉颗粒的粒径及分布吧！