《反应工程》第七章 流化床反应器
流化床反应器
s
3 mf
d p gumf
2
d
3 p
g
s 2
g
um2f
sdp
1.75
s g g
g
3 mf
dp s g 24.5g
g
化学反应工程
Re 1000
35
3
第7章 流化床反应器
• B类颗粒,称为粗颗粒。粒度较大,在100~600μm之间, 密度ρP=1400kg/m3 ~4000kg/m3 。适于流化,密相中气 、固返混较小 。砂粒是典型的B类颗粒。
• C类为超细颗粒,粒间有粘附性,颗粒间易团聚,气体容 易产生沟流,不适用于流化床。
• D类为过粗颗粒,流化时,易产生大气泡和节涌,操作难 以稳定,只在喷动床中才能较好流化。
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
10 化学反应工程
1
第7章 流化床反应器
1
流化床的基本概念
• 当通过床层的流体流量较小时,颗粒受到的升力 (浮力与曳力之和)小于颗粒自身重力时,颗粒在 床层内静止不动,流体由颗粒之间的空隙通过。此 时床层称为固定床。
雷诺准数: Remf
dPumf
umf: dP:
ρ,ρP:
Lmf: De:
μ:
初始流化速度 颗粒平均粒径 流体密度,颗粒密度 初始流化时的浓相段床高 流体的扩散系数 流体粘度
第7章 流化床反应器
25 化学反应工程
2
第7章 流化床反应器
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。
反应工程第七章
7.1.2 散式流化和聚式流化
(2)聚式流态化 ) (多为气固流态化) 多为气固流态化) 床层明显地分成两部分。 其一是乳化相:固体颗粒 被分散于流体中,单位体 积内颗粒量类似于散式流 化床的初始流化状态。其 二是气泡相:流体以气泡 形式通过床层。
7.1.4流态化的不正常现象 7.1.4流态化的不正常现象 沟 流
•由于流体分布板设计或安装 上存在问题,使流体通过分 布板进入浓相段形成的不是 气泡而是气流,称沟流。
节 涌
•气泡占据整个床层截面,气 流将床层一节一节往上做柱 塞式推动,达到某一个位置 崩落。
7.1 流体床的基本概念
流化床的优点
高雷诺数时,动能损失占主导,忽略前一项:
1.75 dpρgum f 3 φsεm µ f
3 dp ρg (ρs −ρg ) = µ2 2
解得:
φsdp ρs −ρg 3 u = εm f 1.75 ρg
2 m f
R >1000 e
7.2 流化床的工艺计算
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,看雷诺数是 否在适用范围之内。 2 逸出速度(终端速度): 逸出速度(终端速度): 当流体对颗粒的曳力与颗粒的重量相等,颗粒会 被流体带走:
7.1.1 流体床的基本概念
7.1.1 流体床的基本概念
流态化现象:使微粒固体通过与气体或液体接触 而转变成类似流体的操作。 固体颗粒层与流体接触的不同类型:
初 始 流 态 化
《流化床反应器》PPT课件共42页文档
2.1 工业合成甲基氯硅烷的研究
虽然格力雅试剂可以形成很多不同的Si-C键,但在现代有机硅工 业中,它已经被更为有效的方法所替代,最著名的具有原料易得、工 序简单、不用溶剂、时空产率高,且易于实现连续化大生产的直接合 成法。 第二年,穆勒也取得了专利。
有机硅流化床反应器
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目录
02 工艺流程的介绍
修理与维护
05
1 行业背景的介绍
有机硅在国内外的进展程度 有机硅在各个行业的应用
流化床的现有状况
1.1有机硅在国内外的进展程度
(1)有机硅生产的特点
难点
有机硅单体及中间体生产集中于发达国家,并且生产规模不断扩 大。 有机硅单体生产的原理并不复杂,但是生产工艺复杂、流程长、 技术含量高,长期以来,只有美国、日本、法国、德国等少数发达 国家有这一生产技术,并在行业内形成技术垄断,所以世界上从事 有机硅单体工业生产的厂家并不多。
21
2.3流态化技术
02 流态化合成工艺的优点
(1)生产能力大、结构简单、紧凑,符合现代大生产需求。 (2)传热、传质和化学反应速率都大大提高
(3)床内热容量大,热稳定性高,有利于强放热反应的等温操作。
(4)有利于生产过程连续化和自动化,便于催化剂 的连续生产和循环操作。
第三章 结构的设计分析
(一) 流化床内的构件 (二) 气体分布器的分析 (三) 颗粒物性的研究
2.1 工业合成甲基氯硅烷的研究 直接合成法反应:
对于综合性生产车间来说,直接法是必不可少的,但还需 辅以其他方法,方能满足生产需要和降低生产成本的要求。
2.2 直接法合成有机硅单体的原理
2.2 直接法合成有机硅单体的原理
反应过程中还可能发生热分解、歧化以及氯硅烷水 解(原料带进的水分)等副反应,致使反应产物变得更 为复杂,甲基氯硅烷产物组分可多达41个。
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:
化学反应工程(第七章 流化床反应器)
Re 20
• 高雷诺数时,动能损ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ占主导,忽略前 一项:
1.75 d p g umf 3 s mf
3 d p g s g 2 2
• 解得:
2 mf
s dp s g 3 u mf 1.75 g
Re 1000
2013年6月5日星期三1时 35分10秒
2013年6月5日星期三1时 35分10秒
(2).临界流化速度umf的计算
流化床处于临界流化态时,颗粒虽松动但 仍相互接触,近似固定床,将固定床计算 压降的公式(6-13)式用临界参数代入: 2 f umf 150 1 mf P 1.75 3 d ReM mf S 与(7-1)式P=Lmf(1-mf)(S-f)g等同起来, dS f umf dS 并注意到: ReM , dP u f 1 mf S
2013年6月5日星期三1时 35分10秒
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两种流态化的判别
一般认为液固流态化为散式流态化而气固 之间的流化状态多为聚式流态化。
P Lmf mf Frmf Remf P 100 mf mf Dee
Frmf Remf
2013年6月5日星期三1时 35分10秒
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7.2.2 流化床中的气,固运动
球形颗粒临界流化速度:
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。
《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。
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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。
化学反应:第七章 流化床反应器 新
a. 对具有一定筛分的颗粒要用调和平均直径 。
1
d p
xi / d pi
化学反应工程
式中, xi——颗粒各筛分的重量百分数;
dPi——颗粒各筛分的平均直径;
dPi d1 d2 或 dPi (d1 d2 ) / 2
d1,d2 ——上、下筛目的尺寸。
b. 雷诺数中特性尺寸是颗粒的直径,密度和粘度是气体的物性。
Re P
d Pumf μ
ρ
c.计算所得到的umf 要代入到雷诺数中,检验选用的公式是否符合
规定的范围。
d. 对中等雷诺数,两项都要考虑 (2)带出速度(Maximum Fluidizing Velocity or Terminal Velocity)
当气速增大到一定值时,流体对粒子的曳力与粒子的重力相等,
化学反应工程详见教材p200石油催化裂化丙烯氨氧化制丙烯腈萘氧化制邻苯二甲酸酐煤燃烧与转化金属提取和加工化学反应工程化学反应工程化学反应工程化学反应工程化学反应工程化学反应工程化学反应工程化学反应工程化学反应工程化学反应工程72流化床中的气固运动化学反应工程72流化床中的气固运动721流化床的流体力学二个特征速度
1.21104 2 1120 1.1 9.81
18 3.02105
0.2956
m s1
化学反应工程
• 复核Re值
Re
dPu
1.21104 0.29561.1 3.02 105
1.3
2
• 假设Rem<2合理。 • 由Re=1.3,Re<10可得F=1
化学反应工程
7.2.1 流化床的流体力学
Lt 1.2 103 L0 Re1P.55 Ar 1.1
化学反应工程
第七章 流化床反应器
ΔPd 为床层压
ΔPb 的 10%~20%,开孔率约 1%。 u or :
2 Δp d
设计筛孔分布板,先求小孔阻力系数,在求小孔气速
' ( u or = c d
ρ
π
)1 / 2
定出开孔数
N or :
2 N or = u o /( d or or ) 4
2.内部构件:为了传热或控制气——固间接触,常在床内设置内部构件。 7.1-6 乳相的动态
500 < Rep < 200,000
130
化学反应工程课程讲稿
CD =
24 0.8431g
φs
Rep < 0.05 Rep 2 × 10 3 < Rep < 2 × 10 5
0.065 C D = 5.31 − 1.88φ s
Rep < 0.4
可利用公式,可用来考察对于大,小粒子范围的大小 细粒子
U br
u br = 0.711( gd b )1 / 2
d b = 0.853 1 + 0.272(U − U mf )
[
]
1/ 3
(1 + 0.0684 ρ )1.21
0.7
(U − U mf ) ⎡ At 4 / 7 ⎤ 1.5 g 1 / 7 + 1 ( ) ⎥ d b = 1.28 ⎢ 2/7 no g 0.3 ⎢ (U − U mf ) ⎥ ⎣ ⎦
3
(二维床)
(三维床)
Rc , Rb 分别为气泡云及气泡的半径
三维床指一般的圆柱形床,二维床为截面狭长的扁形床 气泡中气体的穿流量 q
q = 4u mf Rb = 4u f ε mf Rb
(二维床 )
流化床PPT课件
11
.
7.2 流化床中的气、固运动 第7章 流化床反应器
7.2.1 流化床的流体力学 流化床压降用下式计算:
pW A tL m f 1m f pg..............(7 1 )
从图中实线的拐点就可定出固定最小流化速率umf。 起始流化速率可用下式子计算:
8
.
7.1 概述
第7章 流化床反应器
但流化床也有一些不足之处:
混合剧烈,存在相当宽的停留时间分布。 气泡通过床层,减少了气-固相接触机会,降低了转化率。 剧烈的碰撞、磨擦,加速了催化剂的粉化。 流动现象的复杂性,揭示其内在规律性较难。 在出口,需要旋风分离设备,回收催化剂。
9
.
图
图
7.2 流化床中的气、固运动 第7章 流化床反应器 7.2.1 流化床的流体力学 (1)临界流化速度(umf)
• 对于B类颗粒,由图7-8求X,图7-9求Y,然后按下式子求出R。
• R=1+XY………….(7-26)
18
.
7.2 流化床中的气、固运动 7.2.2 气泡及其行为
第7章 流化床反应器
⑴气泡的结构 人们常把气泡与气泡以外的密相床部分分别称作泡
相与乳相。气泡在上升途中,因聚并和膨胀而增大, 同时不断与乳相间进行着质量的交换,所以气泡不仅 是造成床层运动的动力,又是授受物质的储存库,它 的行为自然就是影响反应结果的一个决定性因素。
1 .7 3 3 m 0 f f d p u mf d 3 p
p 2 g ..... 7 . .( 2 ) ..
12
.
7.2 流化床中的气、固运动 第7章 流化床反应器
《化学反应工程》第三版(陈甘堂著)课后习题答案
《化学反应工程》第三版(陈甘堂著)课后习题答案第二章均相反应动力学基础2-4三级气相反应2NO+O22NO2,在30℃及1kgf/cm2下反应,已知反应速率常数2kC=2.65×104L2/(mol2 s),若以rA=kppApB表示,反应速率常数kp应为何值?解:原速率方程rA=dcA2cB=2.65×104cAdt由气体状态方程有cA=代入式(1)2-5考虑反应A课所以kp=2.65×104×(0.08477×303) 3=1.564后当压力单位为kgf/cm2时,R=0.08477,T=303K。
答p p 2rA=2.65×10 A B =2.65×104(RT) 3pApBRT RTp表示的动力学方程。
解:.因,wwnAp=A,微分得RTVdaw案24网pAp,cB=BRTRT3P,其动力学方程为( rA)=dnAn=kA。
试推导:在恒容下以总压VdtVδA=3 1=21dnA1dpA=VdtRTdt代入原动力学方程整理得wdpA=kpAdt设初始原料为纯A,yA0=1,总量为n0=nA0。
反应过程中总摩尔数根据膨胀因子定义δA=n n0nA0 nA若侵犯了您的版权利益,敬请来信通知我们!Y http://.cn.co(1)mol/[L s (kgf/cm2) 3]m(1)则nA=nA01(n n0)δA1(P P0)δA(2)恒容下上式可转换为pA=P0所以将式(2)和式(3)代入式(1)整理得2-6在700℃及3kgf/cm2恒压下发生下列反应:C4H10发生变化,试求下列各项的变化速率。
(1)乙烯分压;(2)H2的物质的量,mol;(3)丁烷的摩尔分数。
解:P=3kgf/cm2,(1)课MC4H10=58,(2)w.krC2H4=2( rC4H10)=2×2.4=4.8kgf/(cm2 s)PC4H10=PyC4H101 dpC4H10= P dt2.4-1==0.8 s 3w(3)nC4H10=nyC4H10=n0(1+δC4H10yC4H10,0xC4H10)yC4H10dnH2dtdnH2dt=hdaw后n0=nC4H10,0=δC4H10rC4H10=反应开始时,系统中含C4H*****kg,当反应完成50%时,丁烷分压以2.4kgf/(cm2 s)的速率dyC4H10dt答1rCH=2.4224wdnC4H10dt案116×1000=2000mol582+1 1==21网dyC4H10=n0(1+δC4H10yC4H10,0xC4H10) dt=2000×(1+2×1×0.5)×0.8=3200 mol/s若侵犯了您的版权利益,敬请来信通知我们!Y http://.cno2C2H4+H2,dP=k[(δA+1)P0 P]=k(3P0 P)dtm(3)dpA1dP= dtδAdt2-9反应APS,( r1)=k1cA , ( r2)=k2cp,已知t=0时,cA=cA0 ,cp0=cS0=0, k1/k2=0.2。
流化床反应器
流化床基本结构
结构分为: 浓相段、稀相段、扩大
段、锥底。
内部构件: 气体分布板、换热装置、
气固分离装置、挡板档 网、气体预分布器等。
流化床反应器的特点
1.床层温度均匀,避免局部过热。 2.颗粒处于运动状态,表面更新,强化传质。 3.颗粒小,催化剂有效系数高。 4.流化状态,便于操作。 5.传热系数大,换热面积小。 6.生产强度大。 7.返混严重,一次转化率低。 8.颗粒磨损,要求催化剂强度大。 9.对设备磨损严重。
流化数
u k 操
u 临
流化床的压力降
颗粒悬浮静止时受力 向下:重力 向上:浮力、流体阻力
平衡时 重力=浮力+流体阻力
公式推导:式(3-6) 说明:床层压力降与流速无关
超过带出速度时,空隙率增大、压力降减 小。
膨胀比和空隙率
膨胀比
VL
R f f
பைடு நூலகம்
VL
0
mf
空隙率
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
列管式换热器:套管式
立式管束式
横排管束式换热器
鼠笼式换热器
蛇管式换热器
三、流化床反应器的计算
(一)流化床直径的计算 (二)流化床高度的确定
确定方法 :半经验公式
带出速度U带
操作速度大于带出速度时,催化剂颗粒将 被带出流化床反应器
确定方法 注意 原则上:临界流化速度<操作速度<带出速度 实际上:往往偏离这个范围。有些工业反应
第七章化学反应工程学----反应器基本原理
四、化学反应过程和化学反应器的分类 (一)、化学反应过程分类
分类特征 反应过程
反应特征 简单反应、复杂反应(平行的、连串的等)
热力学特征 可逆的,不可逆的
相态
均相(气、液),非均相(气-液,气固、液固、气-液-固)
时间特征 定态,非定态
控制步骤
化学反应控制,外部扩散控制,内部扩散控制,吸附或脱附 控制
2、理想混合 特点: ①、反应器内的浓度和温度均均一致,并且等于出口处的 物料浓度和温度。 ②、物料粒子的停留时间参差不齐,有一个典型分布。 “逆向混合”
也叫“返混”,在反应器内,不同停留时间的粒子间的混合。
引起逆向混合的主要原因有:
1)、由于搅拌造成涡流扩散,使物料粒子出现倒流。
2)、由于垂直于流向的截面上流速分布不均所致,如管式 反应器内流体作层流,流速呈抛物线分布,同一截面上不同 半径处的物料粒子的停留时间不一样,它们之间的混合也就 是不同停留时间的物料间的混合,也就是逆向混合。
E(t)dt
曲线以下在t→t+dt间的面积即E(t)dt
才是分率dN/N的大小,所以把E(t)称
t t+dt
t
作“分布密度函数”。
归一化的性质:
dN E(t)dt 1
0N
0
2、停留时间分布函数 F(t)
假若在时间0→t之间进入反应器的物料粒子中,具有停 留时间从0→t间的物料粒子的量占进料总量的分数,称为 停留时间分布函数,用F(t)表示:
输入动量 = 输出动量 + 动量损失 (5)、参数计算式 主要是指物性参数、传递参数及热力学等计算公式。
三、化学反应工程学与相关学科的关系
传递工程
反应器中流体 流动与传热 化学反应工程 反应器的设计
流化床反应器演示文稿
第14页,共61页。
第15页,共61页。
第16页,共61页。
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。
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
第17页,共61页。
气~固系统,两者密度相差较大,流速 增大时,出现很大不稳定。 流态化中的异常现象:沟流、大气泡和腾涌
第11页,共61页。
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。
第12页,共61页。
第13页,共61页。
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。
反应器计算
高速流态化技术 高速流态化与传统流态化比较 高速流态化技术的应用
流化床反应器操作指导 流化床反应器操作训练
流化速度umf 、ut、u、k
异常现象:大气泡、腾涌
影响因素、确定开孔率 型式、直径、高度 影响因素 换热器形式 换热面积的确定 计算umf、ut 膨胀比、空隙率 床层压降 床层结构尺寸
第35页,共61页。
流化床直径的计算
D 4q v u 0
式中
D——反应器直径,m;
qv——操作条件下的气体体积流量,m3/s;
u0——操作空床气速,m/s。
第36页,共61页。
流化床高度的确定
1.流化床层高度(浓相段高度)H0 2.分离段高度H1 3.扩大段高度H2 4.锥底部分高度H3
气体预分布器 气体分布板 挡板和挡网 旋风分离器
化学反应工程第7章
床层与横放的换热器器壁之间传热时,给热系数计算式为
N u0.6R 60.e 44P0.r3P1 0.44
3.小结
水平管的给热系数比垂直管低5- 15%,因此倾向于使用垂直管。
给热系数随颗粒比热的增大而 增大,随粒径的增大而降低;
床层直径的影响难于判定;
到起始流化时m,f床高Lmf≈Lf0。若继续加大气量,床层内 产生一定量的气泡,浓相段床高(Lf)远大于静床层高度。
1
则浓相段的高度为: f Lf= Ruut·Lnmf
2<ReP<1
n4.3517.5ddT PRe0.03
n4.4518ddTP Re0.1
n4.4R 5e0.1
1< ReP <200
uT
4gdp s f 3
umf发生在底部,计算时用底部 T,P和组成来确定流体的密度和粘 度,颗粒直径用不同粒度的平均值。
u T 发 生 在 顶 部 , 计 算 时 用 顶 部 T, P 和组成来确定流体的密度和粘度, 颗粒直径用气相中具有相当数目的 最小颗粒的直径。
4.反应器内径
dt
4V G πu
流化床层与器壁的给热 系数直到目前为止仍只 能通过将实验数据归纳 成准数方程而获得。
一.流化床层与竖放的换热器器壁之间给热系数计算式为:
注意: 是有单位的,其单位为s.cm-2,CR是管子距床中心位置的
校N 正系 数1 .u 8 。 4 1 2 C 4 0 1 R 0 .2P e 30 .4 r 3 c c P P P 0 .8 P 0 .6 6 0 .43
01
于逸出速度,颗粒在气流作用下悬浮于床层中,所形成的
流固混合物称为浓相段。
在浓相段上升的气泡在界面上破裂,气泡内颗粒以及受气
7.1流化床反应器
1. CSTR:转化率甚至小于CSTR(气泡短路) 2. 颗粒磨损:催化剂要贱,设备要被磨 3. 气流出口分离粉尘,回收系统麻烦 4. 副反应:∵RTD太宽
流化床的型式
1. 自由床 2. 构件床:
横板:苯氧化制苯酐 垂直:塔型,指状冷却官
蒸 汽 洗 脱
烧 焦 罐
石灰石
尾气
予热区
液面静压连通器粘度711流态化的各种状态固定床fixedbed鼓泡流化床bubblefludized湍流床turbulentfluidized气流输送pneumaticconveying床层膨胀散式流化床mf附近聚式气固居多鼓泡床或沸腾床泡分散相相变cluster分散相夹带压力波动达极大值压力波动趋于流化床的分类
到临界流化速率时,整个颗粒床层开始流化; • 流化床层的压降为一个常数; • 流化床层具有稳定的床层界面; • 流态化床层的空隙率均匀,不因床层的位置而
变化
流态化现象的利用
废气
1.固体粒子输送:比自来水、煤气管困难
1940年石油催化裂化制汽油;
反
再
沸腾床焙烧FeS矿;
应
生
沸腾床烧煤粉(出灰方便)
3 2
B 粗 定流化 小幅度、高频率的△P波动较
1 0.5 0.2
A细 C 易粘
好不正常流化: •节涌:小直径床,大颗粒
20 50 100 200 500 1000 2000
粒径dp(m)
• 沟流:细颗粒
• 稀相输送
图7-1-3 颗粒分类图(Geldart)
(1)临界(起始)流化速度(umf):
Lf
UmfUt 属流化区,
Lmf
此区内固体有流体
的表现可为化工操
第七章 流化床反应器
第七章 流化床反应器1.所谓流态化就是固体粒子像_______一样进行流动的现象。
(流体)2.对于流化床反应器,当流速达到某一限值,床层刚刚能被托动时,床内粒子就开始流化起来了,这时的流体空线速称为_______。
(起始流化速度)3.对于液—固系统的流化床,流体与粒子的密度相差不大,故起始流化速度一般很小,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_______。
(散式流化床)4.对于气—固系统的流化床反应器,只有细颗粒床,才有明显的膨胀,待气速达到_______后才出现气泡;而对粗颗粒系统,则一旦气速超过起始流化速度后,就出现气泡,这些通称为_______。
(起始鼓泡速度、鼓泡床)5.对于气—固系统的流化床反应器的粗颗粒系统,气速超过起始流化速度后,就出现气泡,气速愈高,气泡的聚并及造成的扰动亦愈剧烈,使床层波动频繁,这种流化床称为_______。
(聚式流化床)6.对于气—固系统的流化床反应器,气泡在上升过程中聚并并增大占据整个床层,将固体粒子一节节向上推动,直到某一位置崩落为止,这种情况叫_______。
(节涌)7.对于流化床反应器,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,则粒子会被气流带出,这一速度称为_______。
(带出速度或终端速度)8.对于流化床反应器,当气速增大到某一定值时,流体对粒子的_______与粒子的_______相等,则粒子会被气流带出,这一速度称为带出速度。
(曳力、重力)9.流化床反应器的的范围大致在10~90之间,粒子愈细,比值_______,即表示从能够流化起来到被带出为止的这一范围就愈广。
(愈大)mf t u u /10.流化床反应器中的操作气速是根据具体情况定的,一般取流化数0Umf U U 0在_______范围内。
(1.5~10)11.对于气—固相流化床,部分气体是以起始流化速度流经粒子之间的空隙外,多余的气体都以气泡状态通过床层,因此人们把气泡与气泡以外的密相床部分分别称为_______与_______。
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第七章流化床反应器1.所谓流态化就是固体粒子像_______一样进行流动的现象。
(流体)2.对于流化床反应器,当流速达到某一限值,床层刚刚能被托动时,床内粒子就开始流化起来了,这时的流体空线速称为_______。
(起始流化速度)3.对于液—固系统的流化床,流体与粒子的密度相差不大,故起始流化速度一般很小,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_______。
(散式流化床)4.对于气—固系统的流化床反应器,只有细颗粒床,才有明显的膨胀,待气速达到_______后才出现气泡;而对粗颗粒系统,则一旦气速超过起始流化速度后,就出现气泡,这些通称为_______。
(起始鼓泡速度、鼓泡床)5.对于气—固系统的流化床反应器的粗颗粒系统,气速超过起始流化速度后,就出现气泡,气速愈高,气泡的聚并及造成的扰动亦愈剧烈,使床层波动频繁,这种流化床称为_______。
(聚式流化床)6.对于气—固系统的流化床反应器,气泡在上升过程中聚并并增大占据整个床层,将固体粒子一节节向上推动,直到某一位置崩落为止,这种情况叫_______。
(节涌)7.对于流化床反应器,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,则粒子会被气流带出,这一速度称为_______。
(带出速度或终端速度)8.对于流化床反应器,当气速增大到某一定值时,流体对粒子的_______与粒子的_______相等,则粒子会被气流带出,这一速度称为带出速度。
(曳力、重力)9.流化床反应器的mf t u u /的范围大致在10~90之间,粒子愈细,比值_______,即表示从能够流化起来到被带出为止的这一范围就愈广。
(愈大)10.流化床反应器中的操作气速0U 是根据具体情况定的,一般取流化数mf U U 0在_______范围内。
(1.5~10)11.对于气—固相流化床,部分气体是以起始流化速度流经粒子之间的空隙外,多余的气体都以气泡状态通过床层,因此人们把气泡与气泡以外的密相床部分分别称为_______与_______。
(泡相、乳相)12.气—固相反应系统的流化床中的气泡,在其尾部区域,由于压力比近傍稍低,颗粒被卷了进来,形成了局部涡流,这一区域称为_______。
(尾涡)13.气—固相反应系统的流化床中的气泡在上升过程中,当气泡大到其上升速度超过乳相气速时,就有部分气体穿过气泡形成环流,在泡外形成一层所谓的_______。
(气泡云)14.气—固相反应系统的流化床反应器中的气泡,_______和_______总称为气泡晕。
(尾涡、气泡云)15.气—固相反应系统的流化床中,气泡尾涡的体积W V 约为气泡体积b V 的_______。
(1/3)16.气—固相反应系统的流化床,全部气泡所占床层的体积分率b δ可根据流化床高f L 和起始流化床高mf L 来进行计算,计算式为=b δ_______。
(f mff L L L -)17.在气—固相反应系统的流化床中设置分布板,其宗旨是使气体_______、_______、_______和_______为宜。
(分布均匀、防止积料、结构简单、材料节省)18.在流化床中设计筛孔分布板时,可根据空床气速0u 定出分布板单位截面的开孔数or N =_______。
(or or u d u 204)19.在流化床中设计筛孔分布板时,通常分布板开孔率应取约_______,以保证一定的压降。
(1%)20.在流化床中为了传热或控制气—固相间的接触,常在床内设置内部构件,以垂直管最为常用,它同时具有_______,_______并甚至_______的作用。
(传热、控制气泡聚、减少颗粒带出)21.在流化床中为了传热或控制气—固相间的接触,常在床内设置内部构件,但很少使用水平构件,它对颗粒和气体的上下流动起一定的阻滞作用,从而导致床内产生明显的_______梯度和_______梯度。
(温度、浓度)22.在流化床中为了传热或控制气—固相间的接触,常在床内设置内部构件,但很少使用水平构件,它对颗粒和气体的上下流动起一定的_______作用,从而导致床内产生明显的温度梯度和浓度梯度。
(阻滞)23.气—固相反应系统的流化床反应器中,由于上升气泡的尾涡中夹带着颗粒,它们在途中不断的与周围的颗粒进行着交换,大量的颗粒被夹带上升,这种循环相当剧烈,所以自由床中的颗粒可认为是_______的。
(全混)24.气—固相反应系统的流化床存在着_______、_______、_______及_______四类区域。
(气泡区、泡晕区、上流区、回流区)25.当气流连续通过流化床的床层时,床层内那些带出速度小于操作气速的颗粒将不断被带出去,这种现象称为_______。
(场析)26.当气流连续通过流化床的床层时,床层内那些带出速度_______操作气速的颗粒将不断被带出去,这种现象称为场析。
(小于)27.如果在流化床反应器的出口处要加二级旋风分离系统作为回收装置时,旋风分离器的第一级入口理应安置在_______处。
(分离高度)28.在流化床反应器中,当达到某一高度以后,能够被重力分离下来的颗粒都以沉积下来,只有带出速度小于操作气速的那些颗粒才会一直被带上去,故在此以上的区域颗粒的含量就近乎恒定了,这一高度称作_______。
(分离高度)29.描述流化床的数学模型,对于气、乳两相的流动模式一般认为气相为_______,而对乳相则有种种不同的流型。
(平推流)30.描述流化床的数学模型,对于气、乳两相的流动模式一般认为_______相为平推流,而对_______相则有种种不同的流型。
(气、乳)31.描述流化床的数学模型,按照模型考虑的深度而分的第Ⅱ级模型中,各参数值均为恒值,不随床高而变,但与气泡的大小_______。
(有关)32.描述流化床的数学模型,按照模型考虑的深度而分的第Ⅱ级模型中,各参数值均为_______,不随床高而变,但与气泡的大小有关。
(恒值)33.描述流化床的数学模型,按照模型考虑的深度而分的第Ⅱ级模型中,各参数值均为恒值,不随_______而变,但与气泡的大小有关。
(床高)34.描述流化床的数学模型,按照模型考虑的深度而分的第Ⅰ级模型中,各参数值均为恒值,不随床高而变,但与气泡的大小_______。
(无关)35.描述流化床的数学模型,按照模型考虑的深度而分的第Ⅲ级模型中,各参数均与气泡的大小_______,而气泡大小则沿_______而变。
(有关、床高)36.描述流化床的气泡两相模型,以0U 的气速进入床层的气体中,一部分在乳相中以起始流化速度mf U 通过,而其余部分(mfU U -0)则全部以_______的形式通过。
(气泡)37.描述流化床的气泡两相模型,以0U 的气速进入床层的气体中,一部分在乳相中以起始流化速度mf U 通过,而其余部分_______则全部以气泡的形式通过。
[(mf U U -0)]38.描述流化床的气泡两相模型,气泡相为向上的_______式流动,其中无催化剂粒子,故不起反应,气泡大小均一。
(平推)39.描述流化床的气泡两相模型,反应完全在乳相中进行,乳相流动状况可假设为_______或_______。
(全混流、平推流)40.描述流化床的气泡两相模型,反应完全在_______相中进行,乳相流动状况可假设为全混流或平推流。
(乳)41.描述流化床的气泡两相模型,气泡与乳相间的交换量Q 为_______与_______之和。
(穿流量q、扩散量)42.描述流化床的鼓泡床模型,它相当于mf U U /0_______时,乳相中气体全部下流的情况,工业上的实际操作大多属于这种情况。
(>6~11)43.描述流化床的鼓泡床模型,由于气速较大,因此该模型假定__________________________________,_____________________________,这样只需计算气泡中的气体组成便可算出反应的转化率。
(床顶出气组成完全可用气泡中的组成代表,而不必计及乳相中的情况)44.流化床反应器的开发和放大,国内外都有许多成功的经验,但一般都是从_______、_______、_______方面进行考虑和改进的。
(催化剂性能、操作条件、床层结构)45._______是指同时存在两个或更多相态的反应系统所进行的反应过程。
(多相反应过程)46.多相反应过程是指同时存在_______相态的反应系统所进行的反应过程。
(两个或更多)47.当前用于描述气—液两相流相间传质的模型有两大类:一是按_______来处理的双膜模型;一是按_______处理模型,如溶质渗透模型和表面更新模型。
(稳态扩散、非稳态扩散)48.当前用于描述气—液两相流相间传质的模型有两大类:一是按稳态扩散来处理的_______;一是按非稳态扩散处理模型,如_______和_______。
(双膜模型、溶质渗透模型、表面更新模型)49.流化床反应器中的操作气速0U 是根据具体情况定的,一般取流化数mf U U 0在_______范围内。
(B)A.0.1~0.4B.1.5~10C.10~15D.0.4~1.550.流化床反应器中的操作气速0U 是根据具体情况定的,一般取流化数t u U 0在_______范围内。
(A)A.0.1~0.4B.1.5~10C.10~15D.0.4~1.551.在流化床反应器中,气泡的尾涡体积w V 约为气泡体积b V 的_______。
(B)A.1/4 B.1/3 C.2/3 D.1/252.下列哪一项不属于流化床反应器按深度而分的第Ⅱ级模型的特点_______。
(C)A.各参数均为恒值B.参数值不随床高而变C.参数值与气泡大小无关D.参数值与气泡大小有关53简述聚式流化床的形成?答:对于气—固系统的流化床反应器的粗颗粒系统,气速超过起始流化速度后,就出现气泡,气速愈高,气泡的聚并及造成的扰动亦愈剧烈,使床层波动频繁,这种流化床称为聚式流化床。
54.简述鼓泡床的形成?答:对于气—固系统的流化床反应器,只有细颗粒床,才有明显的膨胀,待气速达到起始鼓泡速度后才出现气泡;而对粗颗粒系统,则一旦气速超过起始流化速度后,就出现气泡,这些通称为鼓泡床。
55.简述描述流化床的特征流速的定义?答:特征流速为起始流化速度和带出速度。
1)当流速达到某一限值,床层刚刚能被托动时,床内粒子就开始流化起来了,这时的流体空线速称为起始流化速度。
2)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,则粒子会被气流带出,这一速度称为带出速度或终端速度。
56.简述流化床反应器中节涌床的特点?答:对于气—固系统,床径很小,而床高与床径比较大时,气泡在上升过程中可能聚并增大甚至达到占据整个床层截面的地步,将固体粒子一节节的往上柱塞式的推动,直到某一位置而崩落为止,这种情况为节涌,此时的流化床为节涌床。