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
概述
流化床反应器 （fluidized bed reactor） 是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 流化床反应器通常为一直立的圆筒型容器，容器下部 一般设有分布板，细颗粒状的固体物料装填在容器内，流 体向上通过颗粒层，当流速足够大时，颗粒浮起，呈现流 化状态。由于气固流化床内通常出现气泡相和乳化相，状 似液体沸腾，因而流化床反应器亦称为沸腾床反应器。
△P-u关系图的应用：
• 观察流化床的压力降变化可以判断流化质量。 • 如：正常操作时，压力降的波动幅度一般较小， 波动幅度随流速的增加而有所增加。在一定的流 速下，如果发现压降突然增加，而后又突然下降， 表明床层产生了节涌（腾涌）现象。形成气栓时 压降直线上升，气栓达到表面时料面崩裂，压降 突然下降，如此循环下去。这种大幅度的压降波 动破坏了床层的均匀性，使气固接触显著恶化， 严重影响系统的产量和质量。有时压降比正常操 作时低，说明气体形成短路，床层产生了沟流现 象。
5
1/ 2 ep
当： 500 Rep 2 10 时 CD 0.43
这样，可得到ut计算式：
当Rep 0.4时 ut
2 gd p ( s f )
18
0.5 ep
2d p ( s f ) gR 当0.4 Rep 500时 ut 15 f
对球形粒子作力平衡：
6
d s g
3 p
6
d f g CDS
3 p
4
2 dp (
f ut2
2
)
CDS 为单颗粒的曳力系数 式中：
流化床反应器
CD 10 1 ,
Re
2 p
CD 0.43,
Re p 0.4 0.4 Re p 500 500 Re p 200000
带出速度
–对球形粒子
ut
d
2 p
(
p
18
)g
,
Re p 0.4
ut
[4 225
( p
)2
g2
1
]3
dp,
0.4 Re p 500
d pumf
[33.72
0.0408
d
3 p
(
p
2
)g 1 ]2
• 对小粒子
umf
d
2 p
(
p
)
g,
1650
Re p 20
• 对大粒子
um2 f
dp(p ) g, 24.5
Re p 1000
• 上述各式中，计算结果需用
Re
p
d pumf
第七章 流化床反应器
流化床中的两相运动 流化床中的传热和传质 流化床反应器的模拟和放大
7.1 流化床中的两相运动
概述 颗粒的流化特性 特征流速 气泡及其行为 分布板与内部构件 乳相动态 颗粒的带出和扬析
一、概述
床层颗粒运动形态
–流体自下而上流过床层，改变流体流速， 床层颗粒的运动形态的变化会有如下几种情 形
• 固定床 • 起始流化 • 散式流化（膨胀床） • 聚式流化（鼓泡床） • 节涌床 • 湍流床 • 气流输送
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。
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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21
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：
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 )
流化床反应器PPT课件
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。
1941年，罗伊首先提出了直接法合成有机氯硅烷。 第二年，穆勒也取得了专利。
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第四章 动态模拟仿真
1 数值计算中参数的影响 A
B
2 数学模型
3 自由床流动特性的数值模拟 C
D 4 流化床外形对内部的流场的影响
4.1 数值计算中的参数影响
计算流体力学中，由于因变量在节点之间的 分布假设及推倒离散方程的方法不同，形成了有 限差分法、有限元法和有限体积法等不同类型的 离散化方法。
3.1 流化床内的构件
在流化床内设置若干层水平挡板、挡网或 垂直管束，便构成了内部构件。其作用是抑制 气泡成长并且粉碎大气泡，改善气体在床层中 的停留时间分布，减少气体返混合和强化两相 间的结构。
常见的内部构件可分为三类： 横向（水平）构件
纵向（垂直）构件
横向+纵向构件
3.1流化床内的构件
LOREM IPSUM DOLOR
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。
流化床反应器的类别
流化床反应器的类别流化床反应器是一种广泛应用于化工领域的反应器，根据不同的反应类型和要求，可以分为多种不同的类别。
本文将介绍几种常见的流化床反应器类别，包括催化剂流化床反应器、液固两相流化床反应器、生物质流化床反应器和气固两相流化床反应器。
一、催化剂流化床反应器催化剂流化床反应器是指在反应床中使用催化剂来催化反应的流化床反应器。
它具有催化剂与反应物之间接触面积大、传质速度快、反应效率高的特点。
催化剂流化床反应器广泛应用于石油化工、化学制药、环保等领域。
例如，在石油化工中，催化剂流化床反应器常用于催化裂化、加氢、脱氢等反应过程中。
二、液固两相流化床反应器液固两相流化床反应器是指在反应床中同时存在液体和固体两相的流化床反应器。
液固两相流化床反应器常用于液相催化反应、氧化反应、水解反应等。
它具有传质速度快、反应效率高、携带液体催化剂方便等优点。
在化工生产中，液固两相流化床反应器广泛应用于酯化、醚化、氧化等反应过程中。
三、生物质流化床反应器生物质流化床反应器是指在反应床中利用生物质作为原料进行反应的流化床反应器。
生物质流化床反应器主要用于生物质能源转化和生物质化学品的生产。
生物质流化床反应器具有能源效率高、废弃物资源化利用等优点。
在生物质能源领域，生物质流化床反应器被广泛应用于生物质燃烧、生物质气化等过程中。
四、气固两相流化床反应器气固两相流化床反应器是指在反应床中同时存在气体和固体两相的流化床反应器。
气固两相流化床反应器常用于气相催化反应、气体分离、吸附等。
它具有气体和固体之间传质速度快、反应效率高、易于分离固体产物等优点。
在化工生产中，气固两相流化床反应器广泛应用于合成氨、裂解氨、高分子聚合等过程中。
总结：流化床反应器是一种重要的反应器，在化工领域具有广泛的应用。
根据不同的反应类型和要求，流化床反应器可以分为催化剂流化床反应器、液固两相流化床反应器、生物质流化床反应器和气固两相流化床反应器等类别。
每种类别的流化床反应器都有其独特的特点和应用领域。
流化床反应器的类别
流化床反应器的类别流化床反应器是一种广泛应用于化工、石化等领域的反应设备。
根据反应物料的状态和反应过程的特点，流化床反应器可以分为多种不同的类别。
本文将从不同角度介绍几种常见的流化床反应器类别。
一、按反应物料状态分类根据反应物料的状态，流化床反应器可以分为气体流化床反应器、液体流化床反应器和气液流化床反应器三种类别。
1. 气体流化床反应器气体流化床反应器主要用于气相反应，反应物料以气体形式进入反应器，并在床层内与固体催化剂或吸附剂进行反应或吸附。
气体流化床反应器具有良好的传质和传热性能，反应速率高，操作灵活等优点。
2. 液体流化床反应器液体流化床反应器主要用于液相反应，反应物料以液体形式进入反应器，并与固体催化剂或吸附剂在床层内进行反应或吸附。
液体流化床反应器具有较大的反应体积和接触面积，反应速率较快，能够实现高效的传质和传热。
3. 气液流化床反应器气液流化床反应器是气体流化床反应器和液体流化床反应器的结合，反应物料既包括气体又包括液体。
气液流化床反应器广泛应用于气液相催化反应、气液相吸附等过程。
二、按反应过程特点分类根据反应过程的特点，流化床反应器可以分为均相反应器和非均相反应器两种类别。
1. 均相反应器均相反应器是指反应物料和催化剂在反应过程中处于相同的物理状态，比如气体与气体的反应、液体与液体的反应等。
均相反应器具有反应速度快、反应条件容易控制等优点，广泛应用于化学工业中。
2. 非均相反应器非均相反应器是指反应物料和催化剂在反应过程中处于不同的物理状态，比如气体与固体的反应、液体与固体的反应等。
非均相反应器具有较大的反应接触面积，可以实现高效的传质和传热，适用于一些困难的反应。
三、按反应过程控制方式分类根据反应过程的控制方式，流化床反应器可以分为等温流化床反应器和非等温流化床反应器两种类别。
1. 等温流化床反应器等温流化床反应器是指反应过程中反应床温度保持恒定不变。
等温流化床反应器通常采用外部换热器或循环流体方式控制床温，以确保反应过程的稳定性和高效性。
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。
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工业生产中常见流化床反应器形式
循环流化床烟气脱硫装置
鼓泡流化床反应器
第一节 固体流态化的基本特征
一、固体流态化现象
流态化——固体粒子象流体一样进行流动的现象。除重 力作用外，一般是依靠气体或液体的流动来带动固体粒子运 动的。
流态化的形成：
流体自下而上流过催化剂床层时，根据流体流速的不同，床层经历三 个阶段：
三、流化床反应器的流型及基本特征
• 起始流态化：固体开始流化时流体空床线速度为起始流化速度， umf一 般很小。
• 散式流态化：当流速高于最小流化速度时，随着流速的增加，得到的是 平稳的、逐渐膨胀的床层，固体颗粒均匀地分布于床层各处，床面清晰 可辨，略有波动，但相当稳定，床层压降的波动也很小且基本保持不变。 既使在流速较大时，也看不到鼓泡或不均匀的现象。称为散式流态化。 这种床层称为散式流化床，或膨胀床、均匀流化床。
流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20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40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。
流化床反应器类型
➢ 按固体颗粒是否在系统内循环分 （1）单器流化床 （2）双器流化床
➢ 按反应器的外型分 (1)圆筒形 (2)圆锥形
③颗粒比较细小，有效系数高，可减少催化剂用量； ④压降恒定，不易受异物堵塞； ⑤便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化
剂失活速率高的过程的进行，石油馏分催化流化床 裂化的迅速发展就是这一方面的典型例子。
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。
特别是液固系统，常表现为散式流化床，故又称液体流化床。
• 聚式流态化：当流速进一步提高到起始鼓泡速度Umb时，床层从低部出 现鼓泡，整个床层中气泡不断产生和破裂，床层压降的波动明显增加， 颗粒不是均匀地分散于床层中，而是程度不同的一团一团聚集在一起作 不规则的运动。这种现象称为聚式流态化。这种床层称为聚式流化床或 鼓泡床。床面以下的部分为密相床（又称乳相）（密相床中形如水沸， 故又称沸腾床），床面上的部分为稀相床（又称气泡相）。
• B类颗粒，称为粗颗粒。粒度较大，在100～600μm之间， 密固度返混ρP较＝小140。0k砂g粒/m是3 ～典4型00的0Bkg类/m颗3 粒。。适于流化，密相中气、
• C类为超细颗粒，粒间有粘附性，颗粒间易团聚，气体容 易பைடு நூலகம்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。
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
二、流化床反应器中颗粒的分类
颗粒的形状，尺寸和密度对其流态化的性能影响极大。 Geldart提出：对于气固流态化，根据不同的颗粒密度和粒 度，颗粒可分为A、B、C、D四类。
• A类颗粒，称为细颗粒。粒度较小，在30～100μm之间， 密度ρP<1400kg/m3。适于流化，A类（细）颗粒形成鼓泡 床后，密相中气、固返混较严重，床层中生成的气泡小， 特别适于催化过程。
➢ 按床层中是否置有内部构件分 (1)自由床 (2)限制床
➢ 按反应器内层数的多少分 (1)单层 (2)多层
流化床反应器有两种主要形式： ①有固体物料连续进料和出料装置，用于固相加工
过程或催化剂迅速失活的流体相加工过程。例如 催化裂化过程，催化剂在几分钟内即显著失活， 须用上述装置不断予以分离后进行再生。
第六章 流化床反应器
概述
流化床反应器 （fluidized bed reactor）
是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
流化床反应器通常为一直立的圆筒型容器，容器下部 一般设有分布板，细颗粒状的固体物料装填在容器内，流 体向上通过颗粒层，当流速足够大时，颗粒浮起，呈现流 化状态。由于气固流化床内通常出现气泡相和乳化相，状 似液体沸腾，因而流化床反应器亦称为沸腾床反应器。
段。此时的速度称为带出速度，也称最大流化速度ut 或终端速度。
流化床反应器 fluidized reactor
流态化现象
ΔP 500
300 200
100 50
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 ）
②无固体物料连续进料和出料装置，用于固体颗粒 性状在相当长时间（如半年或一年）内，不发生 明显变化的反应过程。
流化床反应器结构 反应器主体
扩大段 分离段（气泡相或稀相）
浓相段（乳相或密相） 锥底
流化床反应器的优点
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，可在最佳温度点操作,而且易于控 制，特别适用于强放热反应；
当流体流速很小时,固体颗粒在床层中固定不动,此时为固定床阶段。 当气速进一步加大时，床层高度逐渐增加，固体颗粒悬浮在气体中并 随气体运动而上下翻滚，此时为流化床阶段，称为流态化现象。开始流化
的最小气速称为临界流化速度 umf
当流体速度更高时，固体颗粒就不能沉降下来，正常的流化状态被 破坏，整个床层的粒子被气流带走,床层上界面消失,床层处于气流输送阶