第三章固体流态化分析
合集下载
相关主题
- 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)。
床高
TDH
L 气体中颗粒的浓度
流态化催化裂化装置：
原料油高温气化后 与催化剂颗粒在提升管 内形成高速并流向上的 稀相输送，5～7秒即可 完成原料油的催化裂解 反应。催化剂经旋风离 器分离后由下行管进入 再生器，被从底部送入 的空气流化再生，停留 时间约为7～12分钟。
吹出用 水蒸气
提升管 反应器
裂解产物 反应器内的 旋风分离器
送风机
气力输送的类型及装置 组合体系：
分流阀
引(或送)风机
气力输送 (Pneumatic transport)
气源
风机
料仓
颗粒进料与加速段
气－固分离
进料段 颗粒加速段
膨胀段
密相
稀相
气固分离装置
稳定输送段
弯管加速区 高磨损区
气力输送的类型及装置
稀相输送（ < 15） 和密相输送（ > 15）
负压体系：一般为稀相输送
引风机
气力输送的类型及装置 正压体系： 低压：<100 kPa；中压：<300 kPa；高压：<1000 kPa
实际的流化现象
聚式流化
气-固系统
当表观流速超过起始流化速度 umf而开始流化
表面特征： 空穴，移动和合并，破裂
充分流态化的床层表现出类似于液体的性质：
u
u
(a)
(b)
L
p
u
u
(c)
(d)
uu
(e)
➢ a:密度比床层平均密度 m 小的物体可以浮在床面上
➢ b床面保持水平
➢ c服从流体静力学，即高差为 L 的两截面的压差ΔP =mgL
则根据流速的不同，会出现三种不同的情况 固定床阶段 流化床阶段 颗粒输送阶段
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
膨 胀 床
L Lf
L
L0
L Lmf
鼓 泡 床
Lf
节 涌
气 力 输 送
➢ d颗粒具有与液体类似的流动性，可以从器壁的小孔喷出 ➢ e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
不正常的流化现象
S
起伏
正常值
pb W A
log p B log p b
大高径比床层 log u
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。
烟道器
再生器
预热器
主风机
wenku.baidu.com进料油
气力输送 (Pneumatic transport)
气力输送：在密闭的管道中借用气体(最常用的是空气)动力 使固体颗粒悬浮并进行输送。
输送对象：从微米量级的粉体到数毫米大小的颗粒。 优点：效率高；全密闭式的输送既可保证产品质量、又可
避免粉体对环境的污染；容易实现管网化和自动化； 可在输送过程中同步进行气固两相的物理和化学加 工(颗粒干燥、表面包裹、气固反应等)。 缺点：能耗高，设计和操作不当易使颗粒过度碰撞而磨蚀、 破碎，同时造成管道和设备的磨损。对含水量多、 有粘附性或高速运动时易产生静电的物料，不宜用 气力输送，而以机械输送为宜。
气体
多孔板
气体
风帽
气体
管式
内部构件：阻止气泡合并或破碎大气泡。 宽分布粒度：宽分布粒度的细颗粒可提高床层的均化程度。
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 1 mf Lmf 1
流体 2020/10/19
流体
流体
流体 流体 流体 3
2020/10/19
4
不同阶段
固定床: 如果流体通过床层的表观速度较低，颗粒空隙
中流体的实际流速小于颗粒的沉降速度，颗粒基本上 静止不动，颗粒层为固定床。
起始流态化：流体的流速达到某一数值时，颗粒开始
浮动。流速为起始流化速度，一般很小。
膨胀床（散式流化床或均匀流化床）：膨胀均
匀且波动很小，粒子分布均匀。
不同阶段
鼓泡床：气速达到一定值时，才有气泡。此时速度为
起始鼓泡速度。
节涌床：床高与床径比大，气泡在上升过程中可能聚
并增大甚至达到占据整个床层，固体粒子一节节的往 上柱塞式的推动，直到达到某一位置崩落为止，这种 现象称为节涌。
流化床和颗粒输送阶段
umax ut0 ut 颗粒沉降速度， 0 固定床空隙率
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。
流化床床层高度及分离高度 分离高度 H 或 TDH（Transport Disengaging Height）： 流化床膨胀高度以上颗粒可以依靠重力沉降回落的高度。超 过这一高度后颗粒将被带出。TDH 的确定对流化床气体出 口位置的设计具有重要意义。
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。
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。
固体颗粒流态化 (Fluidization)
将大量固体颗粒悬浮在流体之中，从而使颗 粒具有类似于流体的某些表观特性，这种流固接 触状态称为固体流态化，又称假液化 。
1 . 流化床的基本概念
流态化 (流化床)：颗粒在流体中悬浮或随其一起流动。 强化颗粒与流体间的传热、传质与化学反应特性。
假设
床层是由均匀颗粒组成的 流体自下而上地流过颗粒层
当u umax时, 床内颗粒层将"膨胀"
u1
u
,
u1
当u1
ut时，
床层不再膨胀。流化床内u
ut
u ut ， 颗粒必获得上升速度
颗粒将被流体带出器外， 这是颗粒输送阶段。
实际的流化现象
散式流化
液-固系统 表观流速达到某个临界值 umf时（umf 称为起始流化速度）
表面特征： 颗粒摇摆，随机运动，忽上忽下，忽左忽右
TDH
L 气体中颗粒的浓度
流态化催化裂化装置：
原料油高温气化后 与催化剂颗粒在提升管 内形成高速并流向上的 稀相输送，5～7秒即可 完成原料油的催化裂解 反应。催化剂经旋风离 器分离后由下行管进入 再生器，被从底部送入 的空气流化再生，停留 时间约为7～12分钟。
吹出用 水蒸气
提升管 反应器
裂解产物 反应器内的 旋风分离器
送风机
气力输送的类型及装置 组合体系：
分流阀
引(或送)风机
气力输送 (Pneumatic transport)
气源
风机
料仓
颗粒进料与加速段
气－固分离
进料段 颗粒加速段
膨胀段
密相
稀相
气固分离装置
稳定输送段
弯管加速区 高磨损区
气力输送的类型及装置
稀相输送（ < 15） 和密相输送（ > 15）
负压体系：一般为稀相输送
引风机
气力输送的类型及装置 正压体系： 低压：<100 kPa；中压：<300 kPa；高压：<1000 kPa
实际的流化现象
聚式流化
气-固系统
当表观流速超过起始流化速度 umf而开始流化
表面特征： 空穴，移动和合并，破裂
充分流态化的床层表现出类似于液体的性质：
u
u
(a)
(b)
L
p
u
u
(c)
(d)
uu
(e)
➢ a:密度比床层平均密度 m 小的物体可以浮在床面上
➢ b床面保持水平
➢ c服从流体静力学，即高差为 L 的两截面的压差ΔP =mgL
则根据流速的不同，会出现三种不同的情况 固定床阶段 流化床阶段 颗粒输送阶段
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
膨 胀 床
L Lf
L
L0
L Lmf
鼓 泡 床
Lf
节 涌
气 力 输 送
➢ d颗粒具有与液体类似的流动性，可以从器壁的小孔喷出 ➢ e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
不正常的流化现象
S
起伏
正常值
pb W A
log p B log p b
大高径比床层 log u
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。
烟道器
再生器
预热器
主风机
wenku.baidu.com进料油
气力输送 (Pneumatic transport)
气力输送：在密闭的管道中借用气体(最常用的是空气)动力 使固体颗粒悬浮并进行输送。
输送对象：从微米量级的粉体到数毫米大小的颗粒。 优点：效率高；全密闭式的输送既可保证产品质量、又可
避免粉体对环境的污染；容易实现管网化和自动化； 可在输送过程中同步进行气固两相的物理和化学加 工(颗粒干燥、表面包裹、气固反应等)。 缺点：能耗高，设计和操作不当易使颗粒过度碰撞而磨蚀、 破碎，同时造成管道和设备的磨损。对含水量多、 有粘附性或高速运动时易产生静电的物料，不宜用 气力输送，而以机械输送为宜。
气体
多孔板
气体
风帽
气体
管式
内部构件：阻止气泡合并或破碎大气泡。 宽分布粒度：宽分布粒度的细颗粒可提高床层的均化程度。
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 1 mf Lmf 1
流体 2020/10/19
流体
流体
流体 流体 流体 3
2020/10/19
4
不同阶段
固定床: 如果流体通过床层的表观速度较低，颗粒空隙
中流体的实际流速小于颗粒的沉降速度，颗粒基本上 静止不动，颗粒层为固定床。
起始流态化：流体的流速达到某一数值时，颗粒开始
浮动。流速为起始流化速度，一般很小。
膨胀床（散式流化床或均匀流化床）：膨胀均
匀且波动很小，粒子分布均匀。
不同阶段
鼓泡床：气速达到一定值时，才有气泡。此时速度为
起始鼓泡速度。
节涌床：床高与床径比大，气泡在上升过程中可能聚
并增大甚至达到占据整个床层，固体粒子一节节的往 上柱塞式的推动，直到达到某一位置崩落为止，这种 现象称为节涌。
流化床和颗粒输送阶段
umax ut0 ut 颗粒沉降速度， 0 固定床空隙率
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。
流化床床层高度及分离高度 分离高度 H 或 TDH（Transport Disengaging Height）： 流化床膨胀高度以上颗粒可以依靠重力沉降回落的高度。超 过这一高度后颗粒将被带出。TDH 的确定对流化床气体出 口位置的设计具有重要意义。
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。
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。
固体颗粒流态化 (Fluidization)
将大量固体颗粒悬浮在流体之中，从而使颗 粒具有类似于流体的某些表观特性，这种流固接 触状态称为固体流态化，又称假液化 。
1 . 流化床的基本概念
流态化 (流化床)：颗粒在流体中悬浮或随其一起流动。 强化颗粒与流体间的传热、传质与化学反应特性。
假设
床层是由均匀颗粒组成的 流体自下而上地流过颗粒层
当u umax时, 床内颗粒层将"膨胀"
u1
u
,
u1
当u1
ut时，
床层不再膨胀。流化床内u
ut
u ut ， 颗粒必获得上升速度
颗粒将被流体带出器外， 这是颗粒输送阶段。
实际的流化现象
散式流化
液-固系统 表观流速达到某个临界值 umf时（umf 称为起始流化速度）
表面特征： 颗粒摇摆，随机运动，忽上忽下，忽左忽右