第三章固体流态化..

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。
床高
TDH
L 气体中颗粒的浓度
裂解产物
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。
流体
流体
流体
流体 流体
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不同阶段
固Baidu Nhomakorabea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
反应器内的 旋风分离器 烟道器 吹出用 水蒸气
再生器
提升管 反应器
预热器
主风机
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)。
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 L mf 1 mf 1
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。
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。
气力输送 (Pneumatic transport)
气源
风机
料仓
颗粒进料与加速段
弯管加速区
进料段 颗粒加速段 气－固分离 膨胀段 密相 稀相 高磨损区
不正常的流化现象
S
起伏 正常值
log p B
大高径比床层
log p b
pb W A
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。 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。
表面特征： 颗粒摇摆，随机运动，忽上忽下，忽左忽右
实际的流化现象
气-固系统 聚式流化 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：
L
p
u
(a)
u
(b) (c)
u
u
(d)
u
(e)
u
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 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
固定床阶段
流化床阶段
颗粒输送阶段
流态化现象
ΔP 500 固定床 300 200 100 50 1 2 umf 10 空床流速 u0 50 ㎝/s 100 斜率=1 夹带开始 Δ P=W/At 流化床
固 定 床
L0
L
起 始 流 化
L
膨 胀 床
Lf
L
鼓 泡 床
Lf
节 涌 气 力 输 送
Lmf
流体
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当u umax时, u 床内颗粒层将"膨胀"
u1 , u1

当u1 ut时， 床层不再膨胀。流化床内 ut
u

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
液-固系统
散式流化
表观流速达到某个临界值 umf时（umf 称为起始流化速度）
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 则根据流速的不同，会出现三种不同的情况
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。
气体 气体 气体
多孔板
风帽
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
稳定输送段
气固分离装置
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
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
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 ut 0 ut 颗粒沉降速度， 0 固定床空隙率