流化床反应器的设计

•(1)临界流化床高
•空隙 率
•(2)流化床高
•床层膨胀比R
• 和 为临界状态和实际操作条件下床层的平均密度 。
•3.流化床反应器压力降计算
•流化床反应器压力降
•气体分布板压力降 •流化床压力降 •分离设备压力降
•4、气体分布板
•（1）分布板的类型
•（2）分布板的作用 • ①具有均匀分布气流的作用，同时其压降要小 。 • ②能使流化床有一个良好的起始流态化状态。 ③操作过程中不易被堵塞和磨蚀。 （3）分布板的压力降计算
•液固流化为散式流化
•散式流化床 •聚式流化床
•颗粒与流体之间的密度差是它们主要区别
•气固流化为聚式流化
•②特殊（压力1较、高流的气态固化系统的或形者用式较轻的液体流化
较重的颗粒）情况下两种流化床判别：
•
wilhelm和郭慕孙首先先用弗劳德数来区分两种流化态：
•研究表明：
•为散式流化 •为聚式流化
① 结构简单 ② 传热效能高，床层温度
均匀 ③ 气固相间传质速率较高 ④ 催化剂粒子小，效能高 ⑤ 有助于催化剂循环再生 ⑥ 催化剂和设备磨损大 ⑦ 气流不均时气固相接触
效率降低 ⑧ 返混大，影响产品质量
均一性
•4、流化床反应器的结构
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、流化床反应器中的传热
• 具有温度分布均匀和传热速率高的 特点，特别适于产生大量反应热的化学反 应，同时换热器的传热面积可以减小，结 构更紧凑。
传热的三种基本形式：
①固体颗粒之间的传热
②固体颗粒与流体之间的传热
③床层与换热面之间的传热
四、流化床反应器的参数及其工艺计 算
•1、气体流速
➢临界流化速度umf
流化床反应器的设计
2020年6月1日星期一
一、固体流态化基本概念
• •二、流化床反应器
•三、流化床反应器中的传质 和传热
四、流化床反应器的参 数
•五、流及化其床工艺的计数算学模型
一、固体流态化基本概念:
• 1、流态化： • 固体粒子像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
•五、流化床的数学模型
• 建立数学模型的目的是要定量地分析影响流化 床性能的各个参数之间的数学关系，解决反应器放大
和控制以及相关的最优化问题。
• 模型的类别
•全混流Hale Waihona Puke Baidu型
• （1）简单均相模型 •{ •活塞流模型
•（2）两相模型 •（3）三相模型
•{•气泡相（活塞流）— 乳化相（活塞流 ）•气泡相（活塞流）— 乳化相（全混流 ）
•相间传质的途径， • 气泡 → 气泡晕 → 乳相
•压降
• 理想流体的流化床压降与流速
• 固定床阶段：如图AB段压力降△P随着流速u的增加而增加 •流化床阶段：如图DE段所示床层的压力降保持不变 。
•流体输送阶段：压降与流化速度无关。
•实际流化床的压降与流速：
•原因 •颗粒之间由于相互接触，部分颗粒可能有架桥、嵌 ： 接等情况，造成开始流化时需要大于理论值的推动力 才能使床层松动，即形成较大的压力降。
•（小颗粒 ）
•（大颗粒）
•由上式看出，影响临界流化速度的因素有 ：
•①颗粒直径 ②颗粒密度 ③流体黏度
➢ 带出速度ut
➢ 实际操作气速u0
•①选定依据是流化数即u0/umf，通常为1.5~10 •②还可以按照u0/ut =0.1~0.4原则选取，所用气 体流速一般在0.15~0.5 左右。
•2、流化床床反应器的工艺计算
二、流化床反应器（Fluidized Bed ）
流化床反应器是：利 用气体或液体自下而 上通过固体颗粒床层 而使固体颗粒处于悬 浮运动状态,并进行 气固相反应或液固相 反应的反应。在用于 气固系统时，又称沸 腾床反应器。
•1、概述
• 流化床反应器广泛应用于气固催化反应 器，由于流化床反应器具有传热性能好、温 度均匀的特点，已成为强放热反应或对温度 特别敏感的反应过程重要设备。如成功应用 于萘催化氧化制备邻苯二甲酸酐、丙烯氨氧 化制备丙烯腈等。
•{•气泡相—上流相（气+固）— 下流相（气+固 ）•气泡相— 气泡云—乳化相
• 其它还有气泡模型、四区模型等，有些模型还考虑了分布器和 自由空间等的影响。
•2.流化床反应器的工作原理
• 催化剂在气流的作用下呈流态化。被处 理的气体由下部进气管进入，经过流化床发 生催化反应，在经高温过滤器分离催化剂后 ，由排气管排放。为防止催化剂颗粒堵塞过 滤器，从上部喷入某种气体进行周期性反吹 清灰。流化床内还设有列管式换热器，以控 制反应温度。
•3、流化床反应器的特点
带动固体颗粒运动的。
• 固体流态化分为几种形式如下：
• （a)固定床
•
(b)临界流化床
•
(c)流化床
•
(d)气流输送床
1、流态化的形式
•2.散式流化1、床和流聚式态流化化床的形式
•（1）散式流化床:
•
①颗粒均匀地分布在整个流化床。
•
②随着流速增加床层均匀膨胀。
•
③床内孔隙率均匀增加。
•
④床层上界面平稳，压降稳定、波动
•
（2）双器流化床
➢ 按床层的外型分
•
(1)圆筒形
•
(2)圆锥形
➢ 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
反应器主体
•
流化床反应器主要由壳体、内部构件、换热
装置、气固分离装置组成。
•三、流化床反应器中的传质和传热
•1、流化床反应器中的传质
•首先选型 •再确定床高床径，内部构件 •最后计算压力降
•①选型： • 主要应根据工艺过程特点来考虑，即化 学反应特点、颗粒或催化剂的特性、对产品的 要求即生成规模
•② 流化床的直径
•—气体的体积流量, •—反映器直径, •—放映器的绝对温度(K)和绝对压力(Pa) •—以T、p计的表观气
•③流化床的床高：
•流化床反应器中的传质
•颗粒与流体间的传质 •气泡与乳化相间的传质
（1）颗粒与流体间的传质
①气体进入床层后，部分通过乳化相流动，其余
则以气泡形式通过床层。
② 乳化相中的气体与颗粒接触良好，而气泡中
的气体与颗粒接触较差。 • ③关键是确定其传质系数kG 。
•气泡云
（2）气泡与乳化相间的传质
• 由于流化床反器中的反应实际上是在乳化相中进行 的，所以气泡与乳化相间的气体交换作用非常重要。相 间传质速率与表面反应速率的快慢，对于选择合理的床 型和操作参数都相关。
• (2) 聚式流化床:
•
聚式流态化出现在流-固密度差较大的体系
。
•散式流 化床
1、流态化的•聚化形式床流式
•以气泡形式夹带少 量颗粒穿过床层向 上运动的不连续的
气泡称为气泡相
颗粒浓度与 空隙率分布较 为均匀且接近 初始流态化状 态的连续相， 称为乳化相。
•3.两种流1化、态流的判态别化的形式
•①一般情况两种流化床的判别：
•开孔率； •阻率系数，其值在1.5-2.5
•（4）设计或选择分布板的基本要求
• 气体分布均匀，防止积料， 结构简单，材料节省 ，压降合理。
•5、内部构件
• （1）种类 • 垂直管、水平管、多孔板、水平挡网、斜片百叶窗 挡板，等。 • （2）作用 • 传热，控制气泡聚并，改变气-固相流动和接触状况 ，减少颗粒带出。