.,流化床反應(yīng)器的設(shè)計,.,一、固體流態(tài)化基本概念,二、流化床反應(yīng)器,三、流化床反應(yīng)器中的傳質(zhì)和傳熱,四、流化床反應(yīng)器的參數(shù)及其工藝計算,五、流化床的數(shù)學(xué)模型,.,一、固體流態(tài)化基本概念:,1、流態(tài)化：固體粒子像流體一樣進行流動的現(xiàn)象。除重力作用外一般是依靠氣體或液體的流動來帶動固體顆粒運動的。,固體流態(tài)化分為幾種形式如下：（a)固定床(b)臨界流化床(c)流化床(d)氣流輸送床,.,1、流態(tài)化的形式,.,1、流態(tài)化的形式,（1）散式流化床:顆粒均勻地分布在整個流化床。隨著流速增加床層均勻膨脹。床內(nèi)孔隙率均勻增加。床層上界面平穩(wěn)，壓降穩(wěn)定、波動(2)聚式流化床:聚式流態(tài)化出現(xiàn)在流-固密度差較大的體系。,2.散式流化床和聚式流化床,.,1、流態(tài)化的形式,以氣泡形式夾帶少量顆粒穿過床層向上運動的不連續(xù)的氣泡稱為氣泡相,顆粒濃度與空隙率分布較為均勻且接近初始流態(tài)化狀態(tài)的連續(xù)相，稱為乳化相。,散式流化床,聚式流化床,.,1、流態(tài)化的形式,一般情況兩種流化床的判別：,3.兩種流化態(tài)的判別,散式流化床,聚式流化床,顆粒與流體之間的密度差是它們主要區(qū)別,氣固流化為聚式流化,液固流化為散式流化,.,1、流態(tài)化的形式,特殊（壓力較高的氣固系統(tǒng)或者用較輕的液體流化較重的顆粒）情況下兩種流化床判別：wilhelm和郭慕孫首先先用弗勞德數(shù)來區(qū)分兩種流化態(tài)：,研究表明：,為散式流化,為聚式流化,.,二、流化床反應(yīng)器（FluidizedBed）,流化床反應(yīng)器是：利用氣體或液體自下而上通過固體顆粒床層而使固體顆粒處于懸浮運動狀態(tài),并進行氣固相反應(yīng)或液固相反應(yīng)的反應(yīng)。在用于氣固系統(tǒng)時，又稱沸騰床反應(yīng)器。,.,1、概述,流化床反應(yīng)器廣泛應(yīng)用于氣固催化反應(yīng)器，由于流化床反應(yīng)器具有傳熱性能好、溫度均勻的特點，已成為強放熱反應(yīng)或?qū)囟忍貏e敏感的反應(yīng)過程重要設(shè)備。如成功應(yīng)用于萘催化氧化制備鄰苯二甲酸酐、丙烯氨氧化制備丙烯腈等。,.,2.流化床反應(yīng)器的工作原理,催化劑在氣流的作用下呈流態(tài)化。被處理的氣體由下部進氣管進入，經(jīng)過流化床發(fā)生催化反應(yīng)，在經(jīng)高溫過濾器分離催化劑后，由排氣管排放。為防止催化劑顆粒堵塞過濾器，從上部噴入某種氣體進行周期性反吹清灰。流化床內(nèi)還設(shè)有列管式換熱器，以控制反應(yīng)溫度。,.,3、流化床反應(yīng)器的特點,結(jié)構(gòu)簡單傳熱效能高，床層溫度均勻氣固相間傳質(zhì)速率較高催化劑粒子小，效能高有助于催化劑循環(huán)再生催化劑和設(shè)備磨損大氣流不均時氣固相接觸效率降低返混大，影響產(chǎn)品質(zhì)量均一性,.,4、流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu),流化床反應(yīng)器類型按固體顆粒是否在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)分（1）單器流化床（2）雙器流化床按床層的外型分(1)圓筒形(2)圓錐形按床層中是否置有內(nèi)部構(gòu)件分(1)自由床(2)限制床按反應(yīng)器內(nèi)層數(shù)的多少分(1)單層(2)多層,.,反應(yīng)器主體,流化床反應(yīng)器主要由殼體、內(nèi)部構(gòu)件、換熱裝置、氣固分離裝置組成。,.,三、流化床反應(yīng)器中的傳質(zhì)和傳熱,流化床反應(yīng)器中的傳質(zhì),顆粒與流體間的傳質(zhì),氣泡與乳化相間的傳質(zhì),1、流化床反應(yīng)器中的傳質(zhì),.,（1）顆粒與流體間的傳質(zhì)氣體進入床層后，部分通過乳化相流動，其余則以氣泡形式通過床層。乳化相中的氣體與顆粒接觸良好，而氣泡中的氣體與顆粒接觸較差。,關(guān)鍵是確定其傳質(zhì)系數(shù)kG。,.,由于流化床反器中的反應(yīng)實際上是在乳化相中進行的，所以氣泡與乳化相間的氣體交換作用非常重要。相間傳質(zhì)速率與表面反應(yīng)速率的快慢，對于選擇合理的床型和操作參數(shù)都相關(guān)。,（2）氣泡與乳化相間的傳質(zhì),相間傳質(zhì)的途徑，氣泡氣泡暈乳相,.,理想流體的流化床壓降與流速,固定床階段：如圖AB段壓力降P隨著流速u的增加而增加,流化床階段：如圖DE段所示床層的壓力降保持不變。,流體輸送階段：壓降與流化速度無關(guān)。,壓降,.,實際流化床的壓降與流速：,顆粒之間由于相互接觸，部分顆粒可能有架橋、嵌接等情況，造成開始流化時需要大于理論值的推動力才能使床層松動，即形成較大的壓力降。,原因：,.,2、流化床反應(yīng)器中的傳熱,具有溫度分布均勻和傳熱速率高的特點，特別適于產(chǎn)生大量反應(yīng)熱的化學(xué)反應(yīng)，同時換熱器的傳熱面積可以減小，結(jié)構(gòu)更緊湊。,傳熱的三種基本形式：固體顆粒之間的傳熱固體顆粒與流體之間的傳熱床層與換熱面之間的傳熱,.,臨界流化速度umf,（小顆粒）,（大顆粒）,由上式看出，影響臨界流化速度的因素有：顆粒直徑顆粒密度流體黏度,四、流化床反應(yīng)器的參數(shù)及其工藝計算,1、氣體流速,.,實際操作氣速u0,選定依據(jù)是流化數(shù)即u0/umf，通常為1.510還可以按照u0/ut=0.10.4原則選取，所用氣體流速一般在0.150.5左右。,帶出速度ut,.,2、流化床床反應(yīng)器的工藝計算,首先選型,再確定床高床徑，內(nèi)部構(gòu)件,最后計算壓力降,選型：主要應(yīng)根據(jù)工藝過程特點來考慮，即化學(xué)反應(yīng)特點、顆?；虼呋瘎┑奶匦?、對產(chǎn)品的要求即生成規(guī)模,.,流化床的直徑,氣體的體積流量,反映器直徑,放映器的絕對溫度(K)和絕對壓力(Pa),以T、p計的表觀氣流,.,流化床的床高：,(1)臨界流化床高,(2)流化床高,床層膨脹比R,空隙率,和為臨界狀態(tài)和實際操作條件下床層的平均密度。,.,3.流化床反應(yīng)器壓力降計算,流化床反應(yīng)器壓力降,氣體分布板壓力降,流化床壓力降,分離設(shè)備壓力降,.,4、氣體分布板,（1）分布板的類型,.,（2）分布板的作用具有均勻分布氣流的作用，同時其壓降要小。能使流化床有一個良好的起始流態(tài)化狀態(tài)。操作過程中不易被堵塞和磨蝕。,（3）分布板的壓力降計算,開孔率；,阻率系數(shù)，其值在1.5-2.5,.,（4）設(shè)計或選擇分布板的基本要求氣體分布均勻，防止積料，結(jié)構(gòu)簡單，材料節(jié)省，壓降合理。,5、內(nèi)部構(gòu)件（1）種類垂直管、水平管、多孔板、水平擋網(wǎng)、斜片百葉窗擋板，等。（2）作用傳熱，控制氣泡聚并，改變氣-固相流動和接觸狀況，減少顆粒帶出。,.,建立數(shù)學(xué)模型的目的是要定量地分析影響流化床性能的各個參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，解決反應(yīng)器放大和控制以及相關(guān)的最優(yōu)化問題。模型的類別（1）簡單均相模型,全混流模型,活塞流模型,（2）