化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備石化工程學(xué)院應(yīng)化教研室主講人：曹法凱流化床反應(yīng)器的傳質(zhì)與傳熱流化床的傳質(zhì)過(guò)程是在流體與顆粒的接觸中完成的，從而達(dá)到高效的傳質(zhì)和傳熱的目的，這正是流化床反應(yīng)器最突出的優(yōu)點(diǎn)。因而流化床中的傳質(zhì)及傳熱也是最重要的問(wèn)題。傳質(zhì)是以兩相間的具體運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，包括顆粒與流體間的傳質(zhì)，床層與器壁或浸泡物體間的傳質(zhì)，氣泡與乳化相間的傳質(zhì)。由于傳質(zhì)過(guò)程影響因素眾多，目前只能從機(jī)理性假設(shè)出發(fā)，推導(dǎo)出傳熱系數(shù)，對(duì)于實(shí)際情況仍需靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和關(guān)聯(lián)式加以解決。一、流化床反應(yīng)器的傳質(zhì)1.顆粒與流體間的傳質(zhì)氣體進(jìn)入床層后，部分通過(guò)乳化相流動(dòng)，其余則以氣泡形式通過(guò)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，原因是氣泡中幾乎不含顆粒，氣體與顆粒接觸的主要區(qū)域集中在氣泡與氣泡暈的相界面和尾渦處。無(wú)論流化床用作反應(yīng)器還是傳質(zhì)設(shè)備，顆粒與氣體間的傳質(zhì)速率都將直接影響整個(gè)反應(yīng)速率或總傳質(zhì)速率。所以流化床中顆粒與流體間的傳質(zhì)系數(shù)kG是一個(gè)重要的參數(shù)。我們可以通過(guò)傳質(zhì)速率來(lái)判斷整個(gè)過(guò)程的控制步驟。2.氣泡與乳化相間的傳質(zhì)由于流化床反應(yīng)器中的反應(yīng)是在乳化相中進(jìn)行的，所以氣泡與乳化相之間的氣體交換作用（也稱相間傳質(zhì)）非常重要。相間傳質(zhì)速率與表面反應(yīng)速率的快慢，對(duì)于選擇合理的床型和操作參數(shù)都直接相關(guān)。相間交換示意圖

從相間交換的示意圖可以看出，從氣泡到氣泡暈再到乳化相的傳遞是一個(gè)串聯(lián)過(guò)程。二、流化床反應(yīng)器的傳熱由于流化床中流體與顆粒的快速循環(huán)，流化床具有傳熱效率高、床層溫度均勻的優(yōu)點(diǎn)。氣體進(jìn)入流化床后很快達(dá)到流化床層溫度，這是因?yàn)闅夤滔嘟佑|面積大，顆粒循環(huán)速度高，顆粒混合得很均勻以及床層中顆粒比熱容遠(yuǎn)比氣體比熱容高等原因。在一般情況下，自由流化床是等溫的，粒子與流體之間的溫差（除特殊情況外）可以忽略不計(jì)。1.流化床傳熱過(guò)程分析研究流化床傳熱，確定維持流化床溫度所必需的傳熱面積，是流化床設(shè)計(jì)和操作的重要問(wèn)題。流化床內(nèi)的傳熱包括：（1）床層內(nèi)固體顆粒之間的傳熱因?yàn)轭w粒劇烈攪動(dòng)，湍流混合，導(dǎo)熱能力很高，所以傳熱阻力忽略。一般在設(shè)計(jì)中不考慮。（2）顆粒與流體間的傳熱顆粒與流體間的傳熱主要以對(duì)流方式進(jìn)行，熱阻在顆粒外的氣膜。實(shí)驗(yàn)證明，距離分布板25mm區(qū)域內(nèi)，氣固兩相存在溫差，高于25mm，由于兩相高速傳熱，床層溫度分布均勻，可視無(wú)溫差。（3）床層與器壁或換熱器表面的傳熱流化床反應(yīng)器內(nèi)部換熱器的外管壁周圍存在著一層氣膜，在氣膜外圍是固體顆粒邊界層，邊界層之外是流化中心區(qū)。在邊界層內(nèi)，固體顆粒基本上與器壁平行向下循環(huán)運(yùn)動(dòng)，邊界層和流化中心區(qū)之間有側(cè)向顆粒更換。氣膜阻力是傳熱的決定性因素，為整個(gè)傳熱過(guò)程的控制步驟，