1、第七章流化床反應(yīng)器,流化床中的兩相運(yùn)動(dòng) 流化床中的傳熱和傳質(zhì) 流化床反應(yīng)器的模擬和放大,7.1 流化床中的兩相運(yùn)動(dòng),概述 顆粒的流化特性 特征流速 氣泡及其行為 分布板與內(nèi)部構(gòu)件 乳相動(dòng)態(tài) 顆粒的帶出和揚(yáng)析,一、概述,床層顆粒運(yùn)動(dòng)形態(tài) 流體自下而上流過(guò)床層，改變流體流速，床層顆粒的運(yùn)動(dòng)形態(tài)的變化會(huì)有如下幾種情形 固定床 起始流化 散式流化（膨脹床） 聚式流化（鼓泡床） 節(jié)涌床 湍流床 氣流輸送,床層的劃分 依據(jù)顆粒濃度，分為上下兩部分 上部：稀相床 下部：密相床 /濃相床 流化床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn) 傳熱效能高，床內(nèi)溫度易控制 用于氧化、裂解、焙燒、干燥等過(guò)程 大量固體顆粒可方便地往來(lái)運(yùn)輸 用于催化裂

2、化 粒子細(xì)，可消除內(nèi)擴(kuò)散阻力，充分發(fā)揮催化劑的效能,流化床反應(yīng)器的缺點(diǎn) 氣流狀況不均，有大量氣泡產(chǎn)生，氣-固兩相接觸不夠有效，達(dá)到高轉(zhuǎn)化率較困難 粒子運(yùn)動(dòng)全混式，停留時(shí)間不均一，以粒子為加工對(duì)象時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量不一 粒子磨損，帶出造成粒子損失，需加旋風(fēng)分離器等粒子回收系統(tǒng),二、顆粒的流化特性,Geldart顆粒分類法 以顆粒密度、粒徑劃分； A、B：適用于流化，A類顆粒流化性能最好。 A：100500m，0.20.4g/cm3 B：2002000m，0.55g/cm3 C：顆粒過(guò)細(xì)，粒間有粘附性，易溝流，不適用于流化； dp 1000m，p 0.5 g/cm3,三、特征流速,起始流化速度（最小流化

3、速度） 指剛剛能夠使粒子流化起來(lái)的氣體空床流速 采用測(cè)定床層壓降變化的方法來(lái)確定,起始流化速度（最小流化速度） 流化床的壓降計(jì)算公式 起始流化速度計(jì)算公式 對(duì)小粒子，左側(cè)第一項(xiàng)可忽略 對(duì)大粒子，左側(cè)第二項(xiàng)可忽略,起始流化速度（最小流化速度） 起始流化速度計(jì)算公式 床層空隙率mf和顆粒形狀系數(shù)s 查表或查圖得到 近似地取： 由此，前面的三個(gè)方程式可寫為 對(duì)小粒子 對(duì)大粒子 上述各式中，計(jì)算結(jié)果需用 來(lái)檢驗(yàn),帶出速度 當(dāng)氣速增大到某一定值時(shí)，流體對(duì)粒子的曳力與粒子的重力相等，則粒子就會(huì)被氣流帶走。這一速度稱為帶出速度（或稱終端速度），與粒子的自由沉降速度 粒子的力平衡,CD稱為曳力系數(shù) 對(duì)球形粒子

4、,帶出速度 對(duì)球形粒子 而對(duì)非球形粒子： 上述各式中，計(jì)算結(jié)果需用 來(lái)檢驗(yàn),操作氣速 一般而言，流化床的操作氣速范圍為： 對(duì)細(xì)粒子 對(duì)大粒子 可見(jiàn)， 一般，取流化數(shù) 可取,四、氣泡及其行為,氣泡結(jié)構(gòu) 氣泡 氣泡相 （氣泡+氣泡云+尾渦）或（氣泡+氣泡暈） 氣泡以外的密相床 乳（濁）相,氣泡速度和大小 單個(gè) 氣泡群 床徑、分布板對(duì)ub有影響 氣泡大小,氣泡云與尾渦 氣泡云相對(duì)厚度 二維床 三維床 式中，Rc、Rb分別為氣泡云和氣泡的半徑。 尾渦體積 全部氣泡占床層的體積分率,氣泡中的粒子含量 （粒子體積與氣泡體積之比） 氣泡中 可忽略不計(jì) 氣泡暈中 乳相中： 粒子體積與氣泡體積之比re滿足：,五

5、、分布板與內(nèi)部構(gòu)件,分布板 分布板設(shè)計(jì)的好壞對(duì)于流化床的操作有很大的影響 型式 單層的篩板、凹形篩板、多層篩板、夾層填料、管式分布器、泡帽、側(cè)縫錐帽 分布板影響區(qū) 氣體從分布板上的氣孔中流出來(lái)時(shí)，由于氣速很高，可能形成一股噴射流，使得在近分布板區(qū)，氣-固接觸劇烈，傳熱、傳質(zhì)速率高，因此，反應(yīng)轉(zhuǎn)化快 一般認(rèn)為，其影響范圍大致在250mm的高度左右,分布板 分布板的設(shè)計(jì) 為了保證流化均勻而穩(wěn)定，分布板需有足夠高的壓降，一般取 通常分布板開(kāi)孔率?。?%； 設(shè)計(jì)過(guò)程,內(nèi)部構(gòu)件 垂直管、水平管、多孔板、水平擋網(wǎng)、斜片百葉窗擋板等,六、乳相動(dòng)態(tài),顆粒 全混式 氣流 氣泡區(qū)、泡暈區(qū)、上流區(qū)、回流區(qū),七、顆粒

6、的帶出和揚(yáng)析,揚(yáng)析 氣流連續(xù)通過(guò)床層時(shí)，床層內(nèi)那些帶出速度小于操作氣速的顆粒將不斷被帶出去的現(xiàn)象 揚(yáng)析速度 揚(yáng)析常數(shù),揚(yáng)析常數(shù) 實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式 沉降分離高度（T.D.H.） 流化床內(nèi)，揚(yáng)析的粒子濃度隨床層高度的位置變化而變化，當(dāng)達(dá)到某一高度后，能夠被重力分離下來(lái)的顆粒都已沉析下來(lái)，只有帶出速度小于操作氣速的顆粒才會(huì)一直被帶走，因此，以上區(qū)域顆粒的含量接近于恒定，這一高度稱為(沉降)分離高度(T.D.H.) 這一高度就是旋風(fēng)分離器的第一級(jí)入口位置,擴(kuò)大段 在流化床頂部安裝一個(gè)擴(kuò)大段，使氣速降低，讓更多的粒子沉析下來(lái)，從而減輕了旋風(fēng)分離器的負(fù)荷 旋風(fēng)分離器,7.2 流化床中的傳熱和傳質(zhì),床層與外壁間的給熱 床層與浸沒(méi)于床內(nèi)的換熱面之間的給熱 垂直管 水平管 顆粒與流體間的傳質(zhì) 氣泡與乳相間的傳質(zhì),7.3 流化床反應(yīng)器的模擬和放大,數(shù)學(xué)模型 常見(jiàn)模型 兩相模型：氣相-乳相；上流相（氣+固）-下流相（氣+固）； 氣泡相-乳相； 三相模型：氣泡相-上流相（氣+固）-下流相（氣+固）；氣泡相-氣泡云-乳