反应工程第七章.ppt

第七章 气固相催化反应 流化床反应器 所谓流态化就是固体粒子像流体一样进行流动的现象。 7.1.1 流体床的基本概念 流态化的各种状态 流化床类似液体的性状 轻的物体浮起； 表面保持水平； 固体颗粒从孔中喷出； 床面拉平； 床层重量除以截面积等于压强 7.1.1 流体床的基本概念 7.1.1 流体床的基本概念 流态化现象：使微粒固体通过与气体或液体接触而转变成类似流体的操作。 固体颗粒层与流体接触的不同类型： 流体流速增加 固定床 初始流态化 散式流态化 聚式流态化 腾涌 稀相流态化 液体 气体 7.1.1 流体床的基本概念 7.1.1 流体床的基本概念 增大气速，床层压降如下变化： （1）当气速U较小时，床层内的催化剂颗粒不活动，处于堆紧状态，即处于固定床。随气体流速的增大，床层压降增加。（AB段） 7.1.1 流体床的基本概念 （2）气速增大到一定程度时，床层开始膨胀，一些细粒在有限的范围内运动。当气速再增高时，固体粒子被气流悬浮起来，即固体颗粒开始流化，继续增大气速，床层继续膨胀，固体运动也愈激烈，但床层压基本不变。（BC段） 7.1.1 流体床的基本概念 （3）气速再增大到某个数值，如C点 固体颗粒被气流带走，床层压降下降，气体再继续增大，被带出的粒子越多。最后被全部带出，压降为0。 7.1.1 流体床的基本概念 7.1.2 散式流化和聚式流化 （1）散式流态化 （多为液固流态化） 随着流体流量的加大，床层内空隙率增大，颗粒之间间距加大，而颗粒在床层中分布均匀，流体基本上以平推流形式通过床层，人们称这种流化形式为散式流态化。 7.1.2 散式流化和聚式流化 （2）聚式流态化 （多为气固流态化） 床层明显地分成两部分。其一是乳化相：固体颗粒被分散于流体中，单位体积内颗粒量类似于散式流化床的初始流化状态。其二是气泡相：流体以气泡形式通过床层。 两种流态化的判别 一般认为液固流态化为散式流态化，而气固之间的流化状态多为聚式流态化。 为散式流态化 为聚式流态化 7.1.2 散式流化和聚式流化 7.1.3浓相段和稀相段 当流体空塔速度值高于初始流化速度但低于逸出速度，颗粒在气流作用下悬浮于床层中，所形成的流固混合物称为浓相段。 在浓相段上升的气泡在界面上破裂，气泡内颗粒以及受气泡挟带的乳化相中颗粒将被抛向浓相段上方空间。这段空间称为稀相段或称分离段。 7.1.4流态化的不正常现象 沟 流 节 涌 由于流体分布板设计或安装上存在问题，使流体通过分布板进入浓相段形成的不是气泡而是气流，称沟流。 气泡占据整个床层截面，气流将床层一节一节往上做柱塞式推动，达到某一个位置崩落。 流化床的优点 1 颗粒流动类似液体，易于处理，控制； 2 固体颗粒迅速混合，整个床层等温； 3 颗粒可以在两个流化床之间流动、循环，使大量热、质有可能在床层之间传递； 4 宜于大规模操作； 5 气体和固体之间的热质传递较其它方式高； 6 流化床与床内构件的给热系数大。 7.1 流体床的基本概念 流化床的缺点 1 气体的流动状态难以描述，偏离平推流，气泡使颗粒发生沟流，接触效率下降； 2 颗粒在床层迅速混合，造成停留时间分布不均匀； 3 脆性颗粒易粉碎被气流带走； 4 颗粒对设备磨损严重； 5 对高温非催化操作，颗粒易于聚集和烧结。 7.1 流体床的基本概念 7.2 流化床的工艺计算 1 初始流化速度（临界流化速度）： －－颗粒开始流化时的气流速度 （气体向上运动时产生的曳力）＝（床层体积）×（固体颗粒分率）×（颗粒密度），即： 将上式与固定床压降方程(Ergun方程)相结合，可得临界流化速度计算式。 Ergun方程： 与考虑固定床压降时的方程对照： 可以看出所作简化。 7.2 流化床的工艺计算 前一项为粘滞力损失，后一项为动能损失。 合并两式并整理： 低雷诺数时，粘滞力损失占主导，忽略后一项： 7.2 流化床的工艺计算 解得： 高雷诺数时，动能损失占主导，忽略前一项： 解得： 7.2 流化床的工艺计算 对中等雷诺数，两项都要考虑。 计算出临界流化速度后要进行验算，看雷诺数是否在适用范围之内。 2 逸出速度（终端速度）： 当流体对颗粒的曳力与颗粒的重量相等，颗粒会被流体带走： CD--曳力系数 7.2 流化床的工艺计算 床层中气泡行为 7.3 流化床内反应过程的计算 气