流化床顆粒的分類及其流化特性

1、流化床顆粒的分類及其流化特性：1973年Geldart根據(jù)多年對顆粒大小對流化床流化特性的研究，將顆 粒的流化特性與顆粒平均徑的關(guān)彳系分成A、B、C和D四大類，并將它 們表繪在以dp為橫坐標(biāo)，以固體密度p p與流化氣體密度p g的差（p p - p g）為縱坐標(biāo)的圖上（參見下面的Geldart顆粒分類圖）。 以便供根據(jù)物理或反應(yīng)過程的特性對流化特性的要求，以選用適合于 自己工業(yè)化的特點的顆粒粒徑及分布。A類顆粒了（充氣流化特性）：A類顆粒的特點是顆粒的平均尺寸較小， 顆粒的密度較低。由圖可知，A類顆粒一般顆粒的平均粒徑100微米， 顆粒密度小于1400kg/m3，這類顆粒由于凝聚性較小，因此顆

2、粒間充氣 性好，床層膨脹比（R三床層流化時的高度Hf/床層靜止時的高度H0） 大，當(dāng)床層氣速達(dá)到起始流化速度時，床內(nèi)還不會產(chǎn)生氣泡（即床層 的起始鼓泡速度大于起始流化速度），當(dāng)氣速進(jìn)一步增加時，床內(nèi)雖 產(chǎn)生了氣泡，但氣泡較小，氣泡的聚餅、分裂速度也快。所以，這類 顆粒應(yīng)該說是流化特性較好的一類顆粒。（說明：起始流化速度umf 即是流化床開始流化時的最小速度。起始鼓泡速度umb即是流化床內(nèi) 出現(xiàn)笫一個氣泡時的氣體速度。）在工業(yè)上使用時應(yīng)盡可能選用這類顆粒。在石化行業(yè)中的催化裂化裝 置上首先被使用，在這個行業(yè)中，催化劑中必須含有一定量的小顆粒， 小于44微米被稱為關(guān)鍵組分。這類顆粒以后在丙烯氨氧化

3、制丙烯腈等 流化床中也得到了應(yīng)用。B類顆粒（沙狀流化特性）：由圖可知，B類顆粒一般顆粒的平均粒徑 40微米500微米，顆粒密度1400kg/m34000kg/m3。這類顆粒 在氣速達(dá)到或稍高于顆粒的起始流化速度時，床內(nèi)就出現(xiàn)了氣泡，床 層膨脹比R較A類顆粒小，氣泡聚餅現(xiàn)象嚴(yán)重，氣泡直徑也迅速變大， 且氣泡隨床高而變大，當(dāng)氣泡達(dá)到床層表面時破裂，從而影響了流化 質(zhì)量，影響了床層與傳熱面間的傳熱和相間的傳質(zhì)。這類顆粒在工業(yè)上應(yīng)用也較多，如醋酸乙烯、農(nóng)藥百菌清和苯酐行業(yè) 都有使用。值得一提的是，這些行業(yè)并不是不想使用A類顆粒，而是 不能用，如醋酸乙烯、農(nóng)藥百菌清流化床反應(yīng)器，因其使用的催化劑 是活性

4、炭，活性炭不允許做得太細(xì)，太細(xì)了易被吹出，不易回收！而 在苯酐行業(yè)由于催化劑是釩催化劑，可制成小顆粒，所以北二化首先 在苯酐行業(yè)將B類顆粒改用A類顆粒，流化質(zhì)量明顯地得到改善！本 人在對溫州某化工廠的苯酐流化床的改造中，僅在其原用的B類顆粒 中加入了 10%的A類顆粒后，其產(chǎn)量就增加了 25%以上！根據(jù)本人對顆粒粒徑及分布的研究，認(rèn)為A、B類顆粒流化特性的差別 是非常明顯的，如： A、B類顆粒流化時的最明顯直觀的差別是：B類顆粒流化時umb =umf,而A類顆粒流化時umbumf。也就是說A類顆粒在流化時床 層巳流化了，但沒有產(chǎn)生氣泡。床層充氣性好。床層膨脹比R,對于B類顆粒約為1.21.4，

5、而對于A類顆?？?達(dá)1.61.8。膨脹比大，表明在氣速不變的條件下，氯甲烷在在床內(nèi) 的仃留時間增加，有利于氯甲烷單程轉(zhuǎn)化率的提高；氣泡與乳化相間的傳質(zhì)速率A類顆粒是B類顆粒流化床的510 倍！氣泡與乳化相間的傳質(zhì)速率快，表明進(jìn)入床層生成的氯甲烷氣泡 與觸體間的傳質(zhì)加快，利于反應(yīng)；床層與傳熱面間的傳熱速率，A類顆粒比B類顆粒高1.2倍左右。 床層與傳熱面間的傳熱速率大，利于反應(yīng)熱的控制和移出，使床內(nèi)反 應(yīng)溫度更均一，減少逐步過熱和高溫區(qū)，不利于付反應(yīng)，不利于高沸 物和碳的生成；對化學(xué)反應(yīng)的影響，則因反應(yīng)特性不同，各不相同。一般來說， 對傳質(zhì)控制的反應(yīng)過程，最好探用A類顆粒，使反應(yīng)過程轉(zhuǎn)為反應(yīng)控

6、制；對于反應(yīng)控制的反應(yīng)過程，可探用B類顆粒。當(dāng)然對于有些反應(yīng) 過程所探用的催化劑，只能制成B類顆粒的，如乙炔法制醋酸乙烯的 活性炭催化劑，只能探用B類顆粒進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)了。對于有機硅單體合成流化床來說，上述四點對反應(yīng)都是有利的。其實 當(dāng)年星火萬噸級的單體流化床反應(yīng)器的硅粉平均粒徑為235微米左右， 最大粒徑達(dá)950微米以上，氣速最高僅為0.2米/s左右，而現(xiàn)在極 大部分廠家單體流化床的硅粉平均粒徑為130150微米左右，這也說 明減少硅粉粒徑對單體合成反應(yīng)是有好處的，但是否最好，還有待于 研討。在本論壇中，壇友ygq9394也深有體會，他在閑聊有機硅單體合成 流化床使用硅粉的粒徑帖子的回帖中寫

7、道：單體的合成，很大一 部分是硅粉原料說了算。之前通過流化床在實驗室做過一些實驗。針 對于不同硅粉的粒徑做了一系列實驗，由于時間問題沒有細(xì)細(xì)總結(jié)， 但是驗證了大家公認(rèn)的比重（？可能書寫有誤）大的50100um范圍的 硅粉反應(yīng)較好，主要表現(xiàn)在反應(yīng)速率和反應(yīng)啟動快慢，單體收率和二 甲選擇性等，其中由于無法和生產(chǎn)流化床一樣設(shè)置旋風(fēng)，針對于你提 到的擴大段在無法驗證，只有根據(jù)動力學(xué)知識做了一些推斷。看了樓 主的很多帖子，感覺你對單體合成一段比較了解，細(xì)心人啊！”。當(dāng) 然，對于50100um范圍的硅粉，反應(yīng)是否較好，我以為還有探討的余 地。但至少說明了硅粉的粒徑和分布對反應(yīng)有很大的影響?？上У氖?未見過

8、面合盛硅業(yè)的同事ygq9394，因他可能己于2012年8月左右己 離開了有機硅行業(yè)！無法與他交流了。C類顆粒（粘性流化特性）：C類顆粒在Geldart顆粒分類圖上的顆粒， 是指顆粒徑V30微米的那些顆粒。由于顆粒顆粒徑小，晶格缺陷較多， 又易吸濕，易造成顆粒凝聚。因此其流化特點是難于流化，流化時床 層的壓降比理論值小，極易造成構(gòu)流或節(jié)涌！床層與傳熱面間的傳熱 系數(shù)也比A、B類顆粒也小得很多。C類顆粒在工業(yè)上很少應(yīng)用，浙江原溫州化工廠的明磯石綜合利用曾試 用過，但因工業(yè)化未繼續(xù)下去，從而仃止了。現(xiàn)在由浙江大學(xué)開發(fā)的 水煤聚流化燃燒技術(shù)，也可算作C類顆粒在工業(yè)上應(yīng)用的例子吧。D類顆粒（噴動流化特性

9、）：D類顆粒在Geldart顆粒分類圖上的顆粒， 是指粒徑600微米的顆粒。由于這類顆粒的粒徑較大，因此臨界流化 速度也大，難以流化，也不能穩(wěn)定的流化。具有噴動流化特性。D類顆粒在工業(yè)上，大多實際應(yīng)用于物料的干燥和煤燃燒。值得注意和要提示的是：Geldart顆粒分類圖是在常溫以空氣作為流化介質(zhì)得出的；Geldart在顆粒分類時，末考慮流化介質(zhì)的粘度和密度不同對流化 特性的影響，而實驗表明，顆粒的流化特性還與流化氣體的粘度和密 度有關(guān)，所以在有壓力和高于室溫時還應(yīng)對氣體的粘度和密度作適當(dāng) 修正。因此對于顆粒分類，中、日等國都有學(xué)者對Geldart顆粒分類 圖作出修正的分類圖。有興趣者可查閱有關(guān)資料。顆粒直徑是指顆粒的平均粒徑，其單位為微米。粒度分布一般為正 態(tài)分布。顆粒與氣體的密度單位為