反應(yīng)工程第七章

第七章氣固相催化反應(yīng)流化床反應(yīng)器所謂流態(tài)化就是固體粒子像流體一樣進(jìn)行流動的現(xiàn)象。7.1.1流體床的基本概念流態(tài)化的各種狀態(tài)流化床類似液體的性狀輕的物體浮起；表面保持水平；固體顆粒從孔中噴出；床面拉平；床層重量除以截面積等于壓強(qiáng)7.1.1流體床的基本概念7.1.1流體床的基本概念流態(tài)化現(xiàn)象：使微粒固體通過與氣體或液體接觸而轉(zhuǎn)變成類似流體的操作。固體顆粒層與流體接觸的不同類型：流體流速增加固定床初始流態(tài)化散式流態(tài)化聚式流態(tài)化騰涌稀相流態(tài)化液體氣體7.1.1流體床的基本概念7.1.1流體床的基本概念

增大氣速，床層壓降如下變化：（1）當(dāng)氣速U較小時，床層內(nèi)的催化劑顆粒不活動，處于堆緊狀態(tài)，即處于固定床。隨氣體流速的增大，床層壓降增加。（AB段）7.1.1流體床的基本概念（2）氣速增大到一定程度時，床層開始膨脹，一些細(xì)粒在有限的范圍內(nèi)運動。當(dāng)氣速再增高時，固體粒子被氣流懸浮起來，即固體顆粒開始流化，繼續(xù)增大氣速，床層繼續(xù)膨脹，固體運動也愈激烈，但床層壓基本不變。（BC段）7.1.1流體床的基本概念（3）氣速再增大到某個數(shù)值，如C點固體顆粒被氣流帶走，床層壓降下降，氣體再繼續(xù)增大，被帶出的粒子越多。最后被全部帶出，壓降為0。7.1.1流體床的基本概念7.1.2散式流化和聚式流化（1）散式流態(tài)化（多為液固流態(tài)化）隨著流體流量的加大，床層內(nèi)空隙率增大，顆粒之間間距加大，而顆粒在床層中分布均勻，流體基本上以平推流形式通過床層，人們稱這種流化形式為散式流態(tài)化。7.1.2散式流化和聚式流化（2）聚式流態(tài)化（多為氣固流態(tài)化）床層明顯地分成兩部分。其一是乳化相：固體顆粒被分散于流體中，單位體積內(nèi)顆粒量類似于散式流化床的初始流化狀態(tài)。其二是氣泡相：流體以氣泡形式通過床層。兩種流態(tài)化的判別一般認(rèn)為液固流態(tài)化為散式流態(tài)化，而氣固之間的流化狀態(tài)多為聚式流態(tài)化。

為散式流態(tài)化

為聚式流態(tài)化

7.1.2散式流化和聚式流化7.1.3濃相段和稀相段當(dāng)流體空塔速度值高于初始流化速度但低于逸出速度，顆粒在氣流作用下懸浮于床層中，所形成的流固混合物稱為濃相段。在濃相段上升的氣泡在界面上破裂，氣泡內(nèi)顆粒以及受氣泡挾帶的乳化相中顆粒將被拋向濃相段上方空間。這段空間稱為稀相段或稱分離段。7.1.4流態(tài)化的不正?，F(xiàn)象溝流節(jié)涌由于流體分布板設(shè)計或安裝上存在問題，使流體通過分布板進(jìn)入濃相段形成的不是氣泡而是氣流，稱溝流。氣泡占據(jù)整個床層截面，氣流將床層一節(jié)一節(jié)往上做柱塞式推動，達(dá)到某一個位置崩落。流化床的優(yōu)點1顆粒流動類似液體，易于處理，控制；2固體顆粒迅速混合，整個床層等溫；3顆?？梢栽趦蓚€流化床之間流動、循環(huán)，使大量熱、質(zhì)有可能在床層之間傳遞；4宜于大規(guī)模操作；5氣體和固體之間的熱質(zhì)傳遞較其它方式高；6流化床與床內(nèi)構(gòu)件的給熱系數(shù)大。7.1流體床的基本概念流化床的缺點1氣體的流動狀態(tài)難以描述，偏離平推流，氣泡使顆粒發(fā)生溝流，接觸效率下降；2顆粒在床層迅速混合，造成停留時間分布不均勻；3脆性顆粒易粉碎被氣流帶走；4顆粒對設(shè)備磨損嚴(yán)重；5對高溫非催化操作，顆粒易于聚集和燒結(jié)。7.1流體床的基本概念7.2流化床的工藝計算1初始流化速度（臨界流化速度）：－－顆粒開始流化時的氣流速度（氣體向上運動時產(chǎn)生的曳力）＝（床層體積）×（固體顆粒分率）×（顆粒密度），即：將上式與固定床壓降方程(Ergun方程)相結(jié)合，可得臨界流化速度計算式。Ergun方程：與考慮固定床壓降時的方程對照：可以看出所作簡化。7.2流化床的工藝計算前一項為粘滯力損失，后一項為動能損失。合并兩式并整理：低雷諾數(shù)時，粘滯力損失占主導(dǎo)，忽略后一項：7.2流化床的工藝計算解得：高雷諾數(shù)時，動能損失占主導(dǎo)，忽略前一項：解得：7.2流化床的工藝計算對中等雷諾數(shù)，兩項都要考慮。計算出臨界流化速度后要進(jìn)行驗算，看雷諾數(shù)是否在適用范圍之內(nèi)。2逸出速度（終端速度）：當(dāng)流體對顆粒的曳力與顆粒的重量相等，顆粒會被流體帶走：CD--曳力系數(shù)7.2流化床的工藝計算床層中氣泡行為7.3流化床內(nèi)反應(yīng)過程的計算氣泡氣泡暈乳化相三