氣固相催化反應(yīng)器

氣固相催化反應(yīng)器第一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日5.3.3擴(kuò)散控制的判定

Wheeler-Weisz模量：一級(jí)不可逆反應(yīng)n級(jí)不可逆反應(yīng)第二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日5.3.4催化劑的失活與降活動(dòng)力學(xué)失活原因：中毒污垢沉積燒結(jié)（熱失活）失活機(jī)理平行失活連串失活并列失活獨(dú)立失活第三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日5.4氣-固非均相催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)按顆粒床層的特性可區(qū)分為：固定床催化反應(yīng)器流化床催化反應(yīng)器5.4.1氣-固非均相催化反應(yīng)器的類型第四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日固定床催化反應(yīng)器：按催化床的換熱方式絕熱式連續(xù)換熱式單段絕熱式多段絕熱式外冷列管式內(nèi)冷自熱式第五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日按氣體流動(dòng)方向與反應(yīng)器主軸方向的關(guān)系軸向流動(dòng)反應(yīng)器：氣體流動(dòng)方向與反應(yīng)器的主軸方向相同。徑向流動(dòng)反應(yīng)器：氣體流動(dòng)方向與反應(yīng)器的主軸方向垂直而呈徑向流動(dòng)。第六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日絕熱型換熱型第七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日第八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日第九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日流化床催化反應(yīng)器：催化劑受自下而上流動(dòng)的氣體作用而上下翻滾作劇烈的運(yùn)動(dòng)，床層內(nèi)溫度均勻。第十頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日5.4.2氣-固非均相催化反應(yīng)器設(shè)計(jì)原則催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)包括兩部分的內(nèi)容：

化工設(shè)計(jì)：主要內(nèi)容是選型、確定工藝操作條件和進(jìn)行工藝尺寸計(jì)算。機(jī)械設(shè)計(jì)：主要內(nèi)容是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（含流體分布裝置設(shè)計(jì)）和強(qiáng)度設(shè)計(jì)。第十一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日絕熱、換熱兩種；操作方式的不同，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)就不同。操作方式由反應(yīng)的熱效應(yīng)和操作范圍的寬窄及反應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益等決定。從反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、制造及操作考慮，絕熱型比較簡(jiǎn)單。從設(shè)計(jì)上講，基本方程是一樣的。固定床反應(yīng)器的操作方式：第十二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日設(shè)計(jì)固定床反應(yīng)器的要求：（1）生產(chǎn)強(qiáng)度盡量大（2）氣體通過(guò)床層阻力?。?）床層溫度分布合理（4）運(yùn)行可靠，檢修方便計(jì)算包括三種情況：（1）設(shè)計(jì)新反應(yīng)器的工藝尺寸（2）對(duì)現(xiàn)有反應(yīng)器，校核工藝指標(biāo)（3）對(duì)現(xiàn)有反應(yīng)器，改進(jìn)工藝指標(biāo)，達(dá)到最大生產(chǎn)強(qiáng)度。第十三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日基本問題溫度、濃度分布，氣相壓降，轉(zhuǎn)化率及催化劑用量選擇固定床反應(yīng)器的原則－－什么反應(yīng)需要用固定床反應(yīng)器？氣固相催化反應(yīng)首選－－非常普遍如，合成氨、硫酸、合成甲醇、環(huán)氧乙烷乙二醇、苯酐及煉油廠中的鉑重整等。5.4.3固定床反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型及設(shè)計(jì)第十四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日流體在固定床反應(yīng)器內(nèi)的傳遞特性氣體在催化劑顆粒之間的孔隙中流動(dòng)，較在管內(nèi)流動(dòng)更容易達(dá)到湍流。氣體自上而下流過(guò)床層。第十五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日氣體流動(dòng)通過(guò)催化劑床層，將產(chǎn)生壓降。壓降計(jì)算通常利用厄根（Ergun）方程：第十六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日可用來(lái)計(jì)算床層壓力分布。如果壓降不大，在床層各處物性變化不大，可視為常數(shù)，壓降將呈線性分布（大多數(shù)情況）。第十七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日比表面積當(dāng)量直徑：(非球形顆粒折合成相同比表面積的球形顆粒應(yīng)當(dāng)具有的直徑）混合粒子的平均直徑：（各不同粒徑的粒子直徑的加權(quán)平均）第十八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日例：在內(nèi)徑為50mm的管內(nèi)裝有4m高的催化劑層，催化劑的粒徑分布如表所示。催化劑為球體，空隙率εB=0.44。在反應(yīng)條件下氣體的密度ρg=2.46kg.m-3，粘度μg=2.3×10-5kg.m-1s-1，氣體的質(zhì)量流速G=6.2kg.m-2s-1。求床層的壓降。第十九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日解：①求顆粒的平均直徑。②計(jì)算修正雷諾數(shù)。第二十頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日③計(jì)算床層壓降。第二十一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日固定床反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型對(duì)于一個(gè)過(guò)程，進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化，利用數(shù)學(xué)公式進(jìn)行描述，在一定的輸入條件下，預(yù)測(cè)體系輸出的變化。對(duì)同一個(gè)體系，根據(jù)不同的簡(jiǎn)化和假定，可以構(gòu)造不同的模型。不同的簡(jiǎn)化和假定，也決定了模型必然含有一些參數(shù)，以修正模型與實(shí)際體系的差異。根據(jù)不同的簡(jiǎn)化和假定，分為幾種不同層次的模型。模型化第二十二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日對(duì)于固定床反應(yīng)器，一般有以下模型：一維擬均相平推流模型一維擬均相帶有軸向返混的模型二維擬均相模型二維非均相模型二維非均相帶有顆粒內(nèi)梯度的模型…………第二十三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日一維：參數(shù)只隨軸向位置而變。二維：參數(shù)隨軸向和徑向位置而變。擬均相：流相和固相結(jié)合，視為同一相。非均相：流相和固相分別考慮。平推流：不考慮軸向返混。帶有軸向返混的模型：在平推流模型的基礎(chǔ)上疊加了軸向返混。第二十四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日一維擬均相平推流模型物料衡算在管式反應(yīng)器中垂直于流動(dòng)方向取一個(gè)微元，以這個(gè)微元對(duì)A組份做物料衡算：dV輸入－輸出=反應(yīng)＋積累FA

FA+dFA

RA(1-εB)Atdl0第二十五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日整理得：對(duì)照平推流反應(yīng)器模型二者相同第二十六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日熱量衡算：（仍然是那塊體積）輸入熱量－輸出熱量+反應(yīng)熱效應(yīng)=與外界的熱交換+積累輸入：Gcp

T

G質(zhì)量流量,cp恒壓熱容輸出：Gcp(T+dT)反應(yīng)熱效應(yīng)：(-RA)(1-εB)(-ΔH)Atdl熱交換：U(T-Tr)πdtdldt反應(yīng)器直徑積累：0U:氣流與冷卻介質(zhì)之間的換熱系數(shù)Tr：環(huán)境溫度第二十七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日將各式代入，得動(dòng)量衡算：仍然是Ergun方程第二十八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日將三個(gè)方程聯(lián)立：邊界條件：L=0,p=p0,xA=xA0,T=T0第二十九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日需要注意的問題（1）從解題的角度看，一般壁溫恒定，實(shí)際情況并非如此。（2）對(duì)于低壓系統(tǒng)，壓降十分重要。（3）U不是物性參數(shù)，需實(shí)驗(yàn)確定。（4）注意u0,u,um的關(guān)系。（5）如果多根管子并聯(lián)，體系將自動(dòng)調(diào)節(jié)各管的流量，使壓降相同，此時(shí)各管的處理量不同，轉(zhuǎn)化率不同，造成生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量下降。表示流體通過(guò)床層的空塔流速表示流體通過(guò)床層的實(shí)際流速表示床層入口處流體的實(shí)際流速第三十頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日典型模擬結(jié)果第三十一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、等溫：反應(yīng)熱效應(yīng)不大，管徑較小，傳熱很好時(shí)，可近似按等溫計(jì)算。等溫時(shí)，兩種特殊情況：第三十二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、絕熱：若絕熱，則T=Tr，或者認(rèn)為U=0。此時(shí)，將物料衡算式與熱量衡算式合并，可得：λ：絕熱溫升，如果在一定范圍內(nèi)視物性為常數(shù)，λ將不隨x及T變化。則：T－T0=λ(x－x0)溫度與轉(zhuǎn)化率形成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，中，溫度可以由T=T0+λ(x－x0)代替。第三十三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日第三十四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日固定床反應(yīng)器模型評(píng)述非理想模型，當(dāng)平推流模型描述不夠滿意時(shí)采用。修正軸向熱量、質(zhì)量返混帶來(lái)的與平推流模型的偏離。物理模型：在擬均相平推流模型上迭加一個(gè)軸向返混，與‘非理想流動(dòng)’中介紹的返混模型相同，但增加熱擴(kuò)散的考慮。一、帶有軸向返混的一維模型第三十五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日穩(wěn)態(tài)，在dVR體積中對(duì)A組份做物料衡算：輸入輸出反應(yīng)輸入－輸出＝反應(yīng)LdlcA0,FA0,xA0=0,V0cA,FA,xA,VFA,xAFA+dFA,xA+dxAdVR第三十六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日將以上三式合并，得：式中，EZ為軸向有效擴(kuò)散系數(shù)。相應(yīng)，在同樣條件下，對(duì)dVR做熱量衡算：第三十七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日反應(yīng)：散熱：輸入＋放熱＝輸出＋散熱整理得：λZ為軸向有效導(dǎo)熱系數(shù)第三十八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日邊值條件：二階常微分方程組，兩點(diǎn)邊值問題?？烧{(diào)用程序求解第三十九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日討論：（1）軸向擴(kuò)散的引入，可以導(dǎo)致溫度、濃度分布趨于平緩。（2）許多不確定因素可以歸結(jié)到軸向擴(kuò)散中。（3）軸向擴(kuò)散可能會(huì)造成多重態(tài)。（4）軸向擴(kuò)散系數(shù)與軸向?qū)嵯禂?shù)有一定的函數(shù)關(guān)系。（5）經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)床層厚度大于50倍顆粒直徑時(shí)，軸向熱質(zhì)擴(kuò)散（軸向返混）對(duì)出口轉(zhuǎn)化率所造成的影響可以忽略不計(jì)。第四十頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日（6）軸向擴(kuò)散系數(shù)和軸向?qū)嵯禂?shù)都不是物性參數(shù)。其中都包含了流體和固體顆粒雙重的貢獻(xiàn)。（7）軸向擴(kuò)散系數(shù)和軸向?qū)嵯禂?shù)需通過(guò)實(shí)驗(yàn)求取或參考文獻(xiàn)值及通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式求取。第四十一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、二維擬均相模型二維：軸向和徑向?qū)τ趶较虼嬖谳^大的溫度差、濃度差的反應(yīng)器，一維模型有時(shí)不能滿足要求，需要考慮徑向的溫度濃度分布。與一維模型相比，考慮的因素更多，得到的結(jié)果更復(fù)雜，各有優(yōu)缺點(diǎn)。第四十二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日模型假定：1反應(yīng)在圓管式反應(yīng)器中進(jìn)行。2流體在催化劑管內(nèi)為非理想流動(dòng)，存在著軸、徑向的質(zhì)量和熱量擴(kuò)散。3流固相之間沒有溫度、濃度差。4擴(kuò)散遵循Fick擴(kuò)散定律。第四十三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日在管式反應(yīng)器中取一微元：drdlRr第四十四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日定常態(tài)條件下就環(huán)形微元對(duì)A做物料衡算：第四十五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日輸入－輸出=反應(yīng)整理得：第四十六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日熱量衡算：第四十七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日輸入－輸出＝反應(yīng)與質(zhì)量衡算類似，軸向熱擴(kuò)散項(xiàng)可以忽略：動(dòng)量衡算方程與一維模型相同。第四十八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日邊界條件：l=0l=L第四十九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日在任意截面上流體的平均溫度濃度第五十頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日關(guān)于模型參數(shù)模型參數(shù)是模型的一個(gè)重要組成部分，與模型緊密結(jié)合。模型參數(shù)包含軸徑向有效導(dǎo)熱系數(shù)與擴(kuò)散系數(shù)及流體與管壁之間的給熱系數(shù)。模型參數(shù)的取得，與實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)，在具體應(yīng)用時(shí)，要選擇盡可能接近應(yīng)用條件的文獻(xiàn)值。第五十一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日徑向溫度分布第五十二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日非均相模型考慮到流體與催化劑顆粒之間有較大的溫度差和濃度差，流固相不能當(dāng)成一個(gè)虛擬的均相處理，派生出了非均相模型。如果再考慮到顆粒內(nèi)部的溫度與濃度梯度，又會(huì)產(chǎn)生考慮到粒內(nèi)溫度濃度梯度的模型。第五十三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日熱量傳遞熱量傳遞擬均相一維平推流模型熱量傳遞熱量傳遞帶有軸向返混的擬均相一維模型熱質(zhì)傳遞熱量傳遞熱量傳遞擬均相二維模型熱質(zhì)傳遞第五十四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日固體相熱量傳遞熱量傳遞二維非均相模型熱質(zhì)傳遞抽象成為熱量傳遞二維非均相模型熱質(zhì)傳遞熱量傳遞流體相第五十五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日熱量傳遞考慮顆粒內(nèi)梯度的二維非均相模型熱質(zhì)傳遞熱量傳遞流體相固體相第五十六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日模型評(píng)述考慮的因素越多，模型越復(fù)雜，模型參數(shù)就越多，模型參數(shù)的可靠性就越重要。并非模型越復(fù)雜越好。模型復(fù)雜增加了實(shí)驗(yàn)、計(jì)算工作量，增加了出錯(cuò)的概率。以簡(jiǎn)單實(shí)用為好。如返混嚴(yán)重，宜用帶軸向返混的一維模型；徑向溫差大，宜用擬均相二維模型等。非均相模型慎用，非不得已，不用過(guò)于復(fù)雜的模型。第五十七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日5.4.5氣固相催化反應(yīng)流化床反應(yīng)器——流化床反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型及設(shè)計(jì)第五十八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日流態(tài)化現(xiàn)象：使微粒固體通過(guò)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)化液體氣體第五十九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日第六十頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日第六十一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日流化床的基本概念當(dāng)通過(guò)床層的流體流量較小時(shí)，顆粒受到的升力（浮力與曳力之和）小于顆粒自身重力時(shí)，顆粒在床層內(nèi)靜止不動(dòng)，流體由顆粒之間的空隙通過(guò)。此時(shí)床層稱為固定床。隨著流體流量增加，顆粒受到的曳力也隨著增大。若顆粒受到的升力恰好等于自身重量時(shí)，顆粒受力處于平衡狀態(tài)，故顆粒將在床層內(nèi)作上下、左右、前后的激烈運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象被稱為固體的流態(tài)化，整個(gè)床層稱為流化床。第六十二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日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)第六十三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日第六十四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日流化床的優(yōu)點(diǎn)顆粒流動(dòng)類似液體，易于處理，控制；固體顆粒迅速混合，整個(gè)床層等溫；顆?？梢栽趦蓚€(gè)流化床之間流動(dòng)、循環(huán)，使大量熱、質(zhì)有可能在床層之間傳遞；宜于大規(guī)模操作；氣體和固體之間的熱質(zhì)傳遞較其它方式高；流化床與床內(nèi)構(gòu)件的給熱系數(shù)大。第六十五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日流化床的缺點(diǎn)氣體的流動(dòng)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；顆粒在床層迅速混合，造成停留時(shí)間分布不均勻；脆性顆粒易粉碎被氣流帶走；顆粒對(duì)設(shè)備磨損嚴(yán)重；對(duì)高溫非催化操作，顆粒易于聚集和燒結(jié)。第六十六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日流化床的工業(yè)應(yīng)用第一次工業(yè)應(yīng)用：1922年FritzWinkler獲德國(guó)專利，1926年第一臺(tái)高13米，截面積12平方米的煤氣發(fā)生爐開始運(yùn)轉(zhuǎn)。目前最重要的工業(yè)應(yīng)用：SOD(StandardOilDevelopmentCompany)IV型催化裂化。第六十七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日散式流化和聚式流化（1）散式流態(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(guò)床層，人們稱這種流化形式為散式流態(tài)化。第六十八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日（2）聚式流態(tài)化在此類流態(tài)化形式中，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(guò)床層。第六十九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日第七十頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日兩種流態(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)化第七十一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日第七十二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日濃相段和稀相段當(dāng)流體通過(guò)固體床層的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。第七十三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日顆粒含量床高稀相段濃相段濃相段和稀相段第七十四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日流態(tài)化的不正?，F(xiàn)象溝流：由于流體分布板設(shè)計(jì)或安裝上存在問題，使流體通過(guò)分布板進(jìn)入濃相段形成的不是氣泡而是氣流，稱溝流。溝流造成氣體與乳化相之間接觸減少，傳質(zhì)與反應(yīng)效果明顯變差。節(jié)流（騰涌）第七十五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日第七十六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日流化床的工藝計(jì)算1、臨界流化速度（初始流化速度）——顆粒開始流化時(shí)的氣流速度（氣體向上運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的曳力）＝（床層體積）×（固體顆粒分率）×（顆粒密度），即：第七十七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日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(jì)算式。Ergun方程：與考慮固定床壓降時(shí)的方程對(duì)照：可以看出所作簡(jiǎn)化。第七十八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日前一項(xiàng)為粘滯力損失，后一項(xiàng)為動(dòng)能損失。合并兩式并整理：低雷諾數(shù)時(shí)，粘滯力損失占主導(dǎo)，忽略后一項(xiàng)：第七十九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日解得：高雷諾數(shù)時(shí)，動(dòng)能損失占主導(dǎo)，忽略前一項(xiàng)：解得：第八十頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日對(duì)中等雷諾數(shù)，兩項(xiàng)都要考慮。計(jì)算出臨界流化速度后要進(jìn)行驗(yàn)算，看雷諾數(shù)是否在適用范圍之內(nèi)。2、最大流化速度（帶出速度或終端速度）：當(dāng)流體對(duì)顆粒的曳力與顆粒的重量相等，顆粒會(huì)被流體帶走：CD--曳力系數(shù)第八十一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日對(duì)于單顆粒，有半經(jīng)驗(yàn)公式：第八十二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日以上計(jì)算是針對(duì)一個(gè)顆粒的，在流化床內(nèi)由于顆粒間有相互影響，故逸出速度由此速度值再加以校正而得。uT=FuRe<10時(shí)，F(xiàn)≈1Re>10時(shí)，Re-F見下圖第八十三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日第八十四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日3、反應(yīng)器內(nèi)徑的計(jì)算：VG：氣流的體積流量m3s-1dT：流化床內(nèi)徑mu：氣流的空塔流速m.s-1可見，流化床的內(nèi)徑取決于氣流的空塔氣速，而流化床的空塔氣速應(yīng)介于初始流化速度（也稱臨界流化速度）與逸出速度之間。即維持流化狀態(tài)的最低氣速與最高氣速之間。第八十五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日例7-1計(jì)算萘氧化制苯酐的微球硅膠釩催化劑的起始流化速度和逸出速度已知催化劑粒度分布如下：催化劑顆粒密度ρP=1120kg.m-3氣體密度ρ=1.10kg.m-3氣體粘度μ=0.0302mPa·s第八十六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日解1．計(jì)算顆粒平均粒徑根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)篩的規(guī)格，目數(shù)與直徑關(guān)系如下：在兩個(gè)目數(shù)間隔內(nèi)顆粒平均直徑可按幾何平均值計(jì)算，即第八十七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日2．計(jì)算起始流化速度（umf）第八十八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日3．計(jì)算逸出速度（ut）:設(shè)ReP<2第八十九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日復(fù)核Re值假設(shè)ReP<2合理。由Re=1.3，Re<10可得F=1第九十頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日濃相段高度的計(jì)算催化劑在床層中堆積高度稱靜床層高度(L0)。在通入氣體到起始流化時(shí)，床高Lmf≈L0。若繼續(xù)加大氣量，床層內(nèi)產(chǎn)生一定量的氣泡，濃相段床高(Lf)遠(yuǎn)大于靜床層高度。關(guān)于濃相段床高的計(jì)算通常用計(jì)算床層空隙率(εf)來(lái)獲得。令床層膨脹比R第九十一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日0.2<ReP<11<ReP<200200<ReP<500500<ReP

n=2.39 則Lf=RLmf第九十二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日稀相段也稱分離段，主要是用來(lái)保證床內(nèi)因氣泡破裂而挾帶固體顆粒重新回到濃相段所需空間。稀相段床高可由化工原理中非均相分離過(guò)程計(jì)算而得，也可由下述經(jīng)驗(yàn)方程估算。稀相段床高的估算第九十三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日例7-2例7-1中的催化反應(yīng)過(guò)程，若操作氣速取12cm.s-1，催化劑裝填高度L0=20cm，氣體流量為122m3h-1，試估算流化床內(nèi)徑以及濃相段、稀相段床高。解1．計(jì)算流化床內(nèi)徑2．計(jì)算流化床濃相段床高第九十四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日當(dāng)0.2<ReP<1時(shí)第九十五頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日3．計(jì)算稀相段床高4．床層總高L=Lf+L2=53.74+131.36=185.1cm第九十六頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日第九十七頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日床層中氣泡行為當(dāng)氣體通過(guò)床層時(shí)一部分氣體與顆粒之間組成乳化相，其余氣體以氣泡形式通過(guò)乳化相。由于氣體上升速度與乳化相速度不同，存在明顯的速度差異，氣泡在上升過(guò)程中必然會(huì)挾帶氣泡周圍一定量的乳化相物質(zhì)。氣泡在上升時(shí)其尾部形成負(fù)壓，將吸入部分乳化相物質(zhì)隨其上升，這部分稱尾渦。第九十八頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日氣泡上升時(shí)氣泡外側(cè)一定厚度的乳化相將隨氣泡一起上升，這部分被稱為氣泡云。尾渦與氣泡云統(tǒng)稱為氣泡暈。氣泡及其周圍的流線第九十九頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日流化床的鼓泡床模型鼓泡床模型對(duì)流化床運(yùn)動(dòng)形態(tài)作如下簡(jiǎn)化:（1）認(rèn)為床層主體部分氣泡大小均一且均勻分布于床層之中。（2）床層中乳化相處于起始流化狀態(tài)，超過(guò)起始流化態(tài)的氣體將以氣泡形式通過(guò)床層。鼓泡床模型示意圖第一百頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日（3）床層可分為氣泡、氣泡暈及乳化相三部分。在氣泡、氣泡暈和乳化相之間的傳質(zhì)過(guò)程是一個(gè)串聯(lián)過(guò)程。（4）在時(shí)，進(jìn)入稀相段的氣體只有氣泡破裂而逸出的氣體，故稀相段氣體組成與離開濃相段的氣泡中氣體組成相同。第一百零一頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日反應(yīng)過(guò)程的估算在流化床的濃相段中，對(duì)氣體中反應(yīng)物A而言，存在如下關(guān)系：第一百零二頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日第一百零三頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于2023年，星期日根據(jù)此表可得A組分的物料衡算。以單位氣體體積為基準(zhǔn)（總消失量）=（在氣泡中反應(yīng)的量）+（轉(zhuǎn)移到氣泡暈中的量）（轉(zhuǎn)移到氣泡暈中的量）=（在氣泡暈中反應(yīng)掉的量）+（轉(zhuǎn)移到乳化相中的量）（轉(zhuǎn)移到乳化相中的量）=（在乳化相中反應(yīng)掉的量）第一百零四頁(yè)，共一百二十頁(yè)，編輯于20