流化床反應(yīng)器的操作與控制-流化床反應(yīng)器的選型

流化床反應(yīng)器操作與控制（12學(xué)時(shí)）選擇合適的流化床反應(yīng)器（2學(xué)時(shí)）流化床反應(yīng)器設(shè)計(jì)與優(yōu)化（4學(xué)時(shí)）聚丙烯生產(chǎn)反應(yīng)器的開(kāi)車與運(yùn)行（6學(xué)時(shí)）選擇合適的流化床反應(yīng)器任務(wù)描述:帶領(lǐng)學(xué)生到實(shí)訓(xùn)基地現(xiàn)場(chǎng)參觀流化床反應(yīng)裝置，并提出任務(wù)——對(duì)高抗沖擊共聚物的HIMONT聚丙烯生產(chǎn)本體聚合裝置選用用合適的反應(yīng)器。要求：（1）能指出流化床反應(yīng)器中各部件的名稱；（2）能說(shuō)出各部件的作用；(3)歸納總結(jié)流化床特點(diǎn)匯總表。2．分析與思考討論流化床結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、適用場(chǎng)合選擇合適的流化床反應(yīng)器現(xiàn)場(chǎng)參觀流化床反應(yīng)器，學(xué)生總結(jié)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)。教師總結(jié)流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)圖片講解流化床反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)小組評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)流化床的基本概念

氣-固和液-固兩相流動(dòng)垂直管內(nèi)的兩相流動(dòng)豎直管內(nèi)的兩相流動(dòng)

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

流固體系中固體顆粒受力分析：

浮力、曳力、重力。

固定床：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。

流化床：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。

流化床內(nèi)物料特性－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)

流化床的的優(yōu)點(diǎn)

※1

顆粒流動(dòng)類似液體，易于處理，控制；※2固體顆粒迅速混合，整個(gè)床層等溫；※3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；※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。

流化床的的缺點(diǎn)

※1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；※2顆粒在床層迅速混合，造成停留時(shí)間分布不均勻；※3脆性顆粒易粉碎被氣流帶走；※4顆粒對(duì)設(shè)備磨損嚴(yán)重；※5對(duì)高溫非催化操作，顆粒易于聚集和燒結(jié)。

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(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)?！壳白钪匾墓I(yè)應(yīng)用：SOD(StandardOilDevelopmentCompany)IV型催化裂化。

散式流化和聚式流化

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。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。

散式和聚式流化的判別

※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。umf：初始流化速度dP：顆粒平均粒徑ρ，ρP：流體密度，顆粒密度Lmf：初始流化時(shí)的濃相段床高De：流體的擴(kuò)散系數(shù)μ：流體粘度

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?！跐庀喽紊仙臍馀菰诮缑嫔掀屏?，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。

流化床的基本結(jié)構(gòu)

※催化劑承載※催化劑攔截※流體（氣體）分布※流固分離※熱量交換

小結(jié)流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)流化床反應(yīng)器類型按固體顆粒是否在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)分（1）單器流化床（2）雙器流化床按床層的外型分(1)圓筒形(2)圓錐形按床層中是否置有內(nèi)部構(gòu)件分(1)自由床(2)限制床按反應(yīng)器內(nèi)層數(shù)的多少分(1)單層(2)多層工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)流化床反應(yīng)器形式工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)流化床反應(yīng)器形式工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)流化床反應(yīng)器形式流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)反應(yīng)器主體擴(kuò)大段分離段濃相段錐底流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)錐底：一般錐角為90°或60°作用：對(duì)進(jìn)入氣體起預(yù)分布作用、卸催化劑。床層（濃相段）：床高與催化劑的裝填量、氣速有關(guān)，是反應(yīng)器的有效體積。通常催化劑填充層的靜止高度與流化床直徑的比值很少超過(guò)1，一般接近于1。分離段擴(kuò)大段包括氣體預(yù)分布器和氣體分布板。其作用是使氣體均勻分布，以形成良好的初始流化條件，同時(shí)支承固體顆粒。以下為常見(jiàn)氣體分布板形式：

凹型篩孔板單個(gè)直孔泡帽氣體分布裝置：泡帽側(cè)縫分布板泡帽側(cè)孔分布板氣體分布裝置：條形側(cè)縫分布板直孔泡帽分布板氣體分布裝置：直孔篩板錐型側(cè)孔分布板錐型側(cè)縫分布板氣體分布裝置：同心圓錐殼式分布器帽式分布器氣體分布裝置：充填式分布器開(kāi)口式分布器彎管式分布器氣體分布裝置：內(nèi)部構(gòu)件

包括檔網(wǎng)、檔板和填充物等。作用：破碎氣體在床層中產(chǎn)生的大氣泡，增大g-s相間的接觸機(jī)會(huì)，減少返混，從而增加反應(yīng)速度和提高轉(zhuǎn)化率。多旋擋板內(nèi)旋擋板內(nèi)部構(gòu)件換熱裝置

間接換熱列管式單管式套管式

換熱方式管束式鼠籠式蛇管式直接換熱—