化学反应工程(第三版)陈甘棠主编ppt课件.ppt

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1、流化床反应器流态化：固体粒子像流体一样进行流动的现象。一、流态化的形式气泡7.1概述图7-1流态化的各种形式结构简单传热效能高，床层温度均匀气固相间传质速率较高催化剂粒子小，效能高有助于催化剂循环再生催化剂和设备磨损大气流不均时气固相接触效率降低返混大，影响产品质量均一性石油催化裂化丙烯-氨氧化制丙烯腈萘氧化制邻苯二甲酸酐煤燃烧与转化金属提取和加工二、流化床反应器的特点三、流化床反应器的重要应用7.2流化床中的气、固运动7.2.1流化床的流体力学二个特征速度：临界流化速度、带出速度（1）临界流化速度（umf）刚刚能使粒子流化起来的气体空床

2、流速。确定umf的方法a.实验测定（7-1）b.经验关联式计算临界流态化时，对床层受力平衡分析得p1p2即固定床中流动压降也可由欧根公式计算因为整理得式中，是颗粒的形状系数，部分颗粒的值可由手册查取。是临界空隙率，其值与颗粒直径和形状等有关，也可由手册查取。若查不到，可由以下二式估算。（7-2）（7-1）式（7-5）代入式（7-2）可导出小颗粒，ReP<20时，欧根公式中第一项可忽略，式（7-2）简化为：大颗粒，ReP>1000时，欧根公式中第二项可忽略，式（7-2）简化为：应用以上各式计算时要注意：a.对具有一定筛分的颗粒要用调和平均直

3、径。（7-5）（7-6）（7-7）（7-8）b.雷诺数中特性尺寸是颗粒的直径，密度和粘度是气体的物性。c.计算所得到的要代入到雷诺数中，检验选用的公式是否符合规定的范围。（2）带出速度当气速增大到一定值时，流体对粒子的曳力与粒子的重力相等，则粒子将会被气流带走，此时气体的空床速度即带出速度，或称终端速度。颗粒的带出速度等于其自由沉降速度，对球形固体颗粒，可用以下公式计算：式中,xi——颗粒各筛分的重量百分数；dPi——颗粒各筛分的平均直径；d1，d2——上、下筛目的尺寸。存在大量颗粒的流化床中，粒子沉降会互相干扰，按单个粒子计算的带出速度

4、需校正。式中，校正系数F0可由右图查取。注意：以上各式求得的ut也都需代入到Rep中检验。（7-14）（7-15）（7-16）讨论：流化床的操作气速（i）流化床中，气体操作流速的下限是umf，上限是ut。小颗粒大颗粒（ii）细颗粒床层中，气体操作流速的范围更宽。（iii）实用操作气速的确定a.流化数b.（3）流化床的膨胀比流化床的体积与起始流化时床层体积之比。膨胀比是流化床反应器设计的重要参数，影响因素比较多，如颗粒的尺寸、物性，流体的流速和物性，床层尺寸和内部构件的形式等。右图反映了气速和床径对膨胀比的影响。由图可见，气速越大，床径越小

5、则膨胀比越大。R值一般在1.15~2之间。（7-20）解：算术平均值（小颗粒）（7-7）（7-7）例题，由式（7-14）由带出速度的校正系数图，查得F0=1，故不需校正。7.2.2气泡及其行为气泡云（1）气泡的结构气泡气泡晕（气泡云+尾涡）气泡晕中粒子浓度与乳化相相同，包在气泡周围，伴随着气泡一起上升。流化床层由固体颗粒密集区域（乳化相）和固体颗粒很少的区域（气泡相）组成，气泡的结构和行为是分析流化床特性和建立数学模型的基础。{（2）气泡的速度气泡上升速度是影响气泡相与乳化相之间传质和传热的重要因素。根据不同的模型和实验数据，整理出一些经

6、验公式。7-10a.单个气泡上升速度式中，db——气泡直径，cm；g——重力加速度，980cm/s2。b.气泡群上升速度事实上床层内气泡大小是不均匀的，且是不断长大的，有人提出一些不同的经验式。由于气泡行为的复杂性，现有的经验公式都存在一定的局限性。c.气泡中气体的穿流量式中，Rb——气泡半径，cm。（7-28）（7-29）（3）气泡云与尾涡（i）气泡云相对厚度式中，为乳相中真实气速。（7-39）（7-40）注意：气泡云的实际厚度为RC－Rb。（ii）气泡中气体的穿流量（7-41）（7-42）（iii）尾涡的体积分率式中，（7-43）由图

7、7-11可见，fw与颗粒的粒径、形状等因素有关。图7-11尾涡体积与粒径的关系（iv）气泡云、气泡晕与气泡的体积比（7-45）（v）气泡占床层的体积分率假设：进入床层的气流分为两个部分，一部分是以ub流动的气泡，另一部分则以umf在乳相中流动。床层达到临界流态化以后，床层高度增加的部分完全是气泡所作的贡献。对气流进行物料衡算（7-46）故（7-47）或（4）床层中各部分的颗粒含量与气泡体积之比（i）气泡中的颗粒含量（7-48）通常可忽略。（ii）气泡晕中的颗粒含量（7-49）（iii）乳相中的颗粒含量因为气泡晕中的情况与乳相相同，即相当于

8、临界流化状态，将式（7-40）关系引入，可导得：（7-50）（7-51）7.2.3乳相的动态乳相是指床层中气泡相之外的区域。该区域内颗粒密集，是发生化学反应的主要场所。（1）床层中颗粒的流动在