化工原理讲稿(上册)-应化固体流态化

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1、第四章固体流态化和气力输送第一节概述第二节固体流态化第三节气力输送第一节概述固体流态化将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有类似流体的某些表观特性，这种流固接触状态称固体流态化。1942年美国成功地将流态化技术应用到石油加工工业的催化反应上，使催化裂化由间歇操作变为连续操作，大大提高了设备的生产能力，以后又在石油化工、冶金及原子能工业等部门应用范围日益扩大，已成为我国石油加工工业部门中的重要技术。高低并列提升管催化裂化装置优点：颗粒剧烈搅拌，床层各部分温度均匀，避免了局部过热；流化层中常用20～100μm的粒子，因此床层中固体或气体与固体的接触表面积大，利于传热、

2、传质速率的提高；床层中颗粒的运动犹如流体，易于从装置输入和输出，使过程连续化；第一节概述缺点：粒子搅拌剧烈，无法保证流体与粒子间的逆流接触及轴向的温度与浓度梯度，对传质、传热及化学反应不利；由于床中粒子的混合作用，无法将新鲜粒子与失活粒子完全分开；颗粒之间、颗粒与器壁之间的碰撞磨损严重，生成的细粉易被气体带出，加大了损失量，同时要求具有较高效率的除尘设备；流化床反应器中流体流速与固体粒子性质有关，许可变化范围较窄。第一节概述第二节固体流态化(Fluidization)一、流化床的不同阶段⒈固定床阶段：空床气速（表观速度）u低；实际流速um＜沉降速度ut；颗粒静止不动，床层高度

3、不变⒉流化床阶段：表观速度u↑→曳力＞重力，床层开始流化→床层空隙率ε↑；实际流速um=颗粒沉降速度ut时，颗粒悬浮于流体中，形成流化床；颗粒彼此脱离，做不规则运动，但不脱离床层，床层有明显上界面。第二节固体流态化(Fluidization)流化床存在的基础是大量颗粒的群居。群居的大量颗粒通过床层的膨胀调整空隙率，从而在一个相当宽的气速范围内悬浮于气流之中，这是流化床能够存在的物理基础。⒊颗粒输送阶段：实际速度um＞颗粒沉降速度ut，颗粒被带出─气力输送阶段第二节固体流态化(Fluidization)二、流化床的流化类型⒈散式流态化（Particulatefluidizati

4、on）特征：颗粒分散均匀，随流速增加床层均匀膨胀，床内空隙率均匀增加，床层上界面平稳，压降稳定、波动很小。一般流-固两相密度差较小的体系呈现散式流态化特征，如液-固流化床。第二节固体流态化(Fluidization)⒉聚式流态化（Aggregativefluidization）：特征：ρs＞＞ρ，形成气泡，长大并破裂，床层波动剧烈，膨胀程度不大，上界面起伏不定。一般出现在流-固两相密度差较大的体系，如气-固流化床。第二节固体流态化(Fluidization)鼓泡流态化聚式与散式流态化的判断：气-固流态化与液-固流态化并不是区分聚式与散式流态化的唯一依据，在一定的条件下气-固床

5、可以呈现散式流态化(密度小的颗粒在高压气体中流化)或者液-固床呈现聚式流态化(重金属颗粒在水中流化)行为。第二节固体流态化(Fluidization)散式流态化聚式流态化临界流化条件下的弗鲁德数根据流-固两相的性质及流化床稳定性理论，B.Bomero和I.N.Johanson提出了如下的准数群判据：第二节固体流态化(Fluidization)临界流化床层高度，D为床层直径临界流化条件下颗粒的雷诺数三、流化床的主要特性⒈类似于液体的特性：轻物浮起床面呈水平压强符合流体静力学流动性连通床面趋于水平第二节固体流态化(Fluidization)⒉固体颗粒剧烈运动与迅速混合：⒊强烈的碰

6、撞与摩擦：固体颗粒上升，必有等量颗粒下降，使颗粒均匀混合，但导致停留时间不均，固体产品的质量不均；颗粒之间、颗粒与器壁之间的碰撞磨损严重，生成的细粉易被气体带出，加大了损失量；第二节固体流态化(Fluidization)⒋气流的不均匀分布与气固床层的不均匀接触—聚式流化床的不正常操作沟流：床层中出现气沟；床层部分流化，部分形成“死床”；气体与颗粒不能良好接触，工艺过程严重恶化；流化部分空隙率大，床层压降较正常时低。第二节固体流态化(Fluidization)①粒径：颗粒直径小，易内聚成较大粒团；②粒子的形状与密度：球型度ψ↑，密度ρP↑→易发生沟流；③粒子的湿度：湿度↑→颗粒

7、易粘结→易发生沟流；④流体分布板设计不完善，或升气孔太少。影响沟流程度的主要因素：第二节固体流态化(Fluidization)节涌（腾涌，lugging）：气泡汇合占满床层，床层波动，压降波动；床层稳定性下降，磨损严重。第二节固体流态化(Fluidization)①颗粒粒径大，颗粒、流体密度差大；②流体空床气速大，分布板开孔大易形成大气泡；③床层高径比过大。注：节涌与沟流都会使气—固两相接触不充分、不均匀、流化质量不高，使传热、传质和化学反应效率下降。第二节固体流态化(Fluidization)引起节涌