气固相催化流化床反应器课件.ppt

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1、第七章气固相催化反应流化床反应器7.1流化床的基本概念当通过床层的流体流量较小时，颗粒受到的升力（浮力与曳力之和）小于颗粒自身重力时，颗粒在床层内静止不动，流体由颗粒之间的空隙通过---固定床。随着流体流量增加，颗粒受到的曳力也随着增大。若颗粒受到的升力恰好等于自身重量时，颗粒受力处于平衡状态，故颗粒将在床层内作上下、左右、前后的激烈运动，这种现象被称为固体的流态化，---流化床。234流化床的优点1颗粒流动类似液体，易于处理，控制；2固体颗粒迅速混合，整个床层等温；3颗粒可以在两个流化床之间流动、循环；4宜

2、于大规模操作；5气体和固体之间的热质传递较高；5流化床的缺点1气体的流动状态难以描述，偏离平推流，流体发生沟流，接触效率下降；2颗粒在床层迅速混合，造成停留时间分布不均匀；3脆性颗粒易粉碎被气流带走；4颗粒对设备磨损严重；5对高温操作，颗粒易于聚集和烧结。6散式流化和聚式流化（1）散式流态化随着流体流量的加大，床层内空隙率增大，颗粒之间间距加大，而颗粒在床层中分布均匀，流体基本上以平推流形式通过床层（2）聚式流态化床层明显地分成两部分，其一是乳化相：固体颗粒被分散于流体中，单位体积内颗粒量类似于散式流化床的初

3、始流化状态。其二是气泡相：流体以气泡形式通过床层。7散式聚式气泡液固为散式流态化气固为聚式流态化流态化的判别颗粒含量床高稀相段浓相段浓相段和稀相段当流体通过固体床层的空塔速度值高于初始流化速度但低于逸出速度，颗粒在气流作用下悬浮于床层中，流固混合物-浓相段。在浓相段上升的气泡在界面上破裂，气泡内颗粒以及受气泡挟带的乳化相中颗粒将被抛向浓相段上方空间，-稀相段或称分离段浓相段和稀相段9流态化的不正常现象沟流：由于流体分布板设计存在问题，使流体通过分布板进入浓相段形成的不是气泡而是气流--沟流。造成气体与乳化相之

4、间接触减少，传质与反应效果明显变差。节流（腾涌）：气泡在上升中聚合增大，做柱塞式推动，在某一位置崩落，破坏流化床的正常操作。10流化床反应器的特点催化剂颗粒直径小，外表面积大，对传质/反应过程有利颗粒直径小，颗粒的内扩散可忽略；流体流速高，外扩散也可不考虑。(-RA)与(-rA)相同，反应速率提高。流体通过视为平推流，颗粒运动视为全混流。颗粒要求足够强度。11反应器内径的计算VG：气流的体积流量m3s-1dT：流化床内径mu：气流的空塔流速m.s-1流化床的内径取决于气流的空塔气速，而流化床的空塔气速应介于初

5、始流化速度（也称临界流化速度）与逸出速度之间。即维持流化状态的最低气速与最高气速之间。7.2流化床的工艺计算121初始流化速度：－－颗粒开始流化时的气流速度（气体向上运动时产生的曳力）＝（床层体积）×（固体颗粒分率）×（颗粒密度），即：13合并两式并整理：14解得：152逸出速度：气体在反应器内实际气速与空塔速度相同，床内无固体颗粒，此时速度称逸出速度以上计算是针对一个颗粒的，在流化床内由于颗粒间有相互影响，故逸出速度由此速度值再加以校正而得。uT=FuRe<10时，F≈1Re>10时，Re-F下图例7-1计

6、算萘氧化制苯酐的微球硅胶钒催化剂的起始流化速度和逸出速度已知催化剂粒度分布如下：催化剂颗粒密度ρP=1120kg.m-3气体密度ρ=1.10kg.m-3气体粘度μ=0.0302mPa·s18解1．计算颗粒平均粒径根据标准筛的规格，目数与直径关系如下：在两个目数间隔内颗粒平均直径可按几何平均值计算，即192．计算起始流化速度（umf）203．计算逸出速度（ut）:设Rem<2复核Re值假设Rem<2合理。21浓相段高度的计算催化剂在床层中堆积高度称静床层高度(L0)。在通入气体到起始流化时，床高Lmf≈L0。若

7、继续加大气量，床层内产生一定量的气泡，浓相段床高(Lf)远大于静床层高度。关于浓相段床高的计算通常用计算床层空隙率(εf)来获得。令床层膨胀比R流化床反应器床高的计算：220.2

8、换热器）之间的热量传递。由于流化床中颗粒处于高度运动状态，而固体的导热系数较大，床层中温度基本上一致；气体与固体颗粒的温度一致。25流化床层与器壁的给热系数直到目前为止仍只能通过将实验数据归纳成准数方程而获得。流化床层与竖放的换热器器壁之间给热系数计算式为床层与横放的换热器器壁之间传热时，给热系数计算式为水平管的给热系数比垂直管低5－15％，倾向使用垂直管7.3流化床内反应过程的计算当气体通过床层时