chap 7 气固相催化反应流化床反应器ppt课件.ppt

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1、7气固相催化反应流化床反应器流化床的基本概念流化床的工艺计算（内径、床层高度、传热）流化床内的反应过程计算17.1流化床的基本概念气-固和液-固两相流动垂直管内的两相流动竖直管内的两相流动27.1流化床的基本概念流态化现象：使微粒固体通过与气体或液体接触而转变成类似流体的操作。固体颗粒层与流体接触的不同类型流体流速增加固定床初始流态化散式流态化聚式流态化腾涌稀相流态化液体气体34流固体系中固体颗粒受力分析：浮力、曳力、重力。固定床：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

2、，颗粒在床层内静止不动，流体由颗粒之间的空隙通过。此时床层称为固定床。流化床：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，整个床层称为流化床。5流化床内物料特性－类似液体的性状※轻的物体浮起；※表面保持水平；※固体颗粒从孔中喷出；※床面拉平；※床层重量除以截面积等于压强67流化床的的优点※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

3、动、循环，使大量热、质有可能在床层之间传递；※4宜于大规模操作；※5气体和固体之间的热质传递较其它方式高；※6流化床与床内构件的给热系数大。8流化床的的缺点※1气体的流动状态难以描述，偏离平推流，气泡使颗粒发生沟流，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对高温非催化操作，颗粒易于聚集和烧结。9流化床的工业应用※第一次工业应用：1922年FritzWinkler获德国专利，1926年第一台高13米，截面积12平方米的煤气发生炉开始运转。※目前

4、最重要的工业应用：SOD(StandardOilDevelopmentCompany)IV型催化裂化。10散式流化和聚式流化散式流态化：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，人们称这种流化形式为散式流态化。聚式流态化在此类流态化形式中，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始流化状态。其二是气泡相：流体以气泡形式通过床层。11散式和聚式流化的判别※一般认为液固流态化为散式流态化而气固之间的流

5、化状态多为聚式流态化。1213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，所形成的流固混合物称为浓相段。※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。这段空间称为稀相段或称分离段。14流化床的基本结构※催化剂承载※催化剂拦截※流体（气体）分布※流固分离※热量交换151617小结18流态化的不正常现象※沟流：由于流体分布板设计或安装上存在问题，使流体通过分布板进入浓相段形成的不是气泡而是气流，称沟流。沟流造

6、成气体与乳化相之间接触减少，传质与反应效果明显变差。※节流（腾涌）197.2流态化的工艺计算尺寸（内径、床层高度）计算思路内径：u介于临界（初始）流化速度与逸出速度之间（u：[umf,uT]）高度：浓相区高度计算稀相区高度估算207.2.1流态化反应器内径计算1初始流化速度计算（umf）固定床上限压降＝流化床初始压降（1）流化初始（基本）条件（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：21（2）固定床压降Ergun方程：与考虑固定床压降时的方程对照，可见简化前一项为粘滞力损失，后一项

7、为动能损失22（3）初始（临界）流化速度计算将初始流化条件与固定床压降相结合，可得临界流化速度计算式低雷诺数时，粘滞力损失占主导，忽略后一项：解得：23高雷诺数时，动能损失占主导，忽略前一项：解得：对中等雷诺数，两项都要考虑。计算出临界流化速度后要进行验算，看雷诺数是否在适用范围之内。242带出速度（终端速度）当流体对颗粒的曳力与颗粒的重量相等，颗粒会被流体带走：对于单颗粒，有半经验公式：25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

8、>10时，Re-F见图263流态化反应器内径计算可见，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。VG：气流的体积流量[m3s-1]dT：流化床内径[m]u：气流的空塔流速[m.s-1]