化学反应工程 习题 第七章 流化床反应器.pdf

第七章第七章 流化床反应器流化床反应器 1 所谓流态化就是固体粒子像 一样进行流动的现象 流体 2 对于流化床反应器 当流速达到某一限值 床层刚刚能被托动时 床内粒子就开始流化起 来了 这时的流体空线速称为 起始流化速度 3 对于液 固系统的流化床 流体与粒子的密度相差不大 故起始流化速度一般很小 流速 进一步提高时 床层膨胀均匀且波动很小 粒子在床内的分布也比较均匀 故称作 散式流化床 4 对于气 固系统的流化床反应器 只有细颗粒床 才有明显的膨胀 待气速达到 后才出现气泡 而对粗颗粒系统 则一旦气速超过起始流化速度后 就出现气泡 这些通称 为 起始鼓泡速度 鼓泡床 5 对于气 固系统的流化床反应器的粗颗粒系统 气速超过起始流化速度后 就出现气泡 气速愈高 气泡的聚并及造成的扰动亦愈剧烈 使床层波动频繁 这种流化床称为 聚式流化床 6 对于气 固系统的流化床反应器 气泡在上升过程中聚并并增大占据整个床层 将固体粒 子一节节向上推动 直到某一位置崩落为止 这种情况叫 节涌 7 对于流化床反应器 当气速增大到某一定值时 流体对粒子的曳力与粒子的重力相等 则 粒子会被气流带出 这一速度称为 带出速度或终端速度 8 对于流化床反应器 当气速增大到某一定值时 流体对粒子的 与粒子的 相 等 则粒子会被气流带出 这一速度称为带出速度 曳力 重力 9 流化床反应器的 mft uu 的范围大致在 10 90 之间 粒子愈细 比值 即表示从 能够流化起来到被带出为止的这一范围就愈广 愈大 10 流化床反应器中的操作气速 0 U 是根据具体情况定的 一般取流化数 mf UU0 在 范 围内 1 5 10 11 对于气 固相流化床 部分气体是以起始流化速度流经粒子之间的空隙外 多余的气体 都以气泡状态通过床层 因此人们把气泡与气泡以外的密相床部分分别称为 与 泡相 乳相 12 气 固相反应系统的流化床中的气泡 在其尾部区域 由于压力比近傍稍低 颗粒被卷 了进来 形成了局部涡流 这一区域称为 尾涡 13 气 固相反应系统的流化床中的气泡在上升过程中 当气泡大到其上升速度超过乳相气 速时 就有部分气体穿过气泡形成环流 在泡外形成一层所谓的 气泡云 14 气 固相反应系统的流化床反应器中的气泡 和 总称为气泡晕 尾涡 气泡云 15 气 固相反应系统的流化床中 气泡尾涡的体积 W V 约为气泡体积 b V 的 1 3 16 气 固相反应系统的流化床 全部气泡所占床层的体积分率 b 可根据流化床高 f L 和起 始流化床高 mf L 来进行计算 计算式为 b f mff L LL 17 在气 固相反应系统的流化床中设置分布板 其宗旨是使气体 和 为宜 分布均匀 防止积料 结构简单 材料节省 18 在流化床中设计筛孔分布板时 可根据空床气速 0 u 定出分布板单位截面的开孔数 or N ororu d u 2 0 4 19 在流化床中设计筛孔分布板时 通常分布板开孔率应取约 以保证一定的压降 1 20 在流化床中为了传热或控制气 固相间的接触 常在床内设置内部构件 以垂直管最为 常用 它同时具有 并甚至 的作用 传热 控制气泡聚 减少颗粒 带出 21 在流化床中为了传热或控制气 固相间的接触 常在床内设置内部构件 但很少使用水 平构件 它对颗粒和气体的上下流动起一定的阻滞作用 从而导致床内产生明显的 梯度和 梯度 温度 浓度 22 在流化床中为了传热或控制气 固相间的接触 常在床内设置内部构件 但很少使用水 平构件 它对颗粒和气体的上下流动起一定的 作用 从而导致床内产生明显的温度 梯度和浓度梯度 阻滞 23 气 固相反应系统的流化床反应器中 由于上升气泡的尾涡中夹带着颗粒 它们在途中 不断的与周围的颗粒进行着交换 大量的颗粒被夹带上升 这种循环相当剧烈 所以自由床 中的颗粒可认为是 的 全混 24 气 固相反应系统的流化床存在着 及 四类区域 气 泡区 泡晕区 上流区 回流区 25 当气流连续通过流化床的床层时 床层内那些带出速度小于操作气速的颗粒将不断被带 出去 这种现象称为 场析 26 当气流连续通过流化床的床层时 床层内那些带出速度 操作气速的颗粒将不断 被带出去 这种现象称为场析 小于 27 如果在流化床反应器的出口处要加二级旋风分离系统作为回收装置时 旋风分离器的第 一级入口理应安置在 处 分离高度 28 在流化床反应器中 当达到某一高度以后 能够被重力分离下来的颗粒都以沉积下来 只有带出速度小于操作气速的那些颗粒才会一直被带上去 故在此以上的区域颗粒的含量就 近乎恒定了 这一高度称作 分离高度 29 描述流化床的数学模型 对于气 乳两相的流动模式一般认为气相为 而对乳相 则有种种不同的流型 平推流 30 描述流化床的数学模型 对于气 乳两相的流动模式一般认为 相为平推流 而对 相则有种种不同的流型 气 乳 31 描述流化床的数学模型 按照模型考虑的深度而分的第 级模型中 各参数值均为恒值 不随床高而变 但与气泡的大小 有关 32 描述流化床的数学模型 按照模型考虑的深度而分的第 级模型中 各参数值均为 不随床高而变 但与气泡的大小有关 恒值 33 描述流化床的数学模型 按照模型考虑的深度而分的第 级模型中 各参数值均为恒值 不随 而变 但与气泡的大小有关 床高 34 描述流化床的数学模型 按照模型考虑的深度而分的第 级模型中 各参数值均为恒值 不随床高而变 但与气泡的大小 无关 35 描述流化床的数学模型 按照模型考虑的深度而分的第 级模型中 各参数均与气泡的 大小 而气泡大小则沿 而变 有关 床高 36 描述流化床的气泡两相模型 以 0 U 的气速进入床层的气体中 一部分在乳相中以起始流 化速度 mf U 通过 而其余部分 mf UU 0 则全部以 的形式通过 气泡 37 描述流化床的气泡两相模型 以 0 U 的气速进入床层的气体中 一部分在乳相中以起始流 化速度 mf U 通过 而其余部分 则全部以气泡的形式通过 mf UU 0 38 描述流化床的气泡两相模型 气泡相为向上的 式流动 其中无催化剂粒子 故不 起反应 气泡大小均一 平推 39 描述流化床的气泡两相模型 反应完全在乳相中进行 乳相流动状况可假设为 或 全混流 平推流 40 描述流化床的气泡两相模型 反应完全在 相中进行 乳相流动状况可假设为全混 流或平推流 乳 41 描述流化床的气泡两相模型 气泡与乳相间的交换量 Q 为 与 之和 穿流 量 q 扩散量 42 描述流化床的鼓泡床模型 它相当于 mf UU 0 时 乳相中气体全部下流的情况 工业上的实际操作大多属于这种情况 6 11 43 描 述 流 化 床 的 鼓 泡 床 模 型 由 于 气 速 较 大 因 此 该 模 型 假 定 这样只需计算 气泡中的气体组成便可算出反应的转化率 床顶出气组成完全可用气泡中的组成代表 而 不必计及乳相中的情况 44 流化床反应器的开发和放大 国内外都有许多成功的经验 但一般都是从 方面进行考虑和改进的 催化剂性能 操作条件 床层结构 45 是指同时存在两个或更多相态的反应系统所进行的反应过程 多相反应过程 46 多相反应过程是指同时存在 相态的反应系统所进行的反应过程 两个或更多 47 当前用于描述气 液两相流相间传质的模型有两大类 一是按 来处理的双膜模 型 一是按 处理模型 如溶质渗透模型和表面更新模型 稳态扩散 非稳态扩散 48 当前用于描述气 液两相流相间传质的模型有两大类 一是按稳态扩散来处理的 一是按非稳态扩散处理模型 如 和 双膜模型 溶质渗透模型 表面更新模型 49 流化床反应器中的操作气速 0 U 是根据具体情况定的 一般取流化数 mf UU0 在 范 围内 B A 0 1 0 4 B 1 5 10 C 10 15 D 0 4 1 5 50 流化床反应器中的操作气速 0 U 是根据具体情况定的 一般取流化数 t uU0 在 范 围内 A A 0 1 0 4 B 1 5 10 C 10 15 D 0 4 1 5 51 在流化床反应器中 气泡的尾涡体积 w V 约为气泡体积 b V 的 B A 1 4 B 1 3 C 2 3 D 1 2 52 下列哪一项不属于流化床反应器按深度而分的第 级模型的特点 C A 各参数均为恒值 B 参数值不随床高而变 C 参数值与气泡大小无关 D 参数值与气泡大小有关 53 简述聚式流化床的形成 答 对于气 固系统的流化床反应器的粗颗粒系统 气速超过起始流化速度后 就出现气泡 气速愈高 气泡的聚并及造成的扰动亦愈剧烈 使床层波动频繁 这种流化床称为聚式流化 床 54 简述鼓泡床的形成 答 对于气 固系统的流化床反应器 只有细颗粒床 才有明显的膨胀 待气速达到起始鼓 泡速度后才出现气泡 而对粗颗粒系统 则一旦气速超过起始流化速度后 就出现气泡 这 些通称为鼓泡床 55 简述描述流化床的特征流速的定义 答 特征流速为起始流化速度和带出速度 1 当流速达到某一限值 床层刚刚能被托动时 床内粒子就开始流化起来了 这时的 流体空线速称为起始流化速度 2 当气速增大到某一定值时 流体对粒子的曳力与粒子的重力相等 则粒子会被气流 带出 这一速度称为带出速度或终端速度 56 简述流化床反应器中节涌床的特点 答 对于气 固系统 床径很小 而床高与床径比较大时 气泡在上升过程中可能聚并增大 甚至达到占据整个床层截面的地步 将固体粒子一节节的往上柱塞式的推动 直到某一位置 而崩落为止 这种情况为节涌 此时的流化床为节涌床 57 简述流化床反应器的优点 答 1 传热效能高 而且床内温度易维持均匀 2 2 大量固体粒子可方便的往来输送 对于催化剂迅速失活而需随时再生的过程来 说 能够实现大规模的连续生产 3 3 由于粒子细 可以消除内扩散阻力 能充分发挥催化剂的效能 58 简述流化床反应器的缺点 答 1 气流状况不均 不少气体以气泡状态经过床层 气 固两相接触不够有效 2 粒子运动基本上是全混式 因此停留时间不一 在以粒子为加工对象时 影响产品 质量的均一性 且粒子的全混造成了气体的部分返混 影响反应速率和造成副反应的增加 3 粒子的磨损和带出造成催化剂的损失 并要设置旋风分离器等粒子回收系统 59 简述流化床反应器中操作气速 U0是如何选取的 答 实用的操作气速 U0是根据具体情况选取的 一般 mf UU 0 之值 称作流化数 在 1 5 10 范围的 另外也有按 4 0 1 0 0 t uU 左右来选取 通常所用的气速为 0 15 0 5m s 左 右 对于热效应不大 反应速度慢 催化剂粒度细 筛分宽 床内无内部构件和要求催化剂 的带出量少的情况 宜