化学反应工程 - 流化床反应工程.ppt

第七章流化床反应工程 1概述固体的流态化 当流体介质 液体或气体 通过固体颗粒层时 在适当的流速下 床层中的固体颗粒悬浮在流体介质中 进行不规则的激烈的运动 整个床层像开了锅的水一样 具有像液体一样能够自由流动的性质 这种现象称为固体的流态化 流化过程 流体自下而上地通过固体颗粒层 1 流体流速较小 固体颗粒静止不动 2 流速升高到某一数值 床层开始膨胀 床层空隙率开始增加 床高增加 3 流速再升高 流体与颗粒间的摩擦力等于固体颗粒重量时 固体颗粒即悬浮在流体中 此即流态化开始 其相应的流体空床线速度称为临界流化速度 umf 4 流体流速大干临界流化速度时 床层空隙率进一步增大 床高也相应增加 床层进入完全流化状态 流态化的各种形式 5 流体流速再继续增大列某一个程度时 固体颗粒将被流体惜出 此现象称为气流输送 相应的流速称为颗粒带出速度 ut 尹芳华 化学反应工程基础 2000年04月第1版 第113页 流态化技术优点 1 床内物料的流化状态 有助于实施连续流动和循环操作 2 传热效能高 而且床内温度易于维持均匀 3 气 固相之间的传质速率较高 4 粒子较细 可降低或消除内扩散阻力 充分发挥催化剂的效能 5 流化床的结构比较简单 紧凑 故适于大型生产操作 局限性 1 气体流动状况不均 部分气体以气泡的形式通过床层 严重地降低了气 固相接触效率 2 在连续流动的情况下 固体粒子的迅速循环和气泡的搅动作用 会造成固体粒子某种不利的停留时间分布 且转化率不高 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损耗 加剧了对设备的磨损 压力喷雾干燥流程 垂直下降逆流型 流态化技术应用 1 催化裂化 2 丙烯 氨氧化制丙烯腈 3 萘氧化制邻苯二甲酸酐 2 流化床中的气 固运动 流化床的流体力学流态化操作 必须使气速高于临界流化速度 一般又不超过带出速度 球形颗粒临界流化速度 球形固体颗粒的终端速率 3 流化床的膨胀比 流化床的体积与起始流化时的床层体积之比叫膨胀比 对于均一直径的床层 它也就是流化床高L与起始流化时的床高Lmf正比 影响因素有固体颗粒的直径和物性 气体的流速和物性 床的直径和高度 分布板的形式等 气速越大或床径越小则膨胀比越大或流化床的密度越小 双质体振动流化床干燥机 气泡及其行为 1 气泡的结构两种聚集状态 固体颗粒极少的气泡 气泡相 包含绝大多数固体颗粒的连续相 乳化相 单个气泡在流化床中上升的速度 流化床中颗粒运动 3流化床中的传递过程 1 流化床中的传热 1 固体颗粒之间的传热 温差很小 可以不予考虑 2 颗粒与流体之间的传热 温差很小 可以不予考虑 3 床层与换热面之间的传热 决定床层温度和换热面积大小的关键 2020 3 15 15 可编辑 2流化床中的传质 1 粒子与流体间的传质 此式是以液体流化床的数据为基础 此式是以液 固和气 固流化床数据为基础 2 气泡与乳相间的传质气相反应物从气泡向乳化相传递与反应产物从乳化相向气泡传递对反应的进行具有重要意义 XZG系列旋转闪蒸干燥机 4 流化床中的数学模型 1 简单均相模型 指全混流模型和活塞流模型 2 两相模型 气泡相 活塞流 乳化相 活塞流 模型 气泡相 乳化相 全混流 模型 两相模型的参数需随反应器规模而变 3 气泡模型 实质是将流化床过程的各个参数集中体现在气泡直径上 此即所谓流化床的单参数模型泡尺寸 4 拓展了的流化床模型 此类模