第三章固体流态化

1、 将大量固体颗粒悬浮在流体之中，从而使颗将大量固体颗粒悬浮在流体之中，从而使颗粒具有类似于流体的某些表观特性，这种流固接粒具有类似于流体的某些表观特性，这种流固接触状态称为固体流态化，又称假液化触状态称为固体流态化，又称假液化 。1 . 流化床的基本概念流化床的基本概念假设假设床层是由均匀颗粒组成的床层是由均匀颗粒组成的流体自下而上地流过颗粒层流体自下而上地流过颗粒层则根据流速的不同，会出现三种不同的情况则根据流速的不同，会出现三种不同的情况固定床阶段固定床阶段流化床阶段流化床阶段颗粒输送阶段颗粒输送阶段流态化流态化 (流化床流化床)：颗粒在流体中悬浮或随其一起流动。：颗粒在流体中悬浮或随其一

2、起流动。强化颗粒与流体间的传热、传质与化学反应特性。强化颗粒与流体间的传热、传质与化学反应特性。2021-10-243 P 500 300 200 100 50 1 2 umf 10 50 100 空床流速 u0 /s 固定床 流化床 夹带开始 P=W/At 斜率=1 LLf LLf L0 LLmf 2021-10-244不同阶段不同阶段固定床固定床: 如果流体通过床层的表观速度较低，颗粒空隙如果流体通过床层的表观速度较低，颗粒空隙中流体的实际流速小于颗粒的沉降速度，颗粒基本上中流体的实际流速小于颗粒的沉降速度，颗粒基本上静止不动，颗粒层为固定床。静止不动，颗粒层为固定床。起始流态化起始流态化

3、：流体的流速达到某一数值时，颗粒开始流体的流速达到某一数值时，颗粒开始浮动。流速为起始流化速度，一般很小。浮动。流速为起始流化速度，一般很小。膨胀床（散式流化床或均匀流化床）膨胀床（散式流化床或均匀流化床）：膨胀均膨胀均匀且波动很小，粒子分布均匀。匀且波动很小，粒子分布均匀。不同阶段不同阶段鼓泡床鼓泡床：气速达到一定值时，才有气泡。此时速度为气速达到一定值时，才有气泡。此时速度为起始鼓泡速度。起始鼓泡速度。节涌床节涌床：床高与床径比大，气泡在上升过程中可能聚床高与床径比大，气泡在上升过程中可能聚并增大甚至达到占据整个床层，固体粒子一节节的往并增大甚至达到占据整个床层，固体粒子一节节的往上柱塞式

4、的推动，直到达到某一位置崩落为止，这种上柱塞式的推动，直到达到某一位置崩落为止，这种现象称为节涌。现象称为节涌。流化床和颗粒输送阶段流化床和颗粒输送阶段max111,，。，。tttuuuuuuuuuuu 当时床内颗粒层将膨胀当时床层不再膨胀流化床内颗粒必获得上升速度颗粒将被流体带出器外这是颗粒输送阶段max00，ttuuu颗粒沉降速度固定床空隙率实际的流化现象实际的流化现象散式流化散式流化 液液-固系统固系统表观流速达到某个临界值表观流速达到某个临界值 umf时（时（umf称为起始流化速度）称为起始流化速度）表面特征：表面特征：颗粒摇摆，随机运动，忽上忽下，忽左忽右颗粒摇摆，随机运动，忽上忽下

5、，忽左忽右实际的流化现象实际的流化现象聚式流化聚式流化气气-固系统固系统当表观流速超过起始流化速度当表观流速超过起始流化速度 umf而开始流化而开始流化表面特征：表面特征：空穴，移动和合并，破裂空穴，移动和合并，破裂充分流态化的床层表现出类似于液体的性质：充分流态化的床层表现出类似于液体的性质：(c)(d)(a)(b)pL(e)uuuuuua:密度比床层平均密度 m 小的物体可以浮在床面上b床面保持水平c服从流体静力学，即高差为 L 的两截面的压差P =mgLd颗粒具有与液体类似的流动性，可以从器壁的小孔喷出e联通的流化床能自行调整床层上表面使之在同一水平面上起伏Slog ulog pBlog

6、 ulog pbbW Ap正常值腾涌腾涌(Slugging)：颗粒层被气泡分成几段并像活塞一样被推颗粒层被气泡分成几段并像活塞一样被推动上升，在顶部破裂后颗粒回落动上升，在顶部破裂后颗粒回落。腾涌时床层高度起伏很大，腾涌时床层高度起伏很大，器壁被颗粒磨损加剧，引起设备震动，损伤床内构件。器壁被颗粒磨损加剧，引起设备震动，损伤床内构件。沟流：沟流：大量气体经过局部截面通过床层，其余部分仍为固定大量气体经过局部截面通过床层，其余部分仍为固定床而未流化床而未流化(“死床死床”)。腾通与沟流都会使气腾通与沟流都会使气固两相接触不充分、不均匀、流化质固两相接触不充分、不均匀、流化质量不高，使传热、传质和

7、化学反应效率下降。量不高，使传热、传质和化学反应效率下降。 大高径比床层大直径床层气体气体气体气体分布板：气体分布板：高阻分布板高阻分布板 (10%pb，且，且0.35mmH2O) 可可使气体初始分布均匀，以抑制气泡的生成和沟流的发生。使气体初始分布均匀，以抑制气泡的生成和沟流的发生。多孔板多孔板风帽风帽管式管式内部构件：内部构件：阻止气泡合并或破碎大气泡。阻止气泡合并或破碎大气泡。宽分布粒度：宽分布粒度：宽分布粒度的细颗粒可提高床层的均化程度。宽分布粒度的细颗粒可提高床层的均化程度。11mfmfLRL散式流化具有空隙率随流化数均匀变化的规律散式流化具有空隙率随流化数均匀变化的规律聚式流化乳化

8、相的空隙率几乎不变，床层膨胀主要由气泡相聚式流化乳化相的空隙率几乎不变，床层膨胀主要由气泡相的膨胀所引起。聚式流化床膨胀比是一个较难确定的参数。的膨胀所引起。聚式流化床膨胀比是一个较难确定的参数。床层的流化状态和流化质量与流化数有很大关系床层的流化状态和流化质量与流化数有很大关系实际操作流速与临界流化速度之比实际操作流速与临界流化速度之比 u/umf流化床的膨胀高度流化床的膨胀高度 L 与临界流化高度之比与临界流化高度之比LTDH床高气体中颗粒的浓度分离高度分离高度 H 或或 TDH（Transport Disengaging Height）：）：流化床膨胀高度以上颗粒可以依靠重力沉降回落的高

9、度。超流化床膨胀高度以上颗粒可以依靠重力沉降回落的高度。超过这一高度后颗粒将被带出。过这一高度后颗粒将被带出。TDH 的确定对流化床气体出的确定对流化床气体出口位置的设计具有重要意义。口位置的设计具有重要意义。 流态化催化裂化装置：流态化催化裂化装置： 原料油高温气化后原料油高温气化后与催化剂颗粒在提升管与催化剂颗粒在提升管内形成高速并流向上的内形成高速并流向上的稀相输送，稀相输送，57秒即可秒即可完成原料油的催化裂解完成原料油的催化裂解反应。催化剂经旋风离反应。催化剂经旋风离器分离后由下行管进入器分离后由下行管进入再生器，被从底部送入再生器，被从底部送入的空气流化再生，停留的空气流化再生，停

10、留时间约为时间约为712分钟。分钟。 烟道器再生器主风机进料油预热器提升管反应器吹出用水蒸气裂解产物反应器内的旋风分离器气力输送：气力输送：在密闭的管道中借用气体在密闭的管道中借用气体(最常用的是空气最常用的是空气)动力动力使固体颗粒悬浮并进行输送。使固体颗粒悬浮并进行输送。输送对象：输送对象：从微米量级的粉体到数毫米大小的颗粒。从微米量级的粉体到数毫米大小的颗粒。优点：优点：效率高；全密闭式的输送既可保证产品质量、又可效率高；全密闭式的输送既可保证产品质量、又可避免粉体对环境的污染；容易实现管网化和自动化；避免粉体对环境的污染；容易实现管网化和自动化；可在输送过程中同步进行气固两相的物理和化学加可在输送过程中同步进行气固两相的物理和化学加工工(颗粒干燥、表面包裹、气固反应等颗粒干燥、表面包裹、气固反应等)。缺点：缺点：能耗高，设计和操作不当易使颗粒过度碰撞而磨蚀、能耗高，设计和操作不当易使颗粒过度碰撞而磨蚀、破碎，同时造成管道和设备的磨损。破碎，同时造成管道和设备的磨损。对含水量多、对含水量多、有粘附性或高速运动时易产生静电的物料，不宜用有粘附性或高速运动时易产生静电的物料