任务11设计流化床反应器

任务11流化床反应器设计13.1流态化基本概念13.1.1固体流态化现象大量固体颗粒悬浮于运动的流体中从而使颗粒具有类似于流体的某些宏观表观特征，这种流固接触状态称为固体流态化。流体自上而下流过催化剂床层时，根据流体流速的不同，床层经历三个阶段：固定床阶段：u0＜umf时，固体粒子不动，床层压降随u增大而增大。流化床阶段：umf≤u0≤ut时,固体粒子悬浮湍动,床层分为浓相段和稀相段，u增大而床层压降不变。输送床阶段：u0＞ut时,粒子被气流带走,床层上界面消失,u增大而压降有所下降。流态化的形成13.1.2散式流化床和聚式流化床（1）散式流化床对于液固系统，流体与固体粒子的密度相差不，其临界流化速度一般很小，流速进一步提高时，床层膨胀均匀且波动较小，粒子在床内的分布也比较均匀。（2）聚式流化床对于气固系统，当流速超过临界流化速度时，则将出现很大的不稳定性。床内粒子成团湍动，有气泡通过床层，气速愈高，气泡造成的扰动愈剧烈，使床层波动频繁，而床层膨胀后的体积并不比临界流化时的体积大很多。13.1.3流化床的压降与流速流体自上而下流过催化剂床层时，根据流体流速的不同，床层经历三个阶段：固定床阶段：u0＜umf时，固体粒子不动，床层压降随u增大而增大。流化床阶段：umf≤u0≤ut时,固体粒子悬浮湍动,床层分为浓相段和稀相段，u增大而床层压降不变。输送床阶段：u0＞ut时,粒子被气流带走,床层上界面消失,u增大而压降有所下降。

临界流化速度，也称起始流化速度、最低流化速度，是指颗粒层由固定床转化为流化床时流体的表观速度，用umf表示。影响临界流化速度的因素有颗粒直径、颗粒密度、流体黏度等。流化床中常见的异常现象沟流贯穿沟流、局部沟流大气泡

床层不均匀腾涌气泡崩裂，颗粒散落而下沟流

气流通过床层，其流速虽然超过临界流化速度，但床内只形成一条狭窄通道，而大部分床层仍处在固定状态，这种现象称为沟流，其特征是气体通过床层时形成短路。

沟流有两种情况，如果沟流穿过整个床层称为贯穿沟流；如果沟流仅发生在局部称为局部沟流。沟流造成床层密度不均匀，有可能产生死床，造成催化剂烧结，降低催化剂使用寿命，降低转化率，缩小生产能力。4/7/202410腾涌大气泡和腾涌使床层极不稳定，床层的均匀性被破坏，气固接触不良，从而严重地影响产品的收率和质量，增加固体颗粒的机械磨损和带出，降低催化剂的使用寿命，床内构件也易磨损。如果床层中大气泡很多，由于气泡不断搅动和破裂，而使气固接触极不均匀，床层波动也较大，当气速继续增大，则气泡可能增大到接近容器直径，使床内物料呈活塞状向上运动，于是床层被分成一段或几段，当达到某一高度后突然崩裂，颗粒散落而下，这种现象称腾涌选择操作速度的原则

催化剂强度差、易于粉碎，反应热不大，反应速率较慢或床层又高窄低操作速度。

反应速率较快，反应热效应较大，颗粒强度好或床层要求等温高操作速度。mfuuk0=13.2流化床反应器内的传质

气体进入床层后，部分通过乳化相流动，其余则以气泡形式通过床层。乳化相中的气体与颗粒接触良好，而气泡中的气体与颗粒接触较差，原因是气泡中几乎不含颗粒，气体与颗粒接触的主要区域集中在气泡与气泡晕的相界面和尾涡处。流化床反器中的反应实际上是在乳化相中进行的，所以气泡与乳化相间的气体交换作用非常重要。相间传质速率与表面反应速率的快慢，对于选择合理的床型和操作参数都相关。13.3流化床反应器内的传热固体颗粒与固体颗粒之间的传热固体颗粒与流体间的传热床层与器壁或换热器表面的传热13.4流化床反应器的计算计算内容选型主体尺寸辅助设备直径计算公式

为了尽量减少气体中带出的颗粒，一般流化床反应器的上部设有扩大段。

D——反应器直径，m；

qv——操作条件下的气体体积流量，m3/s；

u0——操作空床气速，m/s。扩大段取决：粒尘回收量，过滤管数，旋风分离器的大小床高计算H=H1+H2+H3+H4H1流化床层高度(浓相段