《高等化学反应工程》课程教学课件（PPT讲稿）第八章 流化床反应工程

武汉理工大学Wuhan University of Technology第八章流化床反应工程>固体流态化的基本特征及工业应用>流化床的特征速度>气一固密相流化床>循环流化床厚德博学追求卓越

1 第八章 流化床反应工程 ➢固体流态化的基本特征及工业应用 ➢流化床的特征速度 ➢气-固密相流化床 ➢循环流化床

武汉理工大学Wuhan University of Technology第一节固体流态化的基本特征及工业应用固体流态化：固体散料悬浮于运动的流体，颗粒之间脱离接触而具有类似于流体性能的过程。、流态化现象聚式流态化固体流态化散式流态化.气-液-固三相流态化2厚德博学追求卓越

2 固体流态化：固体散料悬浮于运动的流体，颗粒之 间脱离接触而具有类似于流体性能的过程。 一、流态化现象 固体流态化 聚式流态化 散式流态化 气-液-固三相流态化 第一节 固体流态化的基本特征及工业应用

武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology理想流态化的特点：1、固体颗粒之间的距离随着流体流速增加而均匀地增加，颗粒均匀地悬浮在流体中，所有的流体都流经同样厚度的颗粒床层。2、全床中的传质、传热和固体的停留时间都均匀对化学反应和物理操作都十分有利。3、理想流态化的流化质量是最高的。在实际的流化床中，会出现颗粒及流体在床层中的非均匀分布，越不均匀，流化质量越差。3厚德博学追求卓越

3 理想流态化的特点： 1、固体颗粒之间的距离随着流体流速增加而均匀地 增加，颗粒均匀地悬浮在流体中，所有的流体都流 经同样厚度的颗粒床层。 2、全床中的传质、传热和固体的停留时间都均匀， 对化学反应和物理操作都十分有利。 3、理想流态化的流化质量是最高的。 在实际的流化床中，会出现颗粒及流体在床层中 的非均匀分布，越不均匀，流化质量越差

武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology颗粒的分类颗粒的密度及粒度对流化特性有显著影响。对于气-固流态化，根据不同的颗粒密度和粒度，颗粒可以分为A、B、C、D共4类。A类颗粒称为细颗粒，一般粒度较小（30-100um）并且颗粒密度较小（p<1400kg/m2）。A类颗粒形成鼓泡床后，密相中空隙率明显大于临界流化空隙率 mf:?密相中气、固返混较严重，气泡相与密相之间气体交换速度较高；③随着颗粒粒度分布变宽或平均粒度降低气泡尺寸随之减小。?催化裂化催化剂是典型的A类颗粒。4厚德博学追求卓越

4 颗粒的密度及粒度对流化特性有显著影响。对于气-固流 态化，根据不同的颗粒密度和粒度，颗粒可以分为A、B、C、 D共4类。 m mf  颗粒的分类 A类颗粒称为细颗粒，一般粒度较小（30-100 ）并且颗粒 密度较小( )。 ☺A类颗粒形成鼓泡床后，密相中空隙率明显大于临界流化空 隙率 ； ☺密相中气、固返混较严重，气泡相与密相之间气体交换速 度较高； ☺随着颗粒粒度分布变宽或平均粒度降低气泡尺寸随之减小。 ☺催化裂化催化剂是典型的A类颗粒。 3 p  1400kg / m

武汉理工大学Wuhan Universityof Technology，一般粒度较大（100～600umB类颗粒称为粗颗粒并且颗粒密度较大,=1400~4000kg/m）。?其起始鼓泡速度umb与umf临界流化速度相等③密相的空隙率基本等于临界流化空隙率：③密相中气、固返混较小，气泡相与密相之间气体交换速度较低③气泡尺寸几乎与颗粒粒度分布宽窄和平均粒度大小无关；?砂粒是典型的B类颗粒。5厚德博学追求卓越

5 B类颗粒称为粗颗粒，一般粒度较大（100～600 ） 并且颗粒密度较大（ ）。 ☺其起始鼓泡速度umb与umf临界流化速度相等； ☺密相的空隙率基本等于临界流化空隙率； ☺密相中气、固返混较小，气泡相与密相之间气体 交换速度较低； ☺气泡尺寸几乎与颗粒粒度分布宽窄和平均粒度大 小无关； ☺砂粒是典型的B类颗粒。 3 1400 ~ 4000 / p  = kg m m

武汉理工大学WuhanUniversityofTechnologyC类颗粒属黏性颗粒或超细颗粒，一般平均粒度在20um以下，由于颗粒小，颗粒间易团聚，极易产生沟流。，流化时易产生大气泡和节?D类颗粒属于过粗颗粒，涌，操作难以稳定，适用于喷动床操作，玉米、小麦颗粒属这类颗粒。6厚德博学追求卓越

6 ☺C类颗粒属黏性颗粒或超细颗粒，一般平均粒度在 20 以下，由于颗粒小，颗粒间易团聚，极易产生 沟流。 ☺D类颗粒属于过粗颗粒，流化时易产生大气泡和节 涌，操作难以稳定，适用于喷动床操作，玉米、小 麦颗粒属这类颗粒。 m

武汉理工大学Wuhan University of Technology液体作流化介质时，液体与颗粒间的密度差较小散式流态化气体作介质时，对于较小和较轻的A类颗粒，当表观气速u.刚超过临界流化速度的一段操作范围内处于散式流态化的液-固流化床为均匀的理想流态化状态。7厚德博学追求卓越

7 液体作流化介质时，液体与颗粒间 的密度差较小 气体作介质时，对于较小和较轻的 A类颗粒，当表观气速ug刚超过临 界流化速度的一段操作范围内 散式流态化 处于散式流态化的液-固流化床为均匀的理想流态 化状态

武汉理工大学Wuhan University of Technology较大和较重的颗粒，表观气速ug超过临界流化或起始流化速度umf气体作介质时，形成聚式流态化的条件较小和较轻的A类颗粒，提高表观气速至生成气泡（起始鼓泡速度umb决定散式或聚式流态化的主要因素是固体与流体之间的密度差，其次是颗粒尺寸。8厚德博学追求卓越

8 较大和较重的颗粒，表观气速ug 超过临界流化或起始流化速度umf 气体作介质时，形成 聚式流态化的条件 较小和较轻的A类颗粒，提高表 观气速至生成气泡（起始鼓泡 速度umb) 决定散式或聚式流态化的主要因素是固体与流体之 间的密度差，其次是颗粒尺寸

武汉理工大学Wuhan Universityof Technology聚式流化床中存在明显的两相气体中夹带少量颗粒的气泡相或稀相颗粒与颗粒间气体所组成的颗粒相或密相，又称乳相。在低气速流化床中，乳相为连续相而气泡相为非连续相。9厚德博学追求卓越

9  气体中夹带少量颗粒的气泡相或稀相；  颗粒与颗粒间气体所组成的颗粒相或密相，又称 乳相。 在低气速流化床中，乳相为连续相而气泡相 为非连续相。 聚式流化床中存在明显的两相：

武汉理工大学Wuhan Universityof Technology二、流化床反应器的流型、流型转变及基本特征随着表观气速从零开始逐步提高，固体颗粒床层由固定床开始发生一系列的流型转变，如下1i,e增加图所示。气力快速固定床散式床鼓泡床节涌床瑞动床输送流化床聚式流态化图8-1气-固流态化中各种流体力学流型的特征示意10厚德博学追求卓越

10 随着表观气速从零开始逐步提高，固体颗粒 床层由固定床开始发生一系列的流型转变，如下 图所示。 图8-1 气-固流态化中各种流体力学流型的特征示意 二、流化床反应器的流型、流型转变及基本特征