化工反应原理与设备 教学课件 作者 杨西萍 主编模块五.ppt

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1、模块五、流化床反应器目标要求：了解流化床反应器的工艺计了解流化床反应器模型计算及内部构件的作掌握流化床反应器主体结构尺寸的计算掌握流化床反应器的操作特点熟悉流化床反应器常见问题的避免措施与处理方法熟悉流化床的实际操作和仿真系统操项目一、流化床反应器的结构流化床反应器是指催化剂颗粒在反应过程中处于激烈运动状态的气固相反应催化反应器。采用细粉颗粒温度、浓度均一传质、传热速率高颗粒具有流体性质操作弹性范围广全混流模型返混大转化率低催化剂易磨损热效应大、催化剂寿命短的反应基本结构壳体气体分布装置内部构件换热装置气固分离装置基本结构固体颗粒是否在系统内循环单器双器床层外型圆筒形圆锥形反应器层数单层

2、多层是否设置内部构件自由床限制床是否催化反应催化流化床非催化流化床气体分布板基本要求具有均匀分布气流的作用，同时其压降要小；使流化床有一个良好的起始流态化状态；操作过程中不易被堵塞和磨蚀作用支撑床层上的催化剂颗粒分流：使气体均匀分布在床层的整个床面上导向：可抑制气固系统恶性的聚式流态化密孔板直流式侧流式填充式分布板旋流式喷嘴分枝式分布器短管式分布板型式旋风分离器旋风分离器是利用离心力的气固分离装置。含有催化剂颗粒的气体，由进气管沿切线方向进入旋风分离器内，围绕中央排气管向下做回旋运动而产生离心力。催化剂颗粒在离心力的作用下，被抛向器壁，与器壁相撞后，借重力沉降到锥底，而气体旋转至锥底则向

3、上旋转经排气管排出。内过滤器内过滤器也是一种气固分离装置，主要用来捕集细颗粒催化剂。内过滤器是由多根带有钻孔的金属管并在其外包覆多层玻璃纤维布构成，金属管分为数组悬挂于反应器扩大段的顶部。气体从玻璃纤维布的细孔隙中通过，而将绝大部分的固体颗粒过滤下来，从而达到气固分离的目的。项目二、流化床反应器的工作原理在流化床反应器是固体流态化技术在化工生产中应用的一项重要成就，由于流化床中催化剂处于激烈的运动中，导致床层具有很高的传热效率，温度分布均匀，气固相有很大的接触面积，因而大大强化了操作，简化了流程。因此，固体颗粒的流态化对流化床反应器的操作有很大的作用，直接影响流化床反应器的工作原理。流态

4、化现象流态化:固体颗粒通过与流体接触，转化成类似流体状态的操作或将固体颗粒悬浮于运动的流体中流速继续增大，当流体通过固体颗粒产生的摩擦力与固体颗粒的浮力之和等于颗粒自身重力时，床层略有膨胀，但颗粒不能自由运动，颗粒间仍处于接触状态，当流速进一步增加到高于初始流化的流速时，颗粒全部悬浮在向上流动的流体中，即进入流化状态。此时床层高度发生变化，但存在明显的上界面当流速较低时，床层固体颗粒静止不动，颗粒之间仍保持接触，床层的空隙率及高度都不变，流体只在颗粒间的缝隙中通过固定床流态化现象临界流化床流化床流态化现象流化床压降流态化现象流化床压降床层初始流化状态下，床层的受力情况可以分析如下：开始流

5、化时，向上和向下的力平衡，床层压降：流态化现象大气泡和腾涌现象特征：气泡在上升过程中不断汇合长大，当气泡直径大到与床径相等时，颗粒层气泡像活塞一样向上推动，达到一定高度后气泡破裂，引起部分颗粒的分散下落后果:导致气固间接触不好。原因：床高与床层直径比较大、颗粒直径较大、气速较高沟流现象特征:气体通过床层时形成短路部分.后果：由于颗粒没有流化或流化不好，从而引起催化剂的烧结.原因：颗粒很细、密度大且气速很低；潮湿的物料和易于粘结的物料；气体分布板设计不好，不正常流化现象流态化现象流化速度临界流化速度：指刚刚能够使固体颗粒流化起来的气体空床流速即颗粒层由固定床转为流化床时流体的表观速度李伐公

6、式：适用范围：Re﹤10若Re﹥10则加一校正系数FG流态化现象流化速度颗粒带出速度：指当气体流速超过某一数值时，固体颗粒就不能沉降下来而被气流所带走。此时的速度为最大流化速度亦即颗粒带出速度球形颗粒：操作速度选择颗粒易碎或催化剂价格昂贵颗粒粒度筛分范围宽过程的反应速度很慢需要的床层高度很低颗粒流化特性好反应热不大粉尘回收系统效率低流态化现象过程反应速度快，空间速度高反应热大需要通过受热面移走床层基本保持等温状态要求颗粒具有高度的活动性流化速度较低的操作速度较高的操作速度流化数一般在1.5～10的范围内流化床反应器中的传质流化床的传质是在流体与颗粒的接触中完成的，从而达到高效的传质和传热

7、的目的流化床中的传质，一般认为包括颗粒与流体间的、床层与壁或浸泡物体间的传质以及相间传质。浓相段气泡相乳化相稀相段流化床反应器中的传质颗粒与流体间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。所以，当流化床用作反应器或传质设备时，颗粒与流体间的传质系数是一个重要的参数