固体流态化技术课件.ppt

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1、3.4固体流态化技术●流化床的基本概念●实际的流化现象●流化床的主要特性●流化床的操作范围●流化质量流态化技术是20世纪四十年代化工原理上的重大发现，运用非常广泛。大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，颗粒具有类似于流体的表观特性，这种流固接触状态称为固体流态化。二次大战后，石油催化裂化的催化剂再生，原来是通空气使表面炭层烧除，易发生危险，用流化技术后得到改进，石油加工得到发展。一、流化床的基本概念1、流态化的理论根据—单颗粒运动悬浮↑上浮↓下沉·uut2、流态化机理通过调节气速，改变床层的空隙率，使床层处于流态化。固定

2、床阶段→流化床阶段→颗粒输送阶段此时流体的真正速度u<颗粒的沉降速度u0此时u=u0颗粒悬浮于流体中，床层有一个明显的上界面，与沸腾水的表面相似此时u>u0固体流态化运用在粉粒状物料的输送、混合、加热或冷却、干燥、吸附、煅烧和气固反应等过程中。3、流化床存在的基础—大量颗粒群居颗粒能在相当宽范围内悬而不走，离开群体的个别颗粒上升后，速度将减小，则会回落。二、实际流化现象聚式流化气-固系统存在空穴（气泡）的移动和合并空穴破裂→界面起伏界面以下浓相区界面以上稀相区流态化按其性状的不同，可以分成两类，即散式流态化和

3、聚式流态化。散式流化液-固系统固体颗粒均匀分布、上界面清晰聚式流化床散式流化床三、流化床的主要特性1、液体样特性2、固体颗粒的均匀混合流化床的主要优点流化床的一般特性腾涌现象的特征，就是气泡直径大到与床径相等，将床层分为几段，变成一段气泡和一段颗粒的相互间隔状态。此时颗粒层被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。腾涌发生时，床层的均匀性被破坏，使气固相的接触不良，严重影响产品的产量和质量，并且器壁磨损加剧，引起设备的振动。产生的原因：出现腾涌现象时，由于颗粒层与器壁的摩擦造成压降大于

4、理论值，而气泡破裂时又低于理论值，即压降在理论值上下大幅度波动。一般来说，床层越高、容器直径越小、颗粒越大、气速越高，越容易发生腾涌现象。处理方法：在床层过高时，可以增设挡板以破坏气泡的长大，避免腾涌发生。3、气流的不均匀分布和气-固的不均匀接触P174沟流对反应过程的影响：沟流现象发生时，大部分气体没有与固体颗粒很好接触就通过了床层，这在催化反应时会引起催化反应的转化率降低。由于部分颗粒没有流化或流化不好，造成床层温度不均匀，从而引起催化剂的烧结，降低催化剂的寿命和效率。流化床床层压降=（重量-浮力）/单位床截面积

5、流化阶段，压降与气速无关，始终保持定值4、恒定的压降流化床的重要优点固定床流化床带出开始CBA¢起始流化速度D（带出速度）表观速度ΔPu流体通过颗粒床层的压降推导：即：流化床层阻力=单位面积床层中颗粒的总重力，因此流化床阶段，床层压降基本恒定。流化床阶段，近似认为颗粒处于动态平衡。流化床的优缺点比较①颗粒混合均匀——床层温度差小③具有流动性——便于输送②恒定压降——可使用小颗粒优点：小颗粒大（比表面积），则阻力大。对固定床则不同，①流动不均匀（空穴的存在引起），催化剂利用率、反应器利用率较低。②催化剂破碎严重（相互碰

6、撞引起），损失大。（一般需配套良好的旋风分离器）缺点：主要用途：强放热反应催化剂再生细颗粒干燥FCC四、流化床的操作范围因为床层的非均匀性，不能简单以颗粒直径求起始流化速度umf原因在于：1、起始流化速度umf流化床操作范围下限二者压降相等起始流化点为固定床阶段与流化床阶段之交点Umf为流化床操作范围下限固定床流化床带出开始CBA¢起始流化速度D（带出速度）表观速度logΔPlogu常见小颗粒的起始流化速度umf：（非均匀颗粒）如颗粒直径相差6倍以上，当大颗粒起动，而小颗粒已被带走；公式不适用于粒径变化很大的颗粒床层

7、。此公式计算的umf偏差较大（±34%），实际umf应以实验测定值为准；但公式提供了影响umf的变量，当实验条件与操作条件不同时，可用来对实验结果进行修正。流化数（操作范围）=流化床实际操作速度/起始流化速度小颗粒操作范围>大颗粒操作范围流化床操作范围上限小颗粒大颗粒2、带出速度固定床流化床带出开始CBA¢起始流化速度D（带出速度）表观速度logΔPlogu【例3-11】某流化床在常压、20℃下操作，固体颗粒群的直径范围为50～175mm，平均颗粒直径为98mm，其中直径大于60mm的颗粒不能被带出，试求流化床的初始

8、流化速度和带出速度。其它已知条件为：固体密度为1000kg/m3，颗粒的球形度为1，初始流化时床层的空隙率为0.4。解：查表得20℃空气的粘度µ＝0.0181mPa·s、密度ρ＝1.205kg/m3。（1）允许最小气速就是用平均直径计算的umf。假设颗粒的雷诺数Reb<20，由式3-94可以写出其临界流化速度为p177校核雷诺数由于不希望夹带直