气固相催化反应流化床反应器课件.ppt

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1、第七章气固相催化反应流化床反应器流态化现象：使微粒固体通过与气体或液体接触而转变成类似流体的操作。固体颗粒层与流体接触的不同类型：流体流速增加固定床初始流态化散式流态化聚式流态化腾涌稀相流态化液体气体流化床的基本概念当通过床层的流体流量较小时，颗粒受到的升力（浮力与曳力之和）小于颗粒自身重力时，颗粒在床层内静止不动，流体由颗粒之间的空隙通过。此时床层称为固定床。随着流体流量增加，颗粒受到的曳力也随着增大。若颗粒受到的升力恰好等于自身重量时，颗粒受力处于平衡状态，故颗粒将在床层内作上下、左右、前后的激烈运动，这种现象被称为固体的流态化，

2、整个床层称为流化床。流化床类似液体的性状轻的物体浮起；表面保持水平；固体颗粒从孔中喷出；床面拉平；床层重量除以截面积等于压强流化床的优点1、颗粒流动类似液体，易于处理，控制；2、固体颗粒迅速混合，整个床层等温；3、颗粒可以在两个流化床之间流动、循环，使大量热、质有可能在床层之间传递；4、宜于大规模操作；5、气体和固体之间的热质传递较其它方式高；6、流化床与床内构件的给热系数大。流化床的缺点1、气体的流动状态难以描述，偏离平推流，气泡使颗粒发生沟流，接触效率下降；2、颗粒在床层迅速混合，造成停留时间分布不均匀；3、脆性颗粒易粉碎被气流带

3、走；4、颗粒对设备磨损严重；5、对高温非催化操作，颗粒易于聚集和烧结。流化床的工业应用第一次工业应用：1922年FritzWinkler获德国专利，1926年第一台高13米，截面积12平方米的煤气发生炉开始运转。目前最重要的工业应用：SOD(StandardOilDevelopmentCompany)IV型催化裂化。散式流化和聚式流化（1）散式流态化随着流体流量的加大，床层内空隙率增大，颗粒之间间距加大，而颗粒在床层中分布均匀，流体基本上以平推流形式通过床层，人们称这种流化形式为散式流态化。（2）聚式流态化在此类流态化形式中，床层明显

4、地分成两部分。其一是乳化相：固体颗粒被分散于流体中，单位体积内颗粒量类似于散式流化床的初始流化状态。其二是气泡相：流体以气泡形式通过床层。两种流态化的判别一般认为液固流态化为散式流态化，而气固之间的流化状态多为聚式流态化。为散式流态化为聚式流态化Frmf--弗鲁特数浓相段和稀相段当流体通过固体床层的空塔速度值高于初始流化速度但低于逸出速度，颗粒在气流作用下悬浮于床层中，所形成的流固混合物称为浓相段。在浓相段上升的气泡在界面上破裂，气泡内颗粒以及受气泡挟带的乳化相中颗粒将被抛向浓相段上方空间。这段空间称为稀相段或称分离段。颗粒含量床高稀

5、相段浓相段浓相段和稀相段流态化的不正常现象沟流：由于流体分布板设计或安装上存在问题，使流体通过分布板进入浓相段形成的不是气泡而是气流，称沟流。沟流造成气体与乳化相之间接触减少，传质与反应效果明显变差。节涌（腾涌）流化床的工艺计算1、初始流化速度：－－颗粒开始流化时的气流速度（气体向上运动时产生的曳力）＝（床层体积）×（固体颗粒分率）×（颗粒密度），即：将上式与固定床压降方程(Ergun方程)相结合，可得临界流化速度计算式。Ergun方程：导出下列算式：上式为Re的一元二次方程，很容易解出Re，再计算umf。对于小颗粒流化床，当Re<2

6、时，式中第一项可以忽略，可得解得：高雷诺数时(Re>1000)，忽略第二项：解得：对中等雷诺数，两项都要考虑。计算出临界流化速度后要进行验算，看雷诺数是否在适用范围之内。2、带出速度（终端速度）：当流体对颗粒的曳力与颗粒的重量相等，颗粒会被流体带走：CD--曳力系数对于单颗粒，有半经验公式：以上计算是针对一个颗粒的，在流化床内由于颗粒间有相互影响，故逸出速度由此速度值再加以校正而得。uT=FuRe<10时，F≈1Re>10时，Re-F见下图3、反应器内径的计算VG：气流的体积流量m3s-1dT：流化床内径mu：气流的空塔流速m.s-1

7、可见，流化床的内径取决于气流的空塔气速，而流化床的空塔气速应介于初始流化速度（也称临界流化速度）与逸出速度之间。即维持流化状态的最低气速与最高气速之间。例1：计算萘氧化制苯酐的微球硅胶钒催化剂的起始流化速度和逸出速度已知催化剂粒度分布如下：催化剂颗粒密度ρP=1120kg.m-3气体密度ρ=1.10kg.m-3气体粘度μ=0.0302mPa·s解1、计算颗粒平均粒径根据标准筛的规格，目数与直径关系如下：在两个目数间隔内颗粒平均直径可按几何平均值计算，即2．计算起始流化速度（umf）umf=Reμ/dpρ=8.11*10-3m.s-13

8、、计算逸出速度（ut）:设Rem<2复核Re值假设Rem<2合理。由Re=1.3，Re<10可得F=1浓相段高度的计算催化剂在床层中堆积高度称静床层高度(L0)。在通入气体到起始流化时，床高Lmf≈L0。若继续加大气量，