化学反应工程-25-第八章-流化床反应器.pptVIP

* 8.1.3 浓相区中气泡及行为 气泡的作用：①气泡在上升过程中，因聚并而增大； ②同时不断与乳相间进行物质交换，即将反应物传递到乳相中去，使在催化剂上进行反应，又将产物传递到气泡中来。 一、气泡结构 泡相和乳相：在粒子之间的空隙处，气体以u0流过，多余的气体则是以气泡状态通过床层。因此常把气泡与气泡以外的密相床分别称为泡相和乳相。 气泡晕：气泡云和尾涡都在气泡之外，且都伴随着气泡而上升；其中所含粒子浓度和乳相几乎相同，故总称为气泡晕。 功能：尾涡处由于压力比近旁稍低，颗粒被卷了进来，形成局部涡流。在气泡上升途中，尾涡处不断有一部分颗粒离开，同时又有另一部分颗粒补充进来，从而促进了全床颗粒的循环与混合。 气泡云：①当气泡小时，其上升速度低于乳相中气速，乳相中的气流可穿过气泡上流； ②当气泡大时，其上升速度超过乳相气速，则有部分气体穿过气泡形成环流。 结论：在泡外形成气泡云。 总结：气泡→气泡晕（气泡云和尾涡）→乳相。 结构： 单个上升气泡的顶呈球形，尾部略为内凹，该内凹处称为尾涡。 单个气泡的平均上升速度可取： 在实际床层中，气泡成群上升，其上升速度有不同的计算公式： 式中： 二、气泡的速度和大小 1、气泡的速度计算 ① ② 气泡在上升过程中不断增大，其直径计算如下： a、db0的表示式是不同的，如下所示： db0视分布板的型式而异，如： ②密孔板： 式中：N0r为分布板孔数；At为床层截面积。 2、气泡的大小计算 db0为离开分布板时的原始气泡直径。 ①多孔板： ； L为距分布板高度； 气泡的长大并不是无限的，长大到一定程度后就会失去稳定性而破裂。 进入气泡，而使气泡破裂。故当 最大气泡直径应在 之时，计算如下： 但实验表明，气泡的破裂常是由于粒子从气泡顶部侵入所致，故本式 的立论值得商榷。 3、最大稳定气泡 有研究者认为：当 时，粒子就被气泡带上，并可能从其底部 时为稳定气泡，反之则不稳定。 另一计算式子为： 判断节涌与否的一个准则方程式为： 即当该式成立时，除粒度很小(如50μm)情况外，床内便出现节涌。 4、节涌现象判断 对工业规模流化床，因床径大，一般不会出现节涌现象。 1、气泡云半径与穿流量 时，uf为乳相中的真实气速，气泡内外由于 Rc、Rb分别为气泡云及气泡的半径。 可见气泡内的气体穿流量为乳相中的三倍。 三、气泡晕——气泡云与尾涡 当 气体环流而形成的气泡云变得明显起来，其相对厚度对圆柱形床，可按下式计算： 气体的穿流量可用下式表示： 2、尾涡与气泡的体积比 如下图所示： 尾涡体积分率fw： ①对于像玻璃球等圆球形或比较光滑的粒子： ②对于不光滑、不规则的粒子： ③介于两者之间的粒子： 则 ， 。 ； ； 3、气泡云、气泡晕与气泡的体积比 、 ⑴气泡云与气泡的体积比 ⑵气泡晕与气泡的体积比 显然： ⑶气泡所占床层的体积分率 一般认为：大于u0的气体均形成气泡，总的气体流量等于气泡及乳相中气体流量之和。 则： 四、气泡中的粒子含量 在气泡晕中，则存在着大量粒子，其所含粒子与气泡体积之比γC为： 一般认为气泡晕中的情况相当于临界流化状态，可导得： 乳相中粒子体积与气泡体积之比γe为： 定义： 该值一般约在0.001—0.01左右，一般中可忽略。 例：有光滑的球形催化剂粒子，其平均直径为98μm，ρP=1.0g/cm3，εmf=0.6，在一直径为1m的等温三维自由床中流化，已知umf=0.2cm/s，u0=5.0cm/s，所用的分布板为多孔板，上有直径为0.2cm的均匀分布的孔750个，试估算在离床高0.2m及1.0m处的气泡大小和气泡云的厚度。如改用u0=2.0cm/s，则会有什么变化？ 解： 时 （采取的是cm.g.s制） 则： 气泡云厚度： 当 当 时 如改用u0=2.0cm/s，同理可算出：在0.2m高度处： 云层厚度为0.0146cm。 乳相实际上是反应进行的场所，既有固体粒子，也有在粒子间渗流的气体。 上升气泡的尾涡中夹带着粒子，它们在途中又不断与周围的粒子进行着交换，所以在气泡流动剧烈的地区，大量粒子被夹带上升，而在其余的地区粒子下降，形成上图所示的循环。 8.1.3 浓相区中乳相的动态 一、床层中粒子的流动 这种循环相当剧烈，即使在直径几米的大床中，也不过几分钟就混匀了，所以自由床中的粒子可认为是全混的。 在流速较小时，乳相中的气体以umf的速度向上流动，但由于部分粒子以大于umf的速度向下流动，伴随着粒子的吸附与粒子间的裹夹，使得部分气体从上往下传递，因此乳相中存在着上流和回流两类区域，其位置也是随机变动着的，但在定常态下，整个床截面上平均的上流和回流气量大致恒定。 二、乳相中气体流动 乳相中气流的情