[工学]第八章流化床反应工程.pptVIP

第八章 流化床反应工程 固体流态化的基本特征 流化床的特征速度 气-固密相流化床 循环流化床 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，称为“固体流态化”。 我国于1956年开始将流态化技术应用于工业装置，南京化学工业公司自立更生建立了硫铁矿流化床焙烧装置，取代了生产能力低、矿渣残硫高、劳动强度大及环境污染严重的多层硫铁矿机械焙烧炉，并迅速广泛推广，促进了硫酸工业发展。1957年葫芦岛又开发了流化焙烧锌精矿。 国际上重质油催化裂化使用流态化技术的工业装置投产于1942年，我国自主开发的第一套流化床催化裂化工业装置于1965年建成投产，缩短了我国与发达国家在炼油领域内的差距，并对裂化催化剂及流化床装置系统进行了多次重大改进，发表了多部有关的专著，我国流化床催化工业反应器已广泛应用于丙烯腈等有机合成中强放热反应而要求温度范围较窄的过程。在能源工业方面，我国正在发展超高压循环流化床电站锅炉。 第一节 固体流态化的基本特征及工业应用 一、聚式流态化与散式流态化 使用不同的流体介质，固体流态化可分为散式流态化（particulate fluidization），聚式流态化（aggregative fluidization）和气-液-固三相流态化（three-phase fluidization）。 理想流态化是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，保证了全床中的传质、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。理想流态化的流化质量（fluidization quality）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。 液体作流化介质时，液体与颗粒间的密度差较小，在很大的液速操作范围内，颗粒都会较均匀地分布在床层中，比较接近理想流态化，称为散式流态化。 气体作流化介质时，会出现两种情况： 对于较大和较重的颗粒如B类和D类颗粒，当表观气速ug超过临界流化或起始流化速度umf，多余的气体并不进入颗粒群去增加颗粒间的距离，而形成气泡通过床层称为鼓泡流化床，此时为聚式流态化。 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，多余的气体仍进入颗粒群使之均匀膨胀而形成散式流态化，但进一步提高表观气速将生成气泡而形成聚式流态化，这种情况下产生气泡的相应表观气速称为起始鼓泡速度或最小鼓泡速度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。当用水流化密度很大的铅颗粒，液-固流化床中也有大液泡形成聚式流化行为。当用1.5～2.0MPa压力下密度增大的空气流化260 的砂子，出现了散式流态化现象。 处于散式流态化的液-固流化床为均匀的理想流态化状态。 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（bubble phase）或稀相（lean phase）； 颗粒与颗粒间气体所组成的颗粒相（particulate phase）或密相（dense phase），又称乳相（emulsion phase）。 在低气速流化床中，乳相为连续相而气泡相为非连续相。 二、颗粒的分类 颗粒的密度及粒度对流化特性有显著影响。Geldart提出：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、D4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。 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，且密相中气、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。 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。 8-2 流化床反应器的流型、