第七章 流化床反应器
流化床PPT课件
19
.
7.2 流化床中的气、固运动 第7章 流化床反应器
⑵气泡的速度和大小 根据实测，流化床中单个气泡的上升速度ubr 为：
ubr0.57~0.85gdb12
一般取平均值计算如下：
ubr 0.711gdb12
在实际床层中，常是气泡成群上升，气泡群上升的速度ub一般用下式计算：
uuu b 0m f 0.711gdb12
7
.
7.1 概述
第7章 流化床反应器
综上所述，可以看到从临界流态化开始一直到气流输送 为止，反应器内装置的状况从气相为非连续相一直转变到 气相成为连续相的整个区间都是属于流态化的范围，因此 它的领域是很宽广的，问题也是很复杂的。
流态化技术之所以得到如此广泛的应用，是因为它有一 下一些突出的优点： 传热效能高，而且床内温度易于维持均匀。 大量固体颗粒可方便地往来输送。 由于颗粒细，可以消除内扩散阻力，能充分发挥催化剂的 效能。
(RRbc)2uubbrruuff
(RRbc)3uubrbr2uuf f
RC及Rb分别为气泡云及气泡的半径。这里所谓 的三维床就是一般的圆柱形床，而二维床则为 截面狭长的扁形床。 在气泡中，气体的穿流量q可以用下式表示:
q=4umfRb=4ufεmfRb (二维床) q=3umfπRb=3uf εmf πRb (三维床)
• 对于A类颗粒，最大气泡直径：
d R m a2 x u t2/g .................7 . ..2 ..).4 (..
• 小于床径一半时,按下式子计算膨胀比：
R L f/ L m 1 f u u m / u t f ... .. .7 . .2 . . ) . .5 . .. .. .(
第7章 流化床反应器
生物反应工程 第7章 生物反应器
将列管并列焊接在一起，组成挡板; [2]
直接利用列管当挡板
H—筒身高度 D—罐径 W—挡板宽度 HL—液位高度 Di—搅拌器直径 S—两搅拌器间距 B—下搅拌器距底 间距
1.罐体
结构：圆柱体和椭圆封头或碟形封头焊 接而成。小型发酵罐罐顶和罐身采用法 兰连接。顶部设有清洗用的手孔。
材料为碳钢或不锈钢。大型发酵罐可用 不锈钢或复合不锈钢制成。小大型发酵 罐可用不锈钢或玻璃钢制成。 刚度和强度：受压容器，空消或实消， 通常灭菌的压力为2.5Kg/m3。
生物催化剂在反应器中的分布方式 生物团块(包括细胞、絮凝物、菌丝体)反应 生物膜反应器两大类。 固相催化剂的运动状态来分类 填充床 流化床 生物转盘等多种型式反应器。 按反应体系的相态来分类 均相——可溶的酶催化反应 非均相
•反应物系在反应器内的流动与混合状态 （反应器内流体的流动类型） 活塞流反应器 (continuous plug flow reactor， CPFR ) 全混流反应器( continuous stirred-tank reactor，
表 通用式发酵罐的几何尺寸与操作条件
几何尺寸与操 作条件范围 H/D=1～4
Di/D=1/2～1/4 W/D=1/8～1/12 B/ Di =0.8～1.0
搅 拌 转 速 N=30 ～ 1000 (r/min) 单位醪液体积的冷却面 积0.6～1.5 (m2/m3)
典型数值
奥地利某公司 200m3
4.温度控制系统：
电极、热交换装置和及其控制 排除发酵过程中由于生物氧化作用及机械 搅拌产生的热量的装置 在发酵过程中，放出的热量可用如下的热 平衡方程式：
Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q显-Q辐射
流化床反应器ppt课件
均密度。
颗粒带出速度 u ：
t 流化床中流体速度的上限，流体对粒子的曳
力与粒子的重力相等，粒子将被气流带走。
对于球形颗粒等速沉降时，可得出下式：
4 d p ( p f ) g
ut
f D
3
1
2
式中
D
过程原理
过程原理
过程原理
典型装置
壳体
气体分布装置
换热器
内部构件
催化剂的加入与卸
出装置
气固分离装置
流化床反应器的相关参数
流化过程床层压降变化
临界流化速度 u mf（起始流化速度，也称最低流化速度）：颗
粒层由固定床转化为流化床时流体的表现速度。
小颗粒
大颗粒
经验公式
umf
d ( p f ) g ( R 20 )
▪ 有气-固相流化床催化反应器和气-固相流化床
非催化反应器两种
▪ 以一定的流动速度使固体催化剂颗粒呈悬浮湍
动，并在催化剂作用下进行化学反应的设备称
为气-固相流化床催化反应器（常简称为流化
床），它是气-固相催化反应常用的一种反应器
▪ 而在气-固相流化床非催化反应器中，是原料气
直接与悬浮湍动的固体原料发生化学反应。
e
1650 f
u
2
mf
2
p
d p ( p f ) g
( Re 1000 )
24.5 f
umf 0.00923
d
1.82
p
( p f )
0.88
f
0.06
流化床反应器讲解课件
umf
0.00923
d
( 1.82
p
p
0.88 f
f
0.06 f
)0.94
该式适用于临界雷诺数Remf ＜5的情况
当Remf>5时，所求得的umf应加以校正
20
图10-11临界流化速度的修正系数
21
2.带出速度
• 当气速略大于颗粒的自由沉降速度时，颗粒沉降不下来而被 流体带出。开始把颗粒带出的速度称为带出速度。
对于球形颗粒，当Re＜0.4时，
ut
d
2 p
(
p
f
1.835 f
)
对于Ret>0.4的情况，要进行校正 .
校正的方法：先由上式求出ｕt的近似值
u
' t
，再求出
Re t
=
d put' t t
，由Ret查图10-12得校正系数FD.
实际带出速度为
ut
=
FD
•
u
' t
22
对于非球形颗粒，因它比同体积的球形颗粒具有更大的表面积， 故求出的ut应再乘以校正系数Ｃ 。
.
p p f Lf (1 f )( p - f )g
18
10.2.4流化速度
• 1.临界流化速度
19
对于小颗粒：
umf
d
2 p
(
p
f
)g
16501
上式适用于临界雷诺数Remf＜20的情况
对于粗颗粒，当Remf ＞1000时
umf
[ d p ( p f )g ]1/2 24.5 f
临界流化速度还常用经验式李伐公式计算
10.1流化床反应器的特点及结构
流化床反应器的操作与控制—流化床反应器的工艺计算
A组分总消失量 dCAb dt
dl dt
dCAb dl
ub
dCAb dl
流化床反应器内的传热
流化床反应器具有温度分布均匀和传热速率高的特点，特别适于产生大量反 应热的化学反应，同时换热器的传热面积可以减小，结构更紧凑。
传热的三种基本形式：
• 固体颗粒与固体颗粒之间的传热 • 固体颗粒与流体间的传热 • 床层与器壁或换热器表面的传热
这三种传热的基本形式中，前两种传热速度比后一种要大得多，所以要提 高整个流化床的传热速度，关键就在于提高后一种传热速度。
1.844 102 C 1
Re0.23
Pr 0.43
CP P
CP
0.8
P
0.66
0.43
• 注意： 是有单位的，其单位为[s.cm-2]
• 床层与横放的换热器器壁之间传热时，给热系数计
算式为
Nu
0.66 Re0.44
Pr 0.3
P
1
0.44
流化床传热小结
• 水平管的给热系数比垂直管低5－15％，因此倾向 于使用垂直管。
• u：气流的空塔流速[m.s-1]
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8-1 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：
目 >1 100 80- 60 40 < 数 20 - 10 - - 4
d p gumf
2
第七章 酶反应器的类型与选择
第七章酶反应器的类型与选择◆用于酶进行催化反应的容器及其附属设备称为酶反应器。
◆按照结构的不同分为:搅拌罐式反应器（Stirred T ank Reactor, STR）、鼓泡式反应器(bubble column reactor, BCR )、填充床式反应器(packed column reactor, PCR )、流化床式反应器( Fluidized Bed Reactor, FBR)、膜反应器(Membrane Reactor, MR)等；◆酶反应器的操作方式可以分为分批式反应(batch )、连续式反应(continuous )和流加分批式反应(feeding batch );◆将反应器的结构和操作方式结合一起，对酶反应器进行分类，连续搅拌罐反应器（Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR）、分批搅拌罐反应器（Batch Stirred Tank Reactor, BSTR）等。
1.酶反应器的类型◆常用的酶反应器类型1.1搅拌罐式反应器：◆搅拌罐式反应器(stirred tank reactor, STR)是有搅拌装置的一种反应器(图8-1，8-2所示)。
◆在酶催化反应中是最常用的反应器。
它由反应罐，搅拌器和保温装置组成。
◆搅拌式反应器的操作方式可以根据需要采用分批式（batch）、流加分批式(feeding batch)和连续式(continuous)三种。
与之对应的有分批搅拌罐式反应器和连续搅拌罐式反应器之分。
(1)分批搅拌罐式反应器：图8-1 分批搅拌罐式反应器(2)搅拌罐式反应器：连续搅拌罐式反应器（continuous stirred tank reactor ,CSTR）的结构示意图如图8-2图8-2 连续搅拌罐式反应器示意图1.2填充床式反应器：填充床式反应器(packed column reactor, PCR)是一种用于固定化酶进行催化反应的反应器。
流化床反应器 ppt课件
（即表观气速）超过临界流化速度Umf时，还会经历一个 散式流态化阶段，然后进入鼓泡流化床。此时流化床的 Umb可按Geldart提出的计算式计算，即下式：
umb
4.125
104 0.9 g来自0.1 gumf
(s g )gdp
②反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机 会，降低了反应转化率；
③由于固体催化剂在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使催化 剂加速粉化，加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量 细粒催化剂的带出，造成明显的催化剂流失；
④床层内的复杂流体力学、传递现象，使过程处于非定常条 件下，难以揭示其统一的规律，也难以脱离经验放大、经 验操作。
当：0.4
Rep
500时 CDS
10 /
R1/ 2 ep
当：500 Rep 2105时 CD 0.43
这样，可得到ut计算式：
PPT课件
24
当Rep
0.4时 ut
gd
2 p
(s
f
18
)
当0.4
Rep
500时 ut
2d
p
(s 15 f
当气速达到某一定值时，流体对粒子的曳力 与粒子重力相等，则粒子会被带走。这一带出速 度等于粒子的自由沉降速度。
PPT课件
23
对球形粒子作力平衡：
6
d
3 p
s
g
6
d
3 p
f
g
CDS
4
反应器
锥帽侧缝型气体分布器
回流冷凝式换热
二、管式反应器 管式反应器是由一根或多根管子串联或并联构成的反应 最简单的是单根直管；也可弯成各种形状的蛇管； 器。最简单的是单根直管；也可弯成各种形状的蛇管；当 多根管子并联时，其形状与列管换热器相似。 多根管子并联时，其形状与列管换热器相似。若在管式反 应器中装填催化剂，则可为固定床反应器。 应器中装填催化剂，则可为固定床反应器。 单管反应器运行 列管固定床反应器运行 管式反应器的结构简单，可耐高温、高压， 管式反应器的结构简单，可耐高温、高压，传热面积可 大可小，传热系数较高，流体流速较快， 大可小，传热系数较高，流体流速较快，在管内停留时间 便于分段控制温度和浓度。 短，便于分段控制温度和浓度。在反应器内任意一截面上 反应物浓度和反应速度不随时间变化，仅沿管长变化。 反应物浓度和反应速度不随时间变化，仅沿管长变化。管 式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。 式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。
三、固定床反应器 在塔式或管式反应器中装填一定的固体颗粒， 在塔式或管式反应器中装填一定的固体颗粒，当反应物从 颗粒层通过时，颗粒层静止不动， 颗粒层通过时，颗粒层静止不动，因此称为固定床反应器 固定床反应器中所装填的颗粒多为催化剂， 。固定床反应器中所装填的颗粒多为催化剂，所以有称为 固定床催化反应器。这类反应器具有结构简单、 固定床催化反应器。这类反应器具有结构简单、操作稳定 控制方便、转化率高等优点， 、控制方便、转化率高等优点，是化工生产中普遍采用的 一种反应器，最常用于气固催化反应。 一种反应器，最常用于气固催化反应。 按换热方式的不同，可将固定床反应器分为三个类型： 按换热方式的不同，可将固定床反应器分为三个类型： 1.绝热式固定床反应器 绝热式固定床反应器 单段绝热式固定床反应器 多段绝热式固定床反应器 2.换热式固定床反应器 换热式固定床反应器 3.自热式固定床反应器 自热式固定床反应器
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第七章 流化床反应器1.所谓流态化就是固体粒子像_______一样进行流动的现象。
（流体）2.对于流化床反应器，当流速达到某一限值，床层刚刚能被托动时，床内粒子就开始流化起来了，这时的流体空线速称为_______。
（起始流化速度）3.对于液—固系统的流化床，流体与粒子的密度相差不大，故起始流化速度一般很小，流速进一步提高时，床层膨胀均匀且波动很小，粒子在床内的分布也比较均匀，故称作_______。
（散式流化床）4.对于气—固系统的流化床反应器，只有细颗粒床，才有明显的膨胀，待气速达到_______后才出现气泡；而对粗颗粒系统，则一旦气速超过起始流化速度后，就出现气泡，这些通称为_______。
（起始鼓泡速度、鼓泡床）5.对于气—固系统的流化床反应器的粗颗粒系统，气速超过起始流化速度后，就出现气泡，气速愈高，气泡的聚并及造成的扰动亦愈剧烈，使床层波动频繁，这种流化床称为_______。
（聚式流化床）6.对于气—固系统的流化床反应器，气泡在上升过程中聚并并增大占据整个床层，将固体粒子一节节向上推动，直到某一位置崩落为止，这种情况叫_______。
（节涌）7.对于流化床反应器，当气速增大到某一定值时，流体对粒子的曳力与粒子的重力相等，则粒子会被气流带出，这一速度称为_______。
（带出速度或终端速度）8.对于流化床反应器，当气速增大到某一定值时，流体对粒子的_______与粒子的_______相等，则粒子会被气流带出，这一速度称为带出速度。
（曳力、重力）9.流化床反应器的mf t u u /的范围大致在10～90之间，粒子愈细，比值_______，即表示从能够流化起来到被带出为止的这一范围就愈广。
（愈大）10.流化床反应器中的操作气速0U 是根据具体情况定的，一般取流化数mf U U 0在_______范围内。
（1.5～10）11.对于气—固相流化床，部分气体是以起始流化速度流经粒子之间的空隙外，多余的气体都以气泡状态通过床层，因此人们把气泡与气泡以外的密相床部分分别称为_______与_______。
（泡相、乳相）12.气—固相反应系统的流化床中的气泡，在其尾部区域，由于压力比近傍稍低，颗粒被卷了进来，形成了局部涡流，这一区域称为_______。
（尾涡）13.气—固相反应系统的流化床中的气泡在上升过程中，当气泡大到其上升速度超过乳相气速时，就有部分气体穿过气泡形成环流，在泡外形成一层所谓的_______。
（气泡云）14.气—固相反应系统的流化床反应器中的气泡，_______和_______总称为气泡晕。
（尾涡、气泡云）15.气—固相反应系统的流化床中，气泡尾涡的体积W V 约为气泡体积b V 的_______。
（1/3）16.气—固相反应系统的流化床，全部气泡所占床层的体积分率b δ可根据流化床高f L 和起始流化床高mf L 来进行计算，计算式为=b δ_______。
（f mff LL L -）17.在气—固相反应系统的流化床中设置分布板，其宗旨是使气体_______、_______、_______和_______为宜。
（分布均匀、防止积料、结构简单、材料节省） 18.在流化床中设计筛孔分布板时，可根据空床气速0u 定出分布板单位截面的开孔数or N =_______。
（or or u d u 204）19.在流化床中设计筛孔分布板时，通常分布板开孔率应取约_______，以保证一定的压降。
（1%）20.在流化床中为了传热或控制气—固相间的接触，常在床内设置内部构件，以垂直管最为常用，它同时具有_______，_______并甚至_______的作用。
（传热、控制气泡聚、减少颗粒带出）21.在流化床中为了传热或控制气—固相间的接触，常在床内设置内部构件，但很少使用水平构件，它对颗粒和气体的上下流动起一定的阻滞作用，从而导致床内产生明显的_______梯度和_______梯度。
（温度、浓度）22.在流化床中为了传热或控制气—固相间的接触，常在床内设置内部构件，但很少使用水平构件，它对颗粒和气体的上下流动起一定的_______作用，从而导致床内产生明显的温度梯度和浓度梯度。
（阻滞）23.气—固相反应系统的流化床反应器中，由于上升气泡的尾涡中夹带着颗粒，它们在途中不断的与周围的颗粒进行着交换，大量的颗粒被夹带上升，这种循环相当剧烈，所以自由床中的颗粒可认为是_______的。
（全混）24.气—固相反应系统的流化床存在着_______、_______、_______及_______四类区域。
（气泡区、泡晕区、上流区、回流区）25.当气流连续通过流化床的床层时，床层内那些带出速度小于操作气速的颗粒将不断被带出去，这种现象称为_______。
（场析）26. 当气流连续通过流化床的床层时，床层内那些带出速度_______操作气速的颗粒将不断被带出去，这种现象称为场析。
（小于）27.如果在流化床反应器的出口处要加二级旋风分离系统作为回收装置时，旋风分离器的第一级入口理应安置在_______处。
（分离高度）28.在流化床反应器中，当达到某一高度以后，能够被重力分离下来的颗粒都以沉积下来，只有带出速度小于操作气速的那些颗粒才会一直被带上去，故在此以上的区域颗粒的含量就近乎恒定了，这一高度称作_______。
（分离高度）29.描述流化床的数学模型，对于气、乳两相的流动模式一般认为气相为_______，而对乳相则有种种不同的流型。
（平推流）30.描述流化床的数学模型，对于气、乳两相的流动模式一般认为_______相为平推流，而对_______相则有种种不同的流型。
（气、乳）31.描述流化床的数学模型，按照模型考虑的深度而分的第Ⅱ级模型中，各参数值均为恒值，不随床高而变，但与气泡的大小_______。
（有关）32.描述流化床的数学模型，按照模型考虑的深度而分的第Ⅱ级模型中，各参数值均为_______，不随床高而变，但与气泡的大小有关。
（恒值）33.描述流化床的数学模型，按照模型考虑的深度而分的第Ⅱ级模型中，各参数值均为恒值，不随_______而变，但与气泡的大小有关。
（床高）34.描述流化床的数学模型，按照模型考虑的深度而分的第Ⅰ级模型中，各参数值均为恒值，不随床高而变，但与气泡的大小_______。
（无关）35.描述流化床的数学模型，按照模型考虑的深度而分的第Ⅲ级模型中，各参数均与气泡的大小_______，而气泡大小则沿_______而变。
（有关、床高）36.描述流化床的气泡两相模型，以0U 的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以起始流化速度mfU 通过，而其余部分（m f U U -0）则全部以_______的形式通过。
（气泡） 37.描述流化床的气泡两相模型，以0U 的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以起始流化速度mf U 通过，而其余部分_______则全部以气泡的形式通过。
[（m f U U -0）] 38.描述流化床的气泡两相模型，气泡相为向上的_______式流动，其中无催化剂粒子，故不起反应，气泡大小均一。
（平推）39.描述流化床的气泡两相模型，反应完全在乳相中进行，乳相流动状况可假设为_______或_______。
（全混流、平推流）40.描述流化床的气泡两相模型，反应完全在_______相中进行，乳相流动状况可假设为全混流或平推流。
（乳）41.描述流化床的气泡两相模型，气泡与乳相间的交换量Q 为_______与_______之和。
（穿流量q 、扩散量）42.描述流化床的鼓泡床模型，它相当于mfU U /0_______时，乳相中气体全部下流的情况，工业上的实际操作大多属于这种情况。
（＞6～11）43.描述流化床的鼓泡床模型，由于气速较大，因此该模型假定__________________________________，_____________________________，这样只需计算气泡中的气体组成便可算出反应的转化率。
（床顶出气组成完全可用气泡中的组成代表，而不必计及乳相中的情况）44.流化床反应器的开发和放大，国内外都有许多成功的经验，但一般都是从_______、_______、_______方面进行考虑和改进的。
（催化剂性能、操作条件、床层结构）45._______是指同时存在两个或更多相态的反应系统所进行的反应过程。
（多相反应过程）46.多相反应过程是指同时存在_______相态的反应系统所进行的反应过程。
（两个或更多）47.当前用于描述气—液两相流相间传质的模型有两大类：一是按_______来处理的双膜模型；一是按_______处理模型，如溶质渗透模型和表面更新模型。
（稳态扩散、非稳态扩散）48.当前用于描述气—液两相流相间传质的模型有两大类：一是按稳态扩散来处理的_______；一是按非稳态扩散处理模型，如_______和_______。
（双膜模型、溶质渗透模型、表面更新模型）49.流化床反应器中的操作气速0U 是根据具体情况定的，一般取流化数m f U U 0在_______范围内。
（B ）A. 0.1～0.4B. 1.5～10C. 10～15D. 0.4～1.550.流化床反应器中的操作气速0U 是根据具体情况定的，一般取流化数t u U 0在_______范围内。
（A ）A. 0.1～0.4B. 1.5～10C. 10～15D. 0.4～1.551.在流化床反应器中，气泡的尾涡体积w V 约为气泡体积b V 的_______。
（B ）A. 1/4B. 1/3C. 2/3D. 1/252.下列哪一项不属于流化床反应器按深度而分的第Ⅱ级模型的特点_______。
（C ）A. 各参数均为恒值B. 参数值不随床高而变C. 参数值与气泡大小无关D. 参数值与气泡大小有关53简述聚式流化床的形成？答：对于气—固系统的流化床反应器的粗颗粒系统，气速超过起始流化速度后，就出现气泡，气速愈高，气泡的聚并及造成的扰动亦愈剧烈，使床层波动频繁，这种流化床称为聚式流化床。
54.简述鼓泡床的形成？答：对于气—固系统的流化床反应器，只有细颗粒床，才有明显的膨胀，待气速达到起始鼓泡速度后才出现气泡；而对粗颗粒系统，则一旦气速超过起始流化速度后，就出现气泡，这些通称为鼓泡床。
55.简述描述流化床的特征流速的定义？答：特征流速为起始流化速度和带出速度。
1）当流速达到某一限值，床层刚刚能被托动时，床内粒子就开始流化起来了，这时的流体空线速称为起始流化速度。
2）当气速增大到某一定值时，流体对粒子的曳力与粒子的重力相等，则粒子会被气流带出，这一速度称为带出速度或终端速度。
56.简述流化床反应器中节涌床的特点？答：对于气—固系统，床径很小，而床高与床径比较大时，气泡在上升过程中可能聚并增大甚至达到占据整个床层截面的地步，将固体粒子一节节的往上柱塞式的推动，直到某一位置而崩落为止，这种情况为节涌，此时的流化床为节涌床。