流化床反应器(课堂PPT)

流化数
u k 操
u 临
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流化床的压力降
颗粒悬浮静止时受力 向下：重力 向上：浮力、流体阻力
平衡时 重力=浮力+流体阻力
公式推导：式（3-6） 说明：床层压力降与流速无关
超过带出速度时，空隙率增大、压力降减 小。
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膨胀比和空隙率
膨胀比
VL
R f f
VL
0
mf
空隙率
VoVs1Vs
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（二）床层与器壁间的传热
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床层对器壁给热系数分析
①操作速度的影响 ②颗粒直径的影响 ③挡板挡网的影响 ④换热器位置对给热系数的影响 ⑤气、固物性对给热系数的影响
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A Q Kt m
（四）流化床换热器传热面积的计算
A Q Kt m
式中 A——传热面积，m2； Q——传热速率，W； K——总传热系数，W/m2·K；
气～固系统，两者密度相差较大，流速 增大时，出现很大不稳定。 流态化中的异常现象：沟流、大气泡和腾涌
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沟流
操作速度大于临界 流化速度时，床层 内只形成一条或几 条狭窄的通道，大 部分床层仍处于固 定床阶段。
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大气泡和腾涌
聚式流化床中生成的 气泡在上升中不断碰 撞合并而增大，至接 近容器直径，床内物 料呈活塞状向上运动， 床层被分成一段或几 段。
第三章 流化床反应器
知识目标 能力目标
1
教学内容
流化床反应器的特点及结构 流化床反应器的生产原理
(1)流态化的形成 (2)流化床反应器的传热过程 (3)流化床反应器的计算
高速流态化技术 流化床反应器的操作指导
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第一节 流化床反应器的特点及结构
定义：原料气以一定的流动速度 使催化剂呈悬浮湍动，并在催 化剂作用下进行化学反应的设 备。
确定方法 ：半经验公式来自18带出速度U带
操作速度大于带出速度时，催化剂颗粒将 被带出流化床反应器
确定方法 注意 原则上：临界流化速度<操作速度<带出速度 实际上：往往偏离这个范围。有些工业反应
器操作速度大于带出速度时，颗粒夹带并 不严重。
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操作速度的确定
选择原则
实际生产中流化床操作数据
Δtm——平均传热温度差，K
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（三）流化床内换热器的结构型式
列管式换热器：单管式和套管式 管束式换热器：直列和横列 鼠笼式换热器 蛇管式换热器
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列管式换热器：单管式
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列管式换热器：套管式
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立式管束式
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横排管束式换热器
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鼠笼式换热器
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蛇管式换热器
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三、流化床反应器的计算
顶高度H4 流化床总高度
H=H0+H1+H2+H3+H4
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四、内部构件的选择及参数的确定
（一）气体分布板的计算和预分布器的选择 （二） 挡板和挡网结构参数的确定 （三）气固分离装置结构参数的确定
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流化床反应器的内部结构 气体预分布器 气体分布板 挡板和挡网 旋风分离器
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弯管式预分布器
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同心圆壳式分布器
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帽式分布器
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充填式分布器
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开口式分布器
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气体分布板的作用
支撑：床层上的催化剂或载体 分流：使气体分布均匀，造成良好的起
始 流化条件
导向：抑制气固恶性聚式流态化
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凹型筛孔板
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直孔筛板
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直孔泡帽分布板
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单个直孔泡帽
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挡板
作用：改善流化操作质量 （1）使气泡破碎，增强气固相间接触； （2）减少气体返混 （3）提高流化床反应器的转化率（或生产 能力）
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观察并思考
1.固体颗粒在床层内怎样运动？ 2.流速由小到大产生什么现象？ 3.流态化现象可划分几个阶段？ 4.研究：流速－压力降的关系。 5.流体分别为气体和液体时，流化现象有何
不同？
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第二节 流化床内的生产原理
流态化 流化床反应器的传热过程 流化床反应器的计算 内部构件的选择及参数的
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流态化的形成
1.流速较小，流体从颗粒 缝隙通过，床层静止。 u↑→P↑,固定床阶段。
2.流速增加，颗粒吹起， △P u↑→ε↑→P不变。
3.流速继续增加，颗粒被 带出床层，空隙率增加， u↑→P↓,输送床阶段。
U
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临界流化速度U临
特征： 因为
所以
U操<U临 固定床阶段 U操>U临 流化床阶段 U临 时， P固 = P流
f Vo Vo
关系
1
R
mf
1
f
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二、流化床反应器的传热过程
（一）流化床传热过程分析 （二）床层与器壁间的传热 （三）流化床内换热器的结构型式 （四）流化床换热器传热面积的计算
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（一）流化床传热过程分析
（1）床层内固体颗粒之间的传热 （2）颗粒与流体间的传热 （3）床层与器壁或换热器表面的传热
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内旋挡板
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外旋挡板
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多旋挡板
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第三节 高速流态化技术
提高速度后的流态化现象
气固并流上行快速流化床
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高速流态化与传统流态化的比较
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高速流态化的优缺点
1.气固为无气泡接触，改善了气固接触效果。 2.气固轴向返混减少。 3.操作速度提高，停留时间可缩短至毫秒级，特殊适合于以
（一）流化床直径的计算 （二）流化床高度的确定
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流化床直径的计算
D 4q v u 0
式中 D——反应器直径，m；
qv——操作条件下的气体体积流量，m3/s；
u0——操作空床气速，m/s。
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流化床高度的确定
1．流化床层高度(浓相段高度)H0 2．分离段高度H1 3．扩大段高度H2 4．锥底部分高度H3 过滤管出口或旋风分离器入口至床
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流化床基本结构
结构分为： 浓相段、稀相段、扩大
段、锥底。
内部构件： 气体分布板、换热装置、
气固分离装置、挡板档 网、气体预分布器等。
4
5
6
流化床反应器的特点
1.床层温度均匀，避免局部过热。 2.颗粒处于运动状态，表面更新，强化传质。 3.颗粒小，催化剂有效系数高。 4.流化状态，便于操作。 5.传热系数大，换热面积小。 6.生产强度大。 7.返混严重，一次转化率低。 8.颗粒磨损，要求催化剂强度大。 9.对设备磨损严重。
确定
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一、流态化
（一）流态化的形成 （二）散式流态化和聚式流态化 （三）流化床中常见的异常现象 （四）流化速度 （五）膨胀比和空隙率 （六）流化床的压力降
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流态化
固体颗粒象流体一样进行流动的现象。 散式流态化：
液～固系统，两者密度相差不大，流速 增大时波动小，粒子分布均匀。 聚式流态化：