流化床反应器概念
流化床反应器的机理
流化床反应器的机理
流化床反应器是一种常用于化学反应、热传递和质量传递的装置。
它采用颗粒物料床动态流化的方式来实现传递过程，具有反应速度快、传热传质效率高等优点。
其机理主要包括流化床的流动特性、颗粒物料的运动规律和反应过程中的热传递和质量传递。
流化床反应器中，床层物料通过流体动力学作用来实现动态流化。
在床层内，颗粒物料分散在气流中，并以不规则的运动方式进行流动，形成了类似于液体的流动形态。
这种流动方式对于反应过程有利，因为它可以增加反应物料的接触面积，提高反应速度。
在流化床反应器中，颗粒物料运动的规律对于反应过程也十分关键。
由于颗粒物料之间的碰撞和摩擦作用，会产生不同的运动方式，如滚动、滑动、碰撞等。
这些物料的运动方式和速度对于反应过程和传递过程都有着重要的影响。
例如，反应物料的分散程度和流动速度会影响反应速度和传质效率，而颗粒物料的摩擦和碰撞会产生热量，影响反应过程的温度。
在流化床反应器中，反应过程的热传递和质量传递也是重要的机理之一。
由于床层内的颗粒物料和气流之间的接触，会产生热量和质量的传递。
这种传递方式可以有效地将反应物料的热量和质量传递到床层内部，并提高反应速度和传递效率。
流化床反应器的机理主要包括流化床的流动特性、颗粒物料的运动规律和反应过程中的热传递和质量传递。
通过这些机理的协同作用，流化床反应器可以实现快速反应、高效传递和稳定运行等优点，是一种十分优秀的化学反应装置。
流化床反应器的基本概念与结构
大气泡和腾涌
➢ 定义：聚式流化床中，气泡上升途中增至很大甚至于接近床径，
使床层被分成数段呈活塞状向上运动，料层达到一定高度后突然崩 裂，颗粒雨淋而下，这种现象称为大气泡和腾涌。
➢ 危害：影响产品的收率和质量；增加了固体颗粒的机械磨损和带 出；降低催化剂的使用寿命；床内构件易磨损。
➢ 造成原因：L/D较大；u较大
流化床反应器
固体流态化的基本概念 流化床反应器的结构
固体流态化的基本概念
流态化——固体粒子象流体一样进行流动的现象。除重力作用外，
一般是依靠气ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ或液体的流动来带动固体粒子运动的。
流态化的形成： 流体自上而下流过催化剂床层时，根据流体流速的不同，床层经
历三个阶段： ➢ 固定床阶段：u0＜umf时，固体粒子不动，床层压降随u增大而增大。 ➢ 流化床阶段：umf≤u0≤ut时,固体粒子悬浮湍动,床层分为浓相段和 稀相段，u增大而床层压降不变。 ➢ 输送床阶段：u0 ＞ ut 时,粒子被气流带走,床层上界面消失,u增大而 压降有所下降。
匀，故称作散式流化态。
颗粒越细，流体与固体的△ρ值越小，则越接近理想流化，流化质 量也就越好。
➢ 聚式流化
db/dp＞10
对于g-s系统，一般在气速超过Umf后，将会出现气泡，气速越高，气 泡造成的扰动也越剧烈，使床层波动频繁，这种形态的流化床称聚 式流化床。
流化床中常见的异常现象
沟流
➢ 定义：气体通过床层时，其流速虽超过umf，但床内只形成一条 狭窄，大部分庆层仍处于固定状态，这种现象称为沟流。沟流分局部 沟流和贯穿沟流。 ➢ 危害：产生死床，造成催化剂烧结，降低催化剂使用寿命，降 低转化率和生产能力。 ➢ 造成原因： 颗粒太细、潮湿、易粘结；床层薄；气速过低或气 流分布不合理；气体分布板不合理。 ➢ 消除方法：加大气速；干燥颗粒；加内部构件；改善分布板。
流化床反应器
流化床反应器fluidized bed reactor(FBR) :一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。
在用于气固系统时，又称沸腾床反应器。
流态化过程：当流体向上流过颗粒床层时，其运动状态是变化的。
流速较低时，颗粒静止不动，流体只在颗粒之间的缝隙中通过。
当流速增加到某一速度之后，颗粒不再由分布板所支持，而全部由流体的摩擦力所承托。
此时，对于单个颗粒来讲，它不再依靠与其他邻近颗粒的接触而维持它的空间位置，相反地，在失去了以前的机械支承后，每个颗粒可在床层中自由运动；就整个床层而言，具有了许多类似流体的性质。
这种状态就被称为流态化。
颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低速度，称为临界流化速度。
流化床的性质：（1）在任一高度的静压近似于在此高度以上单位床截面内固体颗粒的重量；（2）无论床层如何倾斜，床表面总是保持水平，床层的形状也保持容器的形状；（3）床内固体颗粒可以像流体一样从底部或侧面的孔口中排出；（4）密度高于床层表观密度的物体在床内会下沉，密度小的物体会浮在床面上；（5）床内颗粒混合良好，因此，当加热床层时，整个床层的温度基本均匀。
一般的液固流态化，颗粒均匀地分散于床层中，称之为“散式”流态化；一般的气固流态化，气体并不均匀地流过颗粒床层，一部分气体形成气泡经床层短路逸出，颗粒则被分成群体作湍流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化，因此这种流态化称为“聚式”流态化。
与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是：①可以实现固体物料的连续输入和输出；②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制，特别适用于强放热反应。
但另一方面，由于返混严重，可对反应器的效率和反应的选择性带来一定影响。
再加上气固流化床中气泡的存在使得气固接触变差，导致气体反应得不完全。
因此，通常不宜用于要求单程转化率很高的反应。
流化床反应器概述
流化床简介按照床层的外形分类可分为圆筒形和圆锥形流化床。
圆筒形流化床反应器结构简单，制造容易，设备容积利用率高。
圆锥形流化床反应器的结构比较复杂，制造比较困难，设备的利用率较低，但因其截面自下而上逐渐扩大，故也具有很多优点： 1、适用于催化剂粒度分布较宽的体系由于床层底部速度大，较大颗粒也能流化，防止了分布板上的阻塞现象，上部速度低，减少了气流对细粒的带出，提高了小颗粒催化剂的利用率，也减轻了气固分离设备的负荷。
这对于在低速下操作的工艺过程可获得较好的流化质量。
2、由于底部速度大，增强了分布板的作用床层底部的速度大，孔隙率也增加，使反应不致过分集中在底部，并且加强了底部的传热过程，故可减少底部过热和烧结现象。
3、适用于气体体积增大的反应过程气泡在床层的上升过程中，随着静压的减少，体积相应增大。
采用锥形床，选择一定的锥角，可适应这种气体体积增大的要求，使流化更趋平稳。
按照床层中是否设置有内部构件分类可分为自由床和限制床。
床层中设置内部构件的称为限制床，未设置内部构件的称为自由床。
设置内部构件的目的在于增进气固接触，减少气体返混，改善气体停留时间分布，提高床层的稳定性，从而使高床层和高流速操作成为可能。
许多流化床反应器都采用挡网、挡板等作为内部构件。
对于反应速度快、延长接触时间不至于产生严重副反应或对于产品要求不严的催化反应过程，则可采用自由床，如石油炼制工业的催化裂化反应器便是典型的一例。
按照反应器内层数的多少分类可分为单层和多层流化床。
对气固相催化反应主要采用单层流化床。
多层式流化床中，气流由下往上通过各段床层，流态化的固体颗粒则沿溢流管从上往下依次流过各层分布板，如用于石灰石焙烧的多层式流化床的结构。
按是否催化反应分类分为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是气固相流化床催化反应器，它是气固相催化反应常用的一种反应器。
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
概述
流化床反应器 （fluidized bed reactor） 是利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处 于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应 过程的反应器。在用于气固系统时，又称沸腾床反应器 流化床反应器通常为一直立的圆筒型容器，容器下部 一般设有分布板，细颗粒状的固体物料装填在容器内，流 体向上通过颗粒层，当流速足够大时，颗粒浮起，呈现流 化状态。由于气固流化床内通常出现气泡相和乳化相，状 似液体沸腾，因而流化床反应器亦称为沸腾床反应器。
△P-u关系图的应用：
• 观察流化床的压力降变化可以判断流化质量。 • 如：正常操作时，压力降的波动幅度一般较小， 波动幅度随流速的增加而有所增加。在一定的流 速下，如果发现压降突然增加，而后又突然下降， 表明床层产生了节涌（腾涌）现象。形成气栓时 压降直线上升，气栓达到表面时料面崩裂，压降 突然下降，如此循环下去。这种大幅度的压降波 动破坏了床层的均匀性，使气固接触显著恶化， 严重影响系统的产量和质量。有时压降比正常操 作时低，说明气体形成短路，床层产生了沟流现 象。
5
1/ 2 ep
当： 500 Rep 2 10 时 CD 0.43
这样，可得到ut计算式：
当Rep 0.4时 ut
2 gd p ( s f )
18
0.5 ep
2d p ( s f ) gR 当0.4 Rep 500时 ut 15 f
对球形粒子作力平衡：
6
d s g
3 p
6
d f g CDS
3 p
4
2 dp (
f ut2
2
)
CDS 为单颗粒的曳力系数 式中：
固定床、流化床、移动床、浆态床比较
四种反应器形式比较一、固定床反应器（一）概念凡是流体通过不动的固体物料形成的床层面进行反应的设备都称为固定床反应器。
而其中尤以利用气态的反应物料，通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气固相催化反应器在化工生产中应用最为广泛。
例如石油炼制工业中的加氢裂化、歧化、异构化、加氢精制等；无机化学工业中的合成氨、硫酸、天然气转化等；有机化学工业中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙烯水合制乙醇、乙苯脱氧制苯乙烯、苯加氢制环己烷等。
（二）特点结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优点，是现代化工和反应中应用很广泛的反应器。
1、优点主要表现在以下几个方面：1）在生产操作中，除床层极薄和气体流速很低的特殊情况外，床层内气体的流动皆可看成是理想置换流动，因此在化学反应速度较快，在完成同样生产能力时，所需要的催化剂用量和反应器体积较小。
2）气体停留时间可以严格控制，温度分布可以调节，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性。
3）催化剂不易磨损，可以较长时间连续使用。
4）适宜于高温高压条件下操作。
2、由于固体催化剂在床层中静止不动，相应地产生一些缺点：1）催化剂载体往往导热性不良，气体流速受压降限制又不能太大，导致床层中传热性能较差，也给温度控制带来困难。
对于放热反应，在换热式反应器的入口处，因为反应物浓度较高，反应速度较快，放出的热量往往来不及移走，而使物料温度升高，这又促使反应以更快的速度进行，放出更多的热量，物料温度继续升高，直到反应物浓度降低，反应速度减慢，传热速度超过了反应速度时，温度才逐渐下降。
所以在放热反应时，通常在换热式反应器的轴向存在一个最高的温度点，称为“热点”。
如设计或操作不当，则在强放热反应时，床内热点温度会超过工艺允许的最高温度，甚至失去控制而出现“飞温”。
此时，对反应的选择性、催化剂的活性和寿命、设备的强度等均极不利。
2）不能使用细粒催化剂，否则流体阻力增大，破坏了正常操作，所以催化剂的活性内表面得不到充分利用。
流化床反应器概念
流化床反应器概念
流化床反应器是一种用于化学反应或物理过程的设备，其特点是将固体催化剂或固体颗粒悬浮在气流中，形成类似于液体的流动状态，从而提高反应速率和转化率。
流化床反应器广泛应用于石油化工、环保、食品、制药等领域。
流化床反应器的工作原理是通过高速气体流动引起床层内颗粒
的悬浮，形成类似于流体的状态。
在这种状态下，固体颗粒与气体之间的传热和传质效果显著提高，反应速率和转化率也随之增加。
同时，床层内的颗粒也容易被混合和均匀分布，从而减少了温度和浓度的变化对反应的影响。
流化床反应器的优点包括反应速率快、转化率高、操作灵活、能耗低等。
此外，由于液体反应物或产物没有固定的界面，流化床反应器也适用于乳化催化剂、生物催化剂等特殊反应体系。
然而，流化床反应器也存在一些缺点，如固体颗粒的损失、床层内的气固流动不稳定等问题。
因此，在设计和运行流化床反应器时需注意这些问题。
总之，流化床反应器是一种重要的化工设备，可以提高反应效率和降低能耗。
随着技术的不断发展，流化床反应器在工业生产中的应用前景将会更加广阔。
- 1 -。
流化床反应器
流化床反应器1. 简介流化床反应器是一种广泛应用于化工领域的反应设备，其特点是颗粒固体在气体流动的作用下呈现流化状态。
流化床反应器具有高传热、高传质、均匀的温度和浓度分布等优点，因此在催化反应、气固反应、气液反应等方面具有重要应用价值。
2. 工作原理流化床反应器由反应器本体、气体分布器、颗粒固体循环器等组成。
在反应器中，气体经过气体分布器均匀地从底部进入反应器，使颗粒固体床呈现流化状态。
底部进入的气体将颗粒固体床推动向上运动，使其呈现明显的液化状态。
在流化床反应器中，颗粒固体的运动状态可以分为床层状态、混合带和床板状态三个区域。
•床层状态：床层状态是指颗粒固体床的顶层，颗粒固体处于相对松散的状态，在底部进气的作用下，床层呈现液化状态，颗粒固体浮在气体流中。
•混合带：混合带是床层状态和床板状态之间的过渡带，颗粒固体在这个区域内的运动状态介于床层状态和床板状态之间。
•床板状态：床板状态是指颗粒固体床的底部，床板上的颗粒固体比较密集，呈现固体状态，床板的作用是支撑颗粒固体床的运动并反应底部进入的气体。
3. 应用领域3.1 催化反应流化床反应器在催化反应方面有着广泛的应用。
其优点是具有较大的接触面积和较高的传质速率，可以提高催化反应的反应速率和转化率。
此外，流化床反应器还具有温度均匀和活性物质的均匀分布等特点，从而有助于提高催化反应的选择性和稳定性。
常见的催化反应包括催化裂化、催化重整、催化加氢等。
3.2 气固反应流化床反应器在气固反应方面也有着重要的应用。
气固反应是指气体与固体之间发生的化学反应。
流化床反应器由于其颗粒固体床的特点，使气体与固体之间的接触充分，从而实现高效的气固反应。
常见的气固反应包括氧化反应、还原反应、氯化反应等。
3.3 气液反应流化床反应器在气液反应方面也有广泛的应用。
气液反应是指气体与液体之间发生的化学反应。
流化床反应器可以通过调节气体和液体的进料速度和浓度，实现气液相的均匀分布和快速混合。
流化床反应器
流化床反应器 fluidized reactor
流态化现象
ΔP 500
300 200
100 50
1
固定床
流化床
斜率=1
夹带开始 ΔP=W/At
2
umf
10
50
100
空床流速 u0 ㎝/s
固 定 床
起 始 流 化
（ 散 式 ）
膨 胀 床
（ 聚 式 ）
第二节 流化床的特征速度
一、流化床的压降与流速的关系
ΔP 500
固定床 300
200
100
斜率=1
流化床
夹带开始 ΔP=W/At
50 1
2 umf 10
50
100
空床流速 u0 ㎝/s
流化床压降—流速关系（△P-u关系图）
固定床阶段，压力降△P随着流速u的增加而增加。 流化床阶段，床层的压力降保持不变。 流体输送阶段，流体的压力降与流体在空管道中相似。
流化床压降的计算
在UO<Umf 时，（流速较低），压降与气速 成正比关系。床层内的颗粒处于静止状态。
当流速增大，床层内流体的压力降增大到与 静床压力 相等时，按理粒子应开始流动起来 了，但由于床层中原来挤紧着的粒子先要被松动 开来，需要稍大一点的压降。等到粒子一旦已经 松动，压降又恢复到 之值。随后流速进一步 增加。则△P不变。其计算公式为：
这种现象在实验室或中试流化床中，当床高与床径比较 大时，可能出现，在工业规模的大床中，一般不会出现。
• 湍动流态化：随着气速的加大，流化床中湍动程度也跟着加 剧，压力脉动的幅值减小，此时的流化床叫湍动床。
• 快速流态化：在湍动流态化下继续提高气速，颗粒从连续的 床层变为分散的颗粒，而气体则从分散的气泡转变为连续的 气流，颗粒夹带明显提高，在没有颗粒补充的情况下，床层 颗粒将很快被吹空。此时的流态化称为快速流态化。此种情 况下，如果有新的颗粒不断补充进入床层底部，操作就可以 不断维持下去，相应的流化床称为快速流化床或循环流化床。 有的也叫过渡流化床。
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流化床反应器概念
流化床反应器是一种广泛应用于化学工业中的反应器，它是一种高效
的反应器，能够实现高效的传质和反应。
流化床反应器的主要特点是
反应物在反应器中呈现出流化状态，即反应物在反应器中呈现出类似
于流体的状态，这种状态下反应物能够充分混合，反应速率也会得到
提高。
流化床反应器的主要构成部分包括反应器本体、气体分配器、床层材料、反应物进料口、产物出料口等。
反应器本体是流化床反应器的主
要部分，它通常由一个圆柱形的容器构成，容器内部填充有一定的床
层材料。
气体分配器是用来分配气体的装置，它通常位于反应器底部，能够将气体均匀地分配到床层中。
床层材料是反应器中填充的材料，
它通常是一些具有良好流动性的颗粒状物质，如砂子、石英砂等。
反
应物进料口和产物出料口则是用来进出反应物和产物的装置。
流化床反应器的工作原理是，反应物进入反应器后，通过气体分配器
将气体均匀地分配到床层中，使床层中的颗粒物质呈现出流化状态。
在这种状态下，反应物能够充分混合，反应速率也会得到提高。
反应
物在床层中反应后，产生的产物会随着气体一起流动，最终通过产物
出料口排出反应器。
流化床反应器具有许多优点，如反应速率快、传质效率高、反应物质
料利用率高等。
同时，流化床反应器也存在一些缺点，如床层材料易
于磨损、反应器内部易于积垢等。
因此，在使用流化床反应器时，需
要注意反应器的维护和清洗。
总之，流化床反应器是一种高效的反应器，能够实现高效的传质和反应。
它在化学工业中有着广泛的应用，是一种非常重要的反应器类型。