流化床反应器1.
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
•不适用于要求转化率高的场合和要求催化剂床层 有温度分布场合
Thank You!
三、流化床反应器的类型结构及特点
按固体颗粒是否在系统循环内 按床层的外型
①单器流化床 ②双器流化床
按反应器内层数的多少
①圆筒形 ②圆锥型 反应器 类型
按床层中是否置有内部构件
①单层 • ②多层
•
①自由床 ②限制床
•
●流化床反应器的结构
流化床反应器由壳体、气体分布装置、内部构件、换热装置、气固分离装置等组成。
1
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。
缺点
床层内的复杂 流体学、传递 现象，使过程 处于非常条件 下，难以揭示 其统一的规律。 催化剂粉化，大 量细粒催化剂的 带出，造成催化 剂流失
4
3
四、流化床技术的应用
•流化床反应器适用于热效应大的反应 •要求有均一的催化温度并需要精确控制温度的反 应 •催化剂使用寿命短及有爆炸危险的场合
气固分离装 置
气体离开床层时总要夹带部分细小的催化剂颗粒，气 固分离装置的作用是回收这部分细粒使其返回床层。 常用的气固分离装置有内过滤器和风分离器两种
流化床反应器主体
1 流化床反应器形式一
有固体物料连续进料和出料装置，用于固相加工过程或催 化剂迅速失活的流体相加工过程。例如催化裂化过程，催 化剂在几分钟内即显著失活，须用上述装置不断予以分离 后进行再生。
流化床中常见的异常现象
● 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 ☞ 定义：聚式流化床中，气泡上升途 的机械磨损和带出；降低催化剂的使用寿命；床内 中增至很大甚至于接近床径，使床层被 构件易磨损。 分成数段呈活塞状向上运动，料层达到 ☞ 造成原因：L/D较大；U较大 一定高度后突然崩裂，颗粒雨淋而下， ☞ 消除方法：床内设内部构件；降低U 这种现象称为大气泡和腾涌。
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 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。
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23
对球形粒子作力平衡：
6
d
3 p
s
g
6
d
3 p
f
g
CDS
4
流化床反应器（1）
1 气固流化床设计基础数据流化床反应器的操作工艺参数为：反应温度为400 ℃，反应压力为 0.3 MPa (绝压)，甲醇操作空速为 1～51h -。
MTO 成型催化剂粒径范围为50～140μm ，平均粒径为 80μm 。
颗粒密度为 1200 kg/m3，堆密度为 700 kg/m3。
甲醇在400℃下的粘度根据常压下气体粘度共线图查得为 0.021m Pa.s ，甲醇 400℃下的密度根据理想气体状态方程估算为 1.715kg/m3。
甲醇原料中水含量为 1%。
流化床催化反应器主要包括以下几个组成部分：反应器壳体尺寸、气体分布装置、换热装置、气固分离装置、内部构件、以及催化剂颗粒的加入和卸出装置。
MTO 反应为放热反应，工业装置中为避免反应器床层温度过高，需设置内取热或外取热器，由于小型固定流化床反应器尺度较小，散热效应较大，应考虑在反应器外设置加热炉保持 MTO 反应温度恒定，不必设置取热器。
我们在确定了操作条件（T ：400 ℃，P ：0.3 MPa ）、反应器内气体原料和固体催化剂物化性质的条件下，计算了催化剂装填量、操作气速和反应器主体尺寸，并对气体分布器、气固分离装置和催化剂加卸料口的设置进行了简要介绍。
2 操作气速2.1 最小流化速度计算当流体流过颗粒床层的阻力等于床层颗粒重量时，床层中的颗粒开始流动起来，此时流体的流速称为起始流化速度，记作mf U 。
起始流化速度仅与流体和颗粒的物性有关，其计算公式如下式所示： 对于p mf ep d U R ρμ=20<的小颗粒2()1650p p mf d gU ρρμ-= （1） 对于1000p mf ep d U R ρμ=>的大颗粒1/2()[]24.5p p mf d gU ρρρ-= （2）式中： p d 为颗粒的平均粒径；.p ρρ分别为颗粒和气体的密度； μ为气体的粘度。
本流化床雷诺数：ep R <20将已知数据代入公式（1），25235()(810)(1200 1.715) 2.210/16501650(2.110)p p mf d gU m s ρρμ----⨯⨯-===⨯⨯⨯558100.0022 1.715202.110p mf ep d U R ρμ--⨯⨯⨯==<⨯ 将mf U 代入弗鲁德准数公式 2mf mf p U F d g =作为判断流化形式的依据。
固定床反应器和流化床反应器
固定床反应器1.概述凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器，其中尤以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-固相催化反应器占最主要的地位。
如炼油工业中的催化重整，异构化，基本化学工业中的氨合成、天然气转化，石油化工中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙苯脱氢制苯乙烯等等。
此外还有不少非催化的气—固相反应，如水煤气的生产，氮与电石反应生成石灰氮(CaCN2) 以及许多矿物的焙烧等，也都采用固定床反应器。
2.固定床反应器优点1)固定床中催化剂不易磨损；2)床层内流体的流动接近于平推流，与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。
3)由于停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和转化率，在大生产中尤为重要。
3.固定床反应器缺点1)固定床中的传热较差；2)催化剂的更换必须停产进行。
4.类型固定床反应器形式多种多样，按床层与外界的传热方式分类，可有以下几类：●绝热式固定床反应器●多段绝热式固定床反应器●列管式固定床反应器，●自热式反应器。
（1）绝热式固定床反应器下图是绝热式固定床反应器的示意图。
它的结构简单，催化剂均匀堆置于床内，床内没有换热装置，预热到一定温度的反应物料流过床层进行反应就可以了。
典型的例子是乙苯脱氢制苯乙烯。
反应需供热140kJ／mol，是靠加入高温(710℃)水蒸汽来供应的(乙苯:水蒸汽=1: 2.6(质量))，混合后在630℃入床，离床时降到565℃。
在此，水蒸汽的作用是：a) 可以带入大量的显热；b) 起稀释作用，使反应的平衡向有利于生成苯乙烯的方向移动，提高单程转化率；c) 使催化剂可能产生的结炭随时得到清除，从而保持反应器长期连续运转。
（2）多段绝热式固定床反应器热效应大，常把催化剂床层分成几段(层)，段间采用间接冷却或原料气（或惰性组分）冷激，以控制反应温度在一定的范围内 。
7.1流化床反应器
µ
5.3 × 10 −3 × 0.733 × 10 −3 × 0.058 = = 6.09 × 10 − 4 < 20 3.7 × 10 − 4
（3）计算ut： ）计算
• 如果全床空隙率均匀，处于压力最低处的床顶 如果全床空隙率均匀， 粒子将首先被带出，故取最小粒子 粒子将首先被带出，故取最小粒子dp=10µm计 µ 计 算。设Re<0.4
再 生
石油 催化 空气 剂输 消除内扩散；固定床因有△ 限制不能用 消除内扩散；固定床因有△P限制不能用 送
3. 强放热反应 氧化反应：萘氧化剂制苯酐需熔盐冷却； 氧化反应：萘氧化剂制苯酐需熔盐冷却； 丙烯氨氧化法制丙烯腈
流化床反应器的优点：（ 流态化技术） 流化床反应器的优点：（ 流态化技术）
• 传热效能高，且床内温度易于维持均匀； 传热效能高，且床内温度易于维持均匀； • 大量固体粒子可方便地往来输送； 大量固体粒子可方便地往来输送； • 由于粒子细，可消除内扩散阻力，充分发挥催 由于粒子细，可消除内扩散阻力， 化剂的效能。 化剂的效能。 缺点： 缺点： 1. CSTR：转化率甚至小于CSTR（气泡短路） ：转化率甚至小于 （气泡短路） 2. 颗粒磨损：催化剂要贱，设备要被磨 颗粒磨损：催化剂要贱， 3. 气流出口分离粉尘，回收系统麻烦 气流出口分离粉尘， 4. 副反应：∵RTD太宽 副反应： 太宽
压力波动 达极大值 聚式 压力波动 趋于0 快床 Uc 相变 泡分散相 湍床 Cluster 分散相 Ut 夹带
散式
0
Umf
Ub 鼓泡床
快 床 颗 粒 的 径 向 分 布
颗粒含率 实际分布 模型分布 高 度
气流输送 快床 湍流床 鼓泡流化床 0.2 0.4 0.6 密度
流化床反应器工作原理
流化床反应器工作原理
流化床反应器的工作原理主要是利用气体或液体通过颗粒状固体层，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。
在气体流化床反应器中，气体从反应器底部进入，通过固体催化剂床层。
气体的流速被控制在一定范围内，使得固体颗粒被气体均匀分散并悬浮于气体中，形成类似于沸腾液体的状态，即流化状态。
在这种状态下，固体颗粒层具有类似于液体的特性，如保持一定水平界面并具有静压力和浮力，以及具有流动性等。
在流化床反应器中，气固相之间的接触面积增大，传质和传热效率提高，从而有利于反应的进行。
此外，由于固体颗粒处于悬浮状态，反应器内的温度分布较为均匀，避免了局部过热或反应不均匀的问题。
流化床反应器可广泛应用于石油、化工、冶金、环保等领域，如石油催化裂化、煤的气化、生物质气化、废气处理等。
根据具体应用需求，流化床反应器可分为固定流化床和循环流化床等不同类型。
第七章 流化床反应器
ΔPd 为床层压
ΔPb 的 10%～20%，开孔率约 1%。 u or ：
2 Δp d
设计筛孔分布板，先求小孔阻力系数，在求小孔气速
' ( u or = c d
ρ
π
)1 / 2
定出开孔数
N or ：
2 N or = u o /( d or or ) 4
2．内部构件：为了传热或控制气——固间接触，常在床内设置内部构件。 7.1-6 乳相的动态
500 < Rep < 200,000
130
化学反应工程课程讲稿
CD =
24 0.8431g
φs
Rep < 0.05 Rep 2 × 10 3 < Rep < 2 × 10 5
0.065 C D = 5.31 − 1.88φ s
Rep < 0.4
可利用公式，可用来考察对于大，小粒子范围的大小 细粒子
U br
u br = 0.711( gd b )1 / 2
d b = 0.853 1 + 0.272(U − U mf )
[
]
1/ 3
(1 + 0.0684 ρ )1.21
0.7
(U − U mf ) ⎡ At 4 / 7 ⎤ 1.5 g 1 / 7 + 1 ( ) ⎥ d b = 1.28 ⎢ 2/7 no g 0.3 ⎢ (U − U mf ) ⎥ ⎣ ⎦
3
(二维床)
(三维床)
Rc , Rb 分别为气泡云及气泡的半径
三维床指一般的圆柱形床，二维床为截面狭长的扁形床 气泡中气体的穿流量 q
q = 4u mf Rb = 4u f ε mf Rb
(二维床 )
反应器题库。
流化床1.流化床反应器可以进行：硫铁矿沸腾焙烧、石油催化裂化、丙烯晴生产、苯胺、醋酸乙烯等等的生产。
2.影响临界流化速度的因素：颗粒直径，颗粒密度，流体粘度。
3.气体预分布装置有：弯管式、同心圆锥壳式、帽式、充填式、开口式。
4.气体分离装置有：旋风分离器、内过滤器。
5.流化床中的传质，一般包括：颗粒与流体间的、床层与壁或浸泡物体间的传质以及相间传质。
6.流化床中的传热，与传质类似，包括三种形式：颗粒与颗粒之间的传热、相间即气体与固体颗粒之间的传热、床层与内壁间和床层与浸没于床层中的换热器表面间的传热。
7.常见的流化床内部换热装置：列管式换热器、鼠笼式换热器、管束式换热器、蛇管式换热器8.流化床反应器的计算包括结构尺寸和反应器压力降、内部构件、9.流化床反应器的数学模型：两相模型、鼓泡床模型。
10.一般的流化床反应器，需要控制和测量的参数主要有颗粒粒度和组成、压力、温度、流量。
11.流化床的不正常现象：沟流现象、大气泡现象、腾涌现象。
12.沟流现象：沟流现象的特征是气体通过床层时形成短路，气体通过床层时，其气速超过了临界流化速度，但床层并不流化，而是大量的气体短路通过床层，床层内形成一条狭窄的通道，此时大部分床层则处于静止状态。
13.大气泡：床层中大气泡很多时，由于气泡不断搅动和破裂，床层波动大，操作不稳定，气固间接触不好，就会使气固反应效率降低，这种现象称为大气泡现象。
14.腾涌现象：就是在大气泡状态下继续增大气速，当气泡直径大到与床径相等时，就会将床层分为几段，变成一段气泡和一段颗粒的相互间隔状态。
三、名词解释1、固体流态化：将固体颗粒悬浮于运动的流体中，从而使颗粒具有类似于流体的某些宏观特性，这种流固接触状态称为固体流态化。
2、临界流化速度：也称起始流化速度、最低流化速度，是指颗粒层由固定床转为流化床时流体的表观速度。
3、带出速度：流化床中流体速度的上限，也就是流体气速增大到此值时，流体对粒子的曳力与粒子的重力相等，粒子将被气流带走。
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横向+纵向构件
3.1流化床内的构件
LOREM IPSUM DOLOR
3.1流化床内的构件
换热装置
目前，流化床内换热均采用指管 结构，指管内的导热油作为冷却介质， 取出反应热。同时，指管及支架构件 构成纵向构件，以免床体内产生大的 气泡和颗粒团聚物。 在床层横截面上，指管呈三角形 或正方形排列。具体结构如下图所示：
(一)
流化床内的构件
（二）
气体分布器的分析
（三）
颗粒物性的研究
3.1 流化床内的构件
在流化床内设置若干层水平挡板、挡网或 垂直管束，便构成了内部构件。其作用是抑制 气泡成长并且粉碎大气泡，改善气体在床层中 的停留时间分布，减少气体返混合和强化两相 间的结构。 常见的内部构件可分为三类：
横向（水平）构件
泡罩平板分布器 如左图所示。若采用 此类装置，必须独立 设置添加催化剂给料 装置。
3.2气体分布器的分析
良好的进气结构应有以下特点：
（1）气 流经该装 置可以均 匀流入塔 器。
01
（ 2 ）流 动阻力 小，雾 沫夹带 少。
0
（3）占 空间少， 结构简 单，安 装方便。
3.3 颗粒物性的研究
（一）颗粒的基本物性
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二 颗粒的分类
A类 颗粒
B类 颗粒
C类 颗粒
D类 颗粒
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在实际计算中，影响的参数因素可以分为以下三方面：
（一）
网格的影响
（二）
边界条件的影响
（三）
时间步长的确定
网格是数值计算中求解控制方程的基本单元， 网格的形状及划分数量将直接影响模拟结果的准 确度。它可以分为两大类：结构化网格和非结构 化网格。
2.1 工业合成甲基氯硅烷的研究
直接合成法反应：
对于综合性生产车间来说，直接法是必不可少的，但还需 辅以其他方法，方能满足生产需要和降低生产成本的要求。
2.2 直接法合成有机硅单体的原理
2.2 直接法合成有机硅单体的原理
反应过程中还可能发生热分解、歧化以及氯硅烷水 解（原料带进的水分）等副反应，致使反应产物变得更 为复杂，甲基氯硅烷产物组分可多达41个。
21
2.3流态化技术
02 流态化合成工艺的优点
（1）生产能力大、结构简单、紧凑，符合现代大生产需求。 （2）传热、传质和化学反应速率都大大提高 （3）床内热容量大，热稳定性高，有利于强放热反应的等温操作。
（4）有利于生产过程连续化和自动化，便于催化剂 的连续生产和循环操作。
第三章 结构的设计分析
2.2 直接法合成有机硅单体的原理 0 1 合成有机硅单体的工艺流程图
图1 甲基单体合成单元工艺流程框图
2.3流态化技术
01 流态化概述
固体颗粒像流体一样进行流动的现象称为流态化。 流态化是一门强化颗粒与流体（气体或液体）之间接触 和传递的工程技术。按流态化类型可分为三类：散式流 态化，聚式流态化和三相流态化。
目录
02
工艺流程的介绍
05
1.1有机硅在国内外的进展程度
（1）有机硅生产的特点
有机硅单体及中间体生产集中于发达国家，并且生产规模不断扩 大。 有机硅单体生产的原理并不复杂，但是生产工艺复杂、流程长、 技术含量高，长期以来，只有美国、日本、法国、德国等少数发达 国家有这一生产技术，并在行业内形成技术垄断，所以世界上从事 有机硅单体工业生产的厂家并不多。
3.1流化床内构件
3.2 气体分布器的分析
固体颗粒的流化质量与反应器底部气 体分布器的设计密切相关，一般要求进气 沿整个塔截面均布，且不产生“大气泡”。 国内现有流化床气体分布器大致有两 种：
（1）锥体筛板型
（2）泡罩平板型
3.2气体分布器的分析
LOREM IPSUM DOLOR LOREM
3.2 气体分布器的分析
（二）颗粒的分类
一
颗粒的基本物性
二 颗粒的分类
根据不同的颗粒粒度及气固密度差，按照 Geldart 理论，颗粒可分为 A ， B ， C ， D 四类。如 下图所示
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C
D
4 流化床外形对内部的流场的影响
4.1 数值计算中的参数影响
计算流体力学中，由于因变量在节点之间的
分布假设及推倒离散方程的方法不同，形成了有
限差分法、有限元法和有限体积法等不同类型的 离散化方法。 目前，大多数商用计算流体力学软件如 FLUENT软件都采用有限元法。
4.1 数值计算中的参数影响
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第四章 动态模拟仿真
1 数值计算中参数的影响
A动特性的数值模拟
1.1有机硅在国内外的进展程度
1.1有机硅在国内外的进展程度
Lorem
1.1有机硅在国内外的进展程度
1.2有机硅在各个行业的应用
1.2有机硅在各个行业的应用
1.2有机硅在各个行业的应用
1.3 流化床的现有现 状
1
2
3
2.1 工业合成甲基氯硅烷的研究
现代有机硅和有机硅工业的产生始于格力雅反应。 1904 年 F.Stanley Kipping 和 Dilthey 通过格力雅反应合成了有机硅化合 物，这是有机硅发展史上的一大飞跃，迄今它仍是实验室合成 含Si-C化合物的重要方法。
2.1 工业合成甲基氯硅烷的研究
虽然格力雅试剂可以形成很多不同的 Si-C键，但在现代有机硅工 业中，它已经被更为有效的方法所替代，最著名的具有原料易得、工 序简单、不用溶剂、时空产率高，且易于实现连续化大生产的直接合 成法。
1941年，罗伊首先提出了直接法合成有机氯硅烷。 第二年，穆勒也取得了专利。