氣固相催化反應(yīng)流化床反應(yīng)器

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1、第七章氣固相催化反應(yīng)流化床反應(yīng)器12流態(tài)化現(xiàn)象：使微粒固體通過(guò)與氣體或液體接觸而轉(zhuǎn)變成類(lèi)似流體的操作。固體顆粒層與流體接觸的不同類(lèi)型：流體流速增加固定床初始流態(tài)化散式流態(tài)化聚式流態(tài)化騰涌稀相流態(tài)化液體氣體3流化床的基本概念當(dāng)通過(guò)床層的流體流量較小時(shí)，顆粒受到的升力（浮力與曳力之和）小于顆粒自身重力時(shí)，顆粒在床層內(nèi)靜止不動(dòng)，流體由顆粒之間的空隙通過(guò)。此時(shí)床層稱(chēng)為固定床。隨著流體流量增加，顆粒受到的曳力也隨著增大。若顆粒受到的升力恰好等于自身重量時(shí)，顆粒受力處于平衡狀態(tài)，故顆粒將在床層內(nèi)作上下、左右、前后的激烈運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為固體的流態(tài)化，整個(gè)床層稱(chēng)為流化床。4流化床類(lèi)似液體的性狀輕的

2、物體浮起；表面保持水平；固體顆粒從孔中噴出；床面拉平；床層重量除以截面積等于壓強(qiáng)56流化床的優(yōu)點(diǎn)1顆粒流動(dòng)類(lèi)似液體，易于處理，控制；2固體顆粒迅速混合，整個(gè)床層等溫；3顆粒可以在兩個(gè)流化床之間流動(dòng)、循環(huán)，使大量熱、質(zhì)有可能在床層之間傳遞；4宜于大規(guī)模操作；5氣體和固體之間的熱質(zhì)傳遞較其它方式高；6流化床與床內(nèi)構(gòu)件的給熱系數(shù)大。7流化床的缺點(diǎn)1氣體的流動(dòng)狀態(tài)難以描述，偏離平推流，氣泡使顆粒發(fā)生溝流，接觸效率下降；2顆粒在床層迅速混合，造成停留時(shí)間分布不均勻；3脆性顆粒易粉碎被氣流帶走；4顆粒對(duì)設(shè)備磨損嚴(yán)重；5對(duì)高溫非催化操作，顆粒易于聚集和燒結(jié)。8流化床的工業(yè)應(yīng)用第一次工業(yè)應(yīng)用：1922

3、年FritzWinkler獲德國(guó)專(zhuān)利，1926年第一臺(tái)高13米，截面積12平方米的煤氣發(fā)生爐開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。目前最重要的工業(yè)應(yīng)用：SOD(StandardOilDevelopmentCompany)IV型催化裂化。9散式流化和聚式流化（1）散式流態(tài)化隨著流體流量的加大，床層內(nèi)空隙率增大，顆粒之間間距加大，而顆粒在床層中分布均勻，流體基本上以平推流形式通過(guò)床層，人們稱(chēng)這種流化形式為散式流態(tài)化。10（2）聚式流態(tài)化在此類(lèi)流態(tài)化形式中，床層明顯地分成兩部分。其一是乳化相：固體顆粒被分散于流體中，單位體積內(nèi)顆粒量類(lèi)似于散式流化床的初始流化狀態(tài)。其二是氣泡相：流體以氣泡形式通過(guò)床層。11兩種流態(tài)化的判

4、別一般認(rèn)為液固流態(tài)化為散式流態(tài)化而氣固之間的流化狀態(tài)多為聚式流態(tài)化。為散式流態(tài)化為聚式流態(tài)化1213濃相段和稀相段當(dāng)流體通過(guò)固體床層的空塔速度值高于初始流化速度但低于逸出速度，顆粒在氣流作用下懸浮于床層中，所形成的流固混合物稱(chēng)為濃相段。在濃相段上升的氣泡在界面上破裂，氣泡內(nèi)顆粒以及受氣泡挾帶的乳化相中顆粒將被拋向濃相段上方空間。這段空間稱(chēng)為稀相段或稱(chēng)分離段。1415顆粒含量床高稀相段濃相段濃相段和稀相段流態(tài)化的不正?，F(xiàn)象溝流：由于流體分布板設(shè)計(jì)或安裝上存在問(wèn)題，使流體通過(guò)分布板進(jìn)入濃相段形成的不是氣泡而是氣流，稱(chēng)溝流。溝流造成氣體與乳化相之間接觸減少，傳質(zhì)與反應(yīng)效果明顯變差。節(jié)流（騰涌

5、）1617流化床的工藝計(jì)算1初始流化速度：－－顆粒開(kāi)始流化時(shí)的氣流速度（氣體向上運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的曳力）＝（床層體積）×（固體顆粒分率）×（顆粒密度），即：18將上式與固定床壓降方程(Ergun方程)相結(jié)合，可得臨界流化速度計(jì)算式。Ergun方程：與考慮固定床壓降時(shí)的方程對(duì)照：可以看出所作簡(jiǎn)化。19前一項(xiàng)為粘滯力損失，后一項(xiàng)為動(dòng)能損失。合并兩式并整理：低雷諾數(shù)時(shí)，粘滯力損失占主導(dǎo)，忽略后一項(xiàng)：20解得：高雷諾數(shù)時(shí)，動(dòng)能損失占主導(dǎo)，忽略前一項(xiàng)：解得：21對(duì)中等雷諾數(shù)，兩項(xiàng)都要考慮。計(jì)算出臨界流化速度后要進(jìn)行驗(yàn)算，看雷諾數(shù)是否在適用范圍之內(nèi)。2帶出速度（終端速度）：當(dāng)流體對(duì)顆粒的曳力與顆粒的重量

6、相等，顆粒會(huì)被流體帶走：CD--曳力系數(shù)22對(duì)于單顆粒，有半經(jīng)驗(yàn)公式：23以上計(jì)算是針對(duì)一個(gè)顆粒的，在流化床內(nèi)由于顆粒間有相互影響，故逸出速度由此速度值再加以校正而得。uT=FuRe<10時(shí)，F(xiàn)≈1Re>10時(shí)，Re-F見(jiàn)下圖24253反應(yīng)器內(nèi)徑的計(jì)算VG：氣流的體積流量m3s-1dT：流化床內(nèi)徑mu：氣流的空塔流速m.s-1可見(jiàn)，流化床的內(nèi)徑取決于氣流的空塔氣速，而流化床的空塔氣速應(yīng)介于初始流化速度（也稱(chēng)臨界流化速度）與逸出速度之間。即維持流化狀態(tài)的最低氣速與最高氣速之間。26例8-1計(jì)算萘氧化制苯酐的微球硅膠釩催化劑的起始流化速度和逸出速度已知催化劑粒度分布如下：催化劑顆粒密度ρP

7、=1120kg.m-3氣體密度ρ=1.10kg.m-3氣體粘度μ=0.0302mPa·s27解1．計(jì)算顆粒平均粒徑根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)篩的規(guī)格，目數(shù)與直徑關(guān)系如下：在兩個(gè)目數(shù)間隔內(nèi)顆粒平均直徑可按幾何平均值計(jì)算，即282．計(jì)算起始流化速度（umf）293．計(jì)算逸出速度（ut）:設(shè)Rem<230復(fù)核Re值假設(shè)Rem<2合理。由Re=1.3，Re<10可得F=131濃相段高度的計(jì)算催化劑在床層中堆積高度稱(chēng)靜床層高度(L0)。在通入氣體到起始流化時(shí)，床高Lmf≈