第五节 流态化基本原理.ppt

石油加工工程 第五节 流态化基本原理 固体流态化：颗粒物料与流动的流体接触，使颗粒物料呈类似于流体的状态。 流态化技术的应用：流化催化裂化、吸附、干燥、冷凝等。 流态化技术的优点：连续化操作；温度均匀，易调节和维持；气、固间传质、传热速率高等。 2、稀相输送压力降 1 密相输送基本原理 斜管输送 催化剂在斜管的输送也是这样的原理，不论是哪种催化裂化仍要满足:推动力≥阻力。 内摩擦角 催化剂颗粒从储罐孔口向下流出时，在孔口周围有一个静止不动的死区，流动部分和静止有一个明显的圆锥分界区，圆锥周边和水平面形成的夹角成为内摩擦角θf。 密相输送与稀相输送的基本区别： 密相输送，催化剂颗粒不被气体加速，而是在少量气体松动的流化状态下靠静压差产生的推动力，来克服流动时的阻力。 （2） △Pa （3） △Pf,t 气－固混合物在管路中流动时产生的压降 （4） △Pf,v 催化剂流经滑阀时产生的压降 催化剂输送管路 催化剂在各段循环管路中都属于充气流动状态进行密相输送，但随气固运动方向的不同，输送特点又有显著区别： （1）气固同时向下流动：如斜管、立管等处。这时的固体线速要高些，一般为1.2～2.4 m/s，最小不低于0.6 m/s，否则气体会向上倒窜。 （2）固体向下而气体向上的流动：如溢流罐、脱气罐、料腿、汽提段等处。这些地方希望脱气好，因而要求催化剂下流速度很低，如汽提段≯0.1m/s，溢流罐≯0.24 m/s，料腿≯0.76 m/s，以利于气体向上流动和高密度的催化剂顺利向下流动。 （3）固体和气体同时向上流动：如预提升管。这种情况下的气固流速都要高些，气体量也要求较大，气固密度较小，否则催化剂会下沉，堵塞管路而中断输送，如气体流速超过2m/s，则与高固气比的稀相输送很相似。 盛有水的U型管，右侧有加热器，使该处的水受热而汽化。U型管的两端顶部均为大气压P0，取阀门两侧的同一高度1，2两点: 阀门关闭时，两点的压强: 1点: P1 = hρ水 + P0； 2点: P2 = h1ρ汽 + h2ρ水 + P0 比较两式 ρ汽﹤ρ水 故 P1﹥P2 当阀门打开时，水就会场从管的左边流向管的右边。 流动时的推动力为两端的静压力差 p1 - p2 在实际流动中，同时存在流动阻力，只有推动力≥阻力时，流动才可以实现。在流化床反应器中催化剂就是根据这样的原理进行输送的。 设计时为了给单动滑阀一定的调节余量，使调节阀有0.3kPa的压降。通过调节阀的开度可以改变压力，改变催化剂的流量。 催化剂的休止角 由小孔流出的固体颗粒在下面形成一个锥体，锥体斜面与水平面的夹角叫休止角。 当固体颗粒在倾斜角小于休止角时，固体颗粒留在上面不会落下。 休止角越小越易流化 因此，催化剂斜管输送时必须大于休止角。工业装置斜管与水平线夹角一般为55－63 ° ，远大于休止角。 颗粒的内摩擦角越小越易流动 微球裂化催化剂的θf约为79 ° 2.充气流动的压降 气-固混合物在流化状态下由1点流至2点时的压降为： P1 －P2 ＝△Ph ＋ △Pa ＋ △Pf,t ＋ △Pf,v （1）△Ph计算 料柱产生的静压差△Ph=γ.△h(简称静压)，一般有两种计算方法： ①由气体和固体的流量计算 上式可简化为：γ=Ws/Vg 考虑滑落系数φ时：γ=φWs/Vg ②由实测压差计算 生产中通常是直接测定两点的压差得到压降，即： P1-P2=△P 在一般情况下： 上式可简化为： γ′称作“视密度”；由γ′计算得到的△P(即)称作“蓄压” 是由于速度变化（包括改变运动方向）引起的压降 * * 一：流态化的形成和转化 1．固定床、流化床及稀相输送 ①当气速较小时，催化剂堆紧，为固定床阶段； ②当气速增达到一定程度以后，床层开始膨胀，为膨胀床； ③当u=umf时，固体粒子被气流悬浮起来做不规则运动，为流化床阶段； ④继续增大气速至u=ut，催化剂开始被气流带走，为稀相输送阶段 因此，固体颗粒的流化可根据气速划分成三个阶段： ①固定床阶段，uumf； ②流化床阶段，umfuut； ③稀相输送阶段，uut 在固定床阶段，气体通过固定床颗粒之间的空隙时，因有摩擦阻力而产生压降，摩擦阻力与气体流速的平方成正比，故u↗，床层压降↗ 当床层所受压力达到平衡时，床层被悬浮起来而颗粒自由运动。床层受三个力作用：重力、摩擦力和浮力。对催化剂来说，其摩擦力与床层压降有关: 固体颗粒的重量为一定值，即V(1-ε)为一定值，因此当气速增大时，V↗，ε↗，但V(1-ε)不变，因此，△P.F也不变