反应工程学课件.pptx

;5.1 概述;5.1 概述;;;;;;;;;;;;5. 2 流化床反应器的优缺点 流化床的优点： (1)整个床层的温度比较均匀。由于粒子迅速混合，粒子间及粒子与流体间都有良好的接触，所以温度易维持在指定的狭小范围内，这是反应器的重要条件。 (2)流动平稳，类似液体，相连设备之间可以自流，故操作易于连续化，生产能力也可提高。 (3)传热系数大，对壁面或内插的热交换管都有较大的传热系数。 (4)一般粒子比较细，故内扩散阻力可消除；由于高速运动，外扩散阻力也可消除，故使反应速率得以提高。 (5)便于自动控制和大规模操作。 ;流化床的缺点： (1)气体以气泡或沟流形式通过床层在所难免，这会造成气-固相接触不良，当要求气体有高转化率时，这种情况更为不利。 (2)因受粒子运动影响，气体与活塞流偏离较大。 (3)粒子在床层中是完全混合流，有停留时间分布，对固体产品质量均一性及提高转化率不利。 (4)细粒子易被夹带，要附加良好的收尘设备。 (5)内部构件易于磨损。 (6)反应放热量大时，细粒子易于烧结，造成堵塞、短路或沟流。;5. 3 流态化床中气固相的行为及力学特性 ;;;5.3.1 流化床的压降;5.3.2 临界流化态速度;此式为umf 的二次式，可进一步写成 式中的;对于小粒子，式（5-6）中第一项可忽略，而以粘性项为主。;5.3.3 终端速度;如为非球形粒子，当 时，可用下式求得CD。 计算得到的ut，应再代入Re中以检验是否在适用范围之内。;;;;;5.3.6 气泡的结构及其运动;;（2）气泡的速度 气泡上升速度是影响气泡相与乳化相之间传质和传热的重要因素。根据不同的模型和实验数据，整理出一些经验公式。 单个气泡的上升速度为： 气泡群的上升速度为： 式中的db 为气泡相同体积的球的直径，称为气泡当量直径。 ; 气泡上升过程中因合并而长大，其直径与其在床层中的高度有关，可用下式表示： 式中db0 为刚离开分布板时的初始气泡径，当分布板为多孔板时 式中Nor 为板上的孔数，At 为床截面积，H为气泡距分布板的高度。 气泡的长大不是无限的，气泡直径达到一定值会自行破裂。;5.3.7 粒子的运动 除随气泡一同运动的尾涡及气泡晕中的少量粒子外，大量的固体粒子存在于乳相中。乳相中粒子与粒子之间有气体流动，气固相接触良好，反应主要在这里进行。 A. 粒子的循环与混合 气泡上升时形成的尾涡与气泡晕随同气泡一起向上运动，同时气泡通过后又带动周围的粒子运动。; 如图5-5所示，下边一层是有色粒子作为示踪剂，上层为无色粒子，两层均保持初始流化状态，这时从下部发生一个气泡，则可观察到粒子随气泡而运动的情况。这里除尾涡中的粒子外，最初处于水平状态的粒子开始向水平方向移动，然后向上运动，其实质是周围粒子的漂移和尾涡的上升。;气泡通过后，粒子的移动轨迹，如图5-6所示。床层中无数气泡的上升，造成了无数这样运动的重叠。; 气泡的上升与合并，在床层横截面上并不是均匀的。床径小时，床中心气泡通过的频率大，床周围通过的频率小，床径大时，会形成几个中心，中心部位气泡上升的流量大，周围流量小，也即在这些中心，粒子上升的流量也大，而中心周围的粒子会下降，这样形成了粒子循环，并以这气泡上升的中心及其周围为一个循环单位。床的上部形成少数几个??心的大范围循环，床的下部存在较多的中心，形成较多的小循环，如图5-7所示。上升与下降的粒子流之间也有粒子的交换，此外气泡在床面上的破裂也会造成水平方向的移动。;B. 乳相中粒度分布对流化床性能的影响 粗粒子流动性差，细粒子流动性好，但若全是细粒子，则易于产生沟流。具有一定粒度分布的粗细粒子混合物料，流动性最好，操作稳定，气泡也较细小，能改善反应性能。 这是因为有适当量的细粒子，则使混合粒子易于流化，细粒子也易于向床层各处以及向粒子的空隙处流动，并将动能传递给大粒子，使整个床层流动化更加均匀，而且细粒子易于进入气泡中，使气泡分散得较细，气-固相接触和相间交换也好。;5.3.8 夹带分离高度;thanks!