第4章固体流态化幻灯自学提纲.ppt

第四章 固体流态化和气力输送自学提纲 一、熟练掌握以下基本概念 二、思考题 三、作业 一、熟练掌握以下基本概念 第四章 固体流态化和气力输送 4.1 概述 4.2 流体通过固定床的流动 4.3 固体流态化 4.4 气力输送 4.1 概 述 4.2 流体通过固定床的流动 固定床（Fixed bed）：固定不动的固体颗粒层 例：固定床催化反应器、吸附分离器、离子交换 器等。流体在固定床中的流动状态直接影 响到传热、传质与化学反应。 4.3 固体流态化(Fluidization) 二、流化床的流化类型 三、流化床的主要特性 四、流化床的操作范围 五、流化床高度及分离高度 ⒉分离高度（TDH） 4.4 气力输送 (Pneumatic transport) 节涌（腾涌，Slugging）： 粒径大，密度大的固体颗粒在直径小、 高度大的容器中进行流化； 气泡汇合占满床层，床层波动，压降波动 床层稳定性下降，磨损严重。 原因：①颗粒粒径大，颗粒、流体密度差大； ②流体空床气速大，分布板开孔大易形成大气泡； ③床层高径比过大。 注：腾涌与沟流都会使气—固两相接触不充分、不均匀、流化质量不高，使传热、传质和化学反应效率下降。 ⒌恒定的压降： 若流化流体为气体，则可以认为，上式可以写为： 定值 log△P～logu图： AB段：固定床阶段， 起始流化速度 B点：颗粒开始流化→ umf BC段：流化床阶段，ε↑，L↑，△P恒定； CD段：气力输送段，颗粒逐渐减少， △P下降→空管流动阻力 说明： ①由BC段减小流体速度，压降返回线B’－A’，有明显转折，且△PAB＜△PA’B’； ②ΔP = 单位床层横截面积内固体颗粒的表观重量（重量—浮力），与速度无关，为定值； ③流化床操作范围： 临界流化速度 umf ＜u＜带出速度ut； ④可由ΔP数值的变化了解床层是否流化，稳定性和正常性： ⒈起始流化速度umf－流化床操作的下限： ①实验测定：B点（AB与BC段的交点）； ②经验关联式计算： 流化床压降： 小固体颗粒固定床压降（ReP10）--科诚尼公式： （A） （B） 起始流化时，（A）＝（B）（L=Lmf ，ε＝εmf），则： 说明： ①该式适用于ReP10的起始流化速度的计算； ②对非球形颗粒：引入ψ（将式中dP用ψdP代替）； 不均匀颗粒：引入比表面积平均直径（邵特直径）； ③ψ，εmf不知时，一般工业颗粒 球形颗粒εmf=0.4，则上式可写为： ⒉带出速度ut－流化床操作的上限： ut= 颗粒在流体中的沉降速度 ⒊操作范围： umfuut 流化数N： N=实际操作流体速度/起始流化速度=u/umf 膨胀比R： ⒈密相区高度L与床层空隙率ε： 散式流化具有空隙率随流化数均匀变化的规律； 聚式流化乳化相的空隙率几乎不变，床层膨胀主要由气泡相的膨胀所引起。聚式流化床膨胀比是一个较难确定的参数。 分离高度 H 或 TDH（Transport Disengaging Height） 固体颗粒浓度达定值的这一点距离床层上界面的距离。 流化床膨胀高度以上颗粒可以依靠重力沉降回落的高度 说明： 即使设备出口再高也不能减少颗粒的带出量，TDH是使被气体带出床面的较大颗粒返回床层（密相区）所必需的高度，超过这一高度后颗粒将被带出 流化床的出口（或内旋分的入口）应位于分离高度之上，但不应过高；TDH 的确定对流化床气体出口位置的设计具有重要意义。 一般，气速u↑→TDH↑。 ⒊广义流态化体系： 对高流化数(数百)下的操作，可在床顶设置旋风分离器将随气流带出的颗粒(ut u)回收并返回床内。 广义流态化体系：包括密相层、稀相段和颗粒输送段。 ⒊广义流态化体系： 例：流态化催化裂化装置： 原料油高温气化后与催化剂颗粒在提升管内形成高速并流向上的稀相输送，5～7秒即可完成原料油的催化裂解反应。催化剂经旋风离器分离后由下行管进入再生器，被从底部送入的空气流化再生，停留时间约为7～12分钟。 * * ⒈固体流态化 ⒉固定床、流化床、颗粒输送三个阶段及其特点 ⒊散式流化和聚式流化 ⒋流化床的类流体性质 ⒌聚式流化床的不正常现象：沟流和节涌 ⒍流化床的起始流化速度与带出速度（流化床的操作范围） ⒎流化床的输送分离高度 ⒏气力输送之垂直输送的噎塞速度及水平输送的沉积速度 二、思考题 ⒈流化床出现下列异常现象时，可能是什么原因造成的？ ⑴床层的实际压降小于理论压降 ⑵床层的压降波动幅度很大 ⒉流化床压力降恒定是其特点和优点之一： ⑴流化床的操作气速范围∈（umf，ut），在此气速范围内，其床层压降为何保持恒定？此时气体穿过