化学反应过程与设备-石化工程学院 应化教研室-1728519988694.pptx

化学反应过程与设备石化工程学院应化教研室主讲人：曹法凯

流化床反应器的传质与传热

流化床的传质过程是在流体与颗粒的接触中完成的，从而达到高效的传质和传热的目的，这正是流化床反应器最突出的优点。因而流化床中的传质及传热也是最重要的问题。传质是以两相间的具体运动为基础，包括颗粒与流体间的传质，床层与器壁或浸泡物体间的传质，气泡与乳化相间的传质。由于传质过程影响因素众多，目前只能从机理性假设出发，推导出传热系数，对于实际情况仍需靠实验数据和关联式加以解决。一、流化床反应器的传质

1.颗粒与流体间的传质气体进入床层后，部分通过乳化相流动，其余则以气泡形式通过床层。乳化相中的气体与颗粒接触良好，而气泡中的气体与颗粒接触较差，原因是气泡中几乎不含颗粒，气体与颗粒接触的主要区域集中在气泡与气泡晕的相界面和尾涡处。无论流化床用作反应器还是传质设备，颗粒与气体间的传质速率都将直接影响整个反应速率或总传质速率。所以流化床中颗粒与流体间的传质系数kG是一个重要的参数。我们可以通过传质速率来判断整个过程的控制步骤。

2.气泡与乳化相间的传质由于流化床反应器中的反应是在乳化相中进行的，所以气泡与乳化相之间的气体交换作用（也称相间传质）非常重要。相间传质速率与表面反应速率的快慢，对于选择合理的床型和操作参数都直接相关。

相间交换示意图从相间交换的示意图可以看出，从气泡到气泡晕再到乳化相的传递是一个串联过程。

二、流化床反应器的传热由于流化床中流体与颗粒的快速循环，流化床具有传热效率高、床层温度均匀的优点。气体进入流化床后很快达到流化床层温度，这是因为气固相接触面积大，颗粒循环速度高，颗粒混合得很均匀以及床层中颗粒比热容远比气体比热容高等原因。在一般情况下，自由流化床是等温的，粒子与流体之间的温差（除特殊情况外）可以忽略不计。

1.流化床传热过程分析研究流化床传热，确定维持流化床温度所必需的传热面积，是流化床设计和操作的重要问题。流化床内的传热包括：（1）床层内固体颗粒之间的传热因为颗粒剧烈搅动，湍流混合，导热能力很高，所以传热阻力忽略。一般在设计中不考虑。

（2）颗粒与流体间的传热颗粒与流体间的传热主要以对流方式进行，热阻在颗粒外的气膜。实验证明，距离分布板25mm区域内，气固两相存在温差，高于25mm，由于两相高速传热，床层温度分布均匀，可视无温差。

（3）床层与器壁或换热器表面的传热流化床反应器内部换热器的外管壁周围存在着一层气膜，在气膜外围是固体颗粒边界层，边界层之外是流化中心区。在边界层内，固体颗粒基本上与器壁平行向下循环运动，边界层和流化中心区之间有侧向颗粒更换。气膜阻力是传热的决定性因素，为整个传热过程的控制步骤，因此要提高整个流化床的传热速度，关键在于提高床层与器壁和换热器间的传热。

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