第三章流体-固体颗粒间的运动和流态化.ppt

*3.3流态化流态化:固体颗粒在流体的带动下能象流体那样流动，并在某些方面具有流体的性质，这种现象称为流态化。流态化技术在化学工业中大规模应用的时间并不长，第一台流化床催化裂化反应器及第一台硫铁矿焙烧炉在五十年代才在工业上运转，但由于它有某些突出的优点而很快得到推广。主要优点:床内固体颗粒迅速混合，促进床层温度均匀，特别适用于热效应大而对温度敏感的过程。因而在氧化、裂解、焙烧、干燥等方面广泛应用。固体粒子易于往返输送。如石油的催化裂化中用于催化剂输送。气固充分接触。用于气固相催化反应，提高催化剂的有效系数，加快反应速度，利于传质、传热过程。如干燥等可有较大的生产强度。*主要缺点:存在强烈的返混。对气固系统还存在明显的不均匀性,如气泡、节涌、沟流等,这些都引起气固接触时间的不均性,从而降低反应的转化率、产率,甚至产品的质量。颗粒有相当的磨损而粉化,气体夹带也引起固体损失,需安装旋风分离设备。3.3.1流态化现象流固反应器可分为:固定床、流化床。如流体流向从下向上,则会发生什么现象呢？一、理想的流态化现象设颗粒是均匀的。*固定床流速小,流体只通过静止颗粒间的空隙。膨胀床流速较大,床层高度稍有膨胀,固体颗粒相互离开,有少量颗粒在一定区域内振动和游动。临界(起始)流化床流速更大,固体颗粒刚好悬浮在向上流动的流体中,床层认为开始流化,临界流化速度为umf。密相流化流速再大,悬浮的固体颗粒床层继续膨胀,可观察到一些固体颗粒被气体夹带而出,但床层还有一个清晰起伏的界面。稀相流化流速很大,流体流速与固体颗粒的重力沉降速度相等时,床层的界面消失,固体颗粒随流体夹带而出,称稀相流化,用于颗粒输送,流体的速度称为带出速度,即为ut。**二、实际的流化现象上面讨论的是均匀颗粒,是理想的流化现象。实际的流化现象与上述有一定的差异。由于流体与颗粒的性质、颗粒的尺寸及床层结构、流速等条件的不同，流化床中可以出现两种流化类型：散式流化和聚式流化。（1）散式流化 特点：固体颗粒均匀地分散在流动的流体中。当流速增大时，床层逐渐膨胀而没有气泡产生，颗粒彼此分开，床层中各处的空隙率均匀增大，床层高度上升，并有一稳定的上界面。

通常两相密度差小的系统趋向散式流化，故大多数液-固流化属于散式流化。

*（2）聚式流化

特点：床层中存在两个不同的相。

一般来说，超过流化所需最小气量的那部分气体以气泡形式通过流化床层，气泡在床层上界面处破裂，造成上界面的波动，因此床层也不像散式流化那样平稳，流体通过床层的阻力的波动也较大。随着气体流量的增大，通过乳化相的流体流速几乎不变，增加的气量都以气泡的形式通过床层，所以气泡的尺寸和生成频率增加，床层上界面和阻力的波动增大。????一般气-固流态化系统多为聚式流化。

*三、聚式流化中的不正常现象（1）腾涌现象??主要发生在气-固流化床中，如果床层高度与直径的比值过大，或气速过高时，就会发生小气泡合并成为大气泡的现象。当气泡直径长到与床径相等时，则将床层分成几段，形成相互分开的气泡和颗粒层。颗粒层象活塞那样被气泡向上推动，在达到床层上界面后气泡崩裂，颗粒分散下落，这种现象称为腾涌现象。危害:a.床层气温度不均匀b.转化率下降c.加速了固体与器壁的磨损**（2）沟流现象?沟流是指气体通过床层时形成短路，大量气体没有能与固体颗粒很好地接触即穿过沟道上升。发生沟流现象时，床层内密度分布不均匀，而且气、固接触不良，不利于气、固间的传质、传热及化学反应；同时部分床层变成死床，颗粒不悬浮在气流中，故气体通过床层的压降较正常值低。危害:a.造成死床，转化率下降,反应温度不均匀。b.局部反应剧烈,破坏催化剂。**（3）减少腾涌、沟流的措施采用适宜的气体分布附加档板等内部构件颗粒尽量大小均匀干燥*3.3.2流化床的主要特性（1）类似于液体的特性利用流化床的这种似液性，可以设计出不同的流-固接触方式，易于实现过程的连续化与自动化。*（2）混合均匀:温度均匀；浓度均匀。（3）压降不变*流化床压降的计算A:空床横截面积ρ:流体密度m:床层中颗粒总质量ρs:固体颗粒密度*3.3.3起始流化速度(umf)设流化床高