任務(wù)11設(shè)計(jì)流化床反應(yīng)器

任務(wù)11流化床反應(yīng)器設(shè)計(jì)13.1流態(tài)化基本概念13.1.1固體流態(tài)化現(xiàn)象大量固體顆粒懸浮于運(yùn)動(dòng)的流體中從而使顆粒具有類似于流體的某些宏觀表觀特征，這種流固接觸狀態(tài)稱為固體流態(tài)化。流體自上而下流過催化劑床層時(shí)，根據(jù)流體流速的不同，床層經(jīng)歷三個(gè)階段：固定床階段：u0＜umf時(shí)，固體粒子不動(dòng)，床層壓降隨u增大而增大。流化床階段：umf≤u0≤ut時(shí),固體粒子懸浮湍動(dòng),床層分為濃相段和稀相段，u增大而床層壓降不變。輸送床階段：u0＞ut時(shí),粒子被氣流帶走,床層上界面消失,u增大而壓降有所下降。流態(tài)化的形成13.1.2散式流化床和聚式流化床（1）散式流化床對于液固系統(tǒng)，流體與固體粒子的密度相差不，其臨界流化速度一般很小，流速進(jìn)一步提高時(shí)，床層膨脹均勻且波動(dòng)較小，粒子在床內(nèi)的分布也比較均勻。（2）聚式流化床對于氣固系統(tǒng)，當(dāng)流速超過臨界流化速度時(shí)，則將出現(xiàn)很大的不穩(wěn)定性。床內(nèi)粒子成團(tuán)湍動(dòng)，有氣泡通過床層，氣速愈高，氣泡造成的擾動(dòng)愈劇烈，使床層波動(dòng)頻繁，而床層膨脹后的體積并不比臨界流化時(shí)的體積大很多。13.1.3流化床的壓降與流速流體自上而下流過催化劑床層時(shí)，根據(jù)流體流速的不同，床層經(jīng)歷三個(gè)階段：固定床階段：u0＜umf時(shí)，固體粒子不動(dòng)，床層壓降隨u增大而增大。流化床階段：umf≤u0≤ut時(shí),固體粒子懸浮湍動(dòng),床層分為濃相段和稀相段，u增大而床層壓降不變。輸送床階段：u0＞ut時(shí),粒子被氣流帶走,床層上界面消失,u增大而壓降有所下降。

臨界流化速度，也稱起始流化速度、最低流化速度，是指顆粒層由固定床轉(zhuǎn)化為流化床時(shí)流體的表觀速度，用umf表示。影響臨界流化速度的因素有顆粒直徑、顆粒密度、流體黏度等。流化床中常見的異?，F(xiàn)象溝流貫穿溝流、局部溝流大氣泡

床層不均勻騰涌氣泡崩裂，顆粒散落而下溝流

氣流通過床層，其流速雖然超過臨界流化速度，但床內(nèi)只形成一條狹窄通道，而大部分床層仍處在固定狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為溝流，其特征是氣體通過床層時(shí)形成短路。

溝流有兩種情況，如果溝流穿過整個(gè)床層稱為貫穿溝流；如果溝流僅發(fā)生在局部稱為局部溝流。溝流造成床層密度不均勻，有可能產(chǎn)生死床，造成催化劑燒結(jié)，降低催化劑使用壽命，降低轉(zhuǎn)化率，縮小生產(chǎn)能力。4/7/202410騰涌大氣泡和騰涌使床層極不穩(wěn)定，床層的均勻性被破壞，氣固接觸不良，從而嚴(yán)重地影響產(chǎn)品的收率和質(zhì)量，增加固體顆粒的機(jī)械磨損和帶出，降低催化劑的使用壽命，床內(nèi)構(gòu)件也易磨損。如果床層中大氣泡很多，由于氣泡不斷攪動(dòng)和破裂，而使氣固接觸極不均勻，床層波動(dòng)也較大，當(dāng)氣速繼續(xù)增大，則氣泡可能增大到接近容器直徑，使床內(nèi)物料呈活塞狀向上運(yùn)動(dòng)，于是床層被分成一段或幾段，當(dāng)達(dá)到某一高度后突然崩裂，顆粒散落而下，這種現(xiàn)象稱騰涌選擇操作速度的原則

催化劑強(qiáng)度差、易于粉碎，反應(yīng)熱不大，反應(yīng)速率較慢或床層又高窄低操作速度。

反應(yīng)速率較快，反應(yīng)熱效應(yīng)較大，顆粒強(qiáng)度好或床層要求等溫高操作速度。mfuuk0=13.2流化床反應(yīng)器內(nèi)的傳質(zhì)

氣體進(jìn)入床層后，部分通過乳化相流動(dòng)，其余則以氣泡形式通過床層。乳化相中的氣體與顆粒接觸良好，而氣泡中的氣體與顆粒接觸較差，原因是氣泡中幾乎不含顆粒，氣體與顆粒接觸的主要區(qū)域集中在氣泡與氣泡暈的相界面和尾渦處。流化床反器中的反應(yīng)實(shí)際上是在乳化相中進(jìn)行的，所以氣泡與乳化相間的氣體交換作用非常重要。相間傳質(zhì)速率與表面反應(yīng)速率的快慢，對于選擇合理的床型和操作參數(shù)都相關(guān)。13.3流化床反應(yīng)器內(nèi)的傳熱固體顆粒與固體顆粒之間的傳熱固體顆粒與流體間的傳熱床層與器壁或換熱器表面的傳熱13.4流化床反應(yīng)器的計(jì)算計(jì)算內(nèi)容選型主體尺寸輔助設(shè)備直徑計(jì)算公式

為了盡量減少氣體中帶出的顆粒，一般流化床反應(yīng)器的上部設(shè)有擴(kuò)大段。

D——反應(yīng)器直徑，m；

qv——操作條件下的氣體體積流量，m3/s；

u0——操作空床氣速，m/s。擴(kuò)大段取決：粒塵回收量，過濾管數(shù)，旋風(fēng)分離器的大小床高計(jì)算H=H1+H2+H3+H4H1流化床層高度(濃相段