固体流态化的基本概念流化床反应器的结构

流化床反应器 • 固体流态化的基本概念 • 流化床反应器的结构

固体流态化的基本概念 流态化——固体粒子象流体一样进行流动的现象。除重力作用外，一般是依靠气体或液体的流动来带动固体粒子运动的。 • 流态化的形成： • 　　流体自上而下流过催化剂床层时，根据流体流速的不同，床层经历三个阶段： • 固定床阶段：u0＜umf时，固体粒子不动，床层压降随u增大而增大。 • 流化床阶段：umf≤u0≤ut时,固体粒子悬浮湍动,床层分为浓相段和稀相段，u增大而床层压降不变。 • 输送床阶段：u0＞ ut时,粒子被气流带走,床层上界面消失,u增大而压降有所下降。

umf——临界流化速度，是指刚刚能够使固体颗粒流化起来的气体空床流速度，也称最小流化速度。 • ut——带出速度，当气体速度超过这一数值时，固体颗粒就不能沉降下来，而被气流带走，此带出速度也称最大流化速度。

散式流化和聚式流化 • 散式流化 db/dp＜1 db——气泡直径 dp——颗粒直径对于l-s系统，流体与粒子的密度相差不大，故umf一般很小，流速进一步提高时，床层膨胀均匀且波动很小，粒子在床内的分布也比较均匀，故称作散式流化态。颗粒越细，流体与固体的△ρ值越小，则越接近理想流化，流化质量也就越好。

聚式流化 db/dp＞10 对于g-s系统，一般在气速超过Umf后，将会出现气泡，气速越高，气泡造成的扰动也越剧烈，使床层波动频繁，这种形态的流化床称聚式流化床。

流化床中常见的异常现象 • 沟流 • 定义：气体通过床层时，其流速虽超过umf，但床内只形成一条狭窄，大部分庆层仍处于固定状态，这种现象称为沟流。沟流分局部沟流和贯穿沟流。 • 危害：产生死床，造成催化剂烧结，降低催化剂使用寿命，降低转化率和生产能力。 • 造成原因：颗粒太细、潮湿、易粘结；床层薄；气速过低或气流分布不合理；气体分布板不合理。 • 消除方法：加大气速；干燥颗粒；加内部构件；改善分布板。

大气泡和腾涌 • 定义：聚式流化床中，气泡上升途中增至很大甚至于接近床径，使床层被分成数段呈活塞状向上运动，料层达到一定高度后突然崩裂，颗粒雨淋而下，这种现象称为大气泡和腾涌。 • 危害：影响产品的收率和质量；增加了固体颗粒的机械磨损和带出；降低催化剂的使用寿命；床内构件易磨损。 • 造成原因：L/D较大；u较大 • 消除方法：床内设内部构件；降低u

压降： 当dp/D＜1/20，L0/D＜2时，床层压降计算式较准确。由式可知：床层处于流化状态时，压降与流化速度无关。

流化速度u0 • 临界流化速度umf • 操作速度u0 • 带出速度ut

流化床反应器的结构 • 流化床反应器类型 • 按固体颗粒是否在系统内循环分（1）单器流化床（2）双器流化床 • 按床层的外型分 (1)圆筒形 (2)圆锥形 • 按床层中是否置有内部构件分 (1)自由床 (2)限制床 • 按反应器内层数的多少分 (1)单层 (2)多层

工业生产中常见流化床反应器形式

流化床反应器结构 • 反应器主体扩大段分离段浓相段锥底

流化床反应器结构 • 锥底：一般锥角为90°或60° 作用：对进入气体起预分布作用、卸催化剂。 • 床层（浓相段）：床高与催化剂的装填量、气速有关，是反应器的有效体积。通常催化剂填充层的静止高度与流化床直径的比值很少超过1，一般接近于1。 • 分离段 • 扩大段

气体分布装置： 包括气体预分布器和气体分布板。其作用是使气体均匀分布，以形成良好的初始流化条件，同时支承固体颗粒。以下为常见气体分布板形式：凹型筛孔板单个直孔泡帽

气体分布装置： 泡帽侧缝分布板泡帽侧孔分布板

条形侧缝分布板 直孔泡帽分布板

锥型侧缝分布板 锥型侧缝分布板直孔筛板锥型侧孔分布板

气体预分布器 帽式分布器同心圆锥壳式分布器

气体预分布器 弯管式分布器充填式分布器开口式分布器

内部构件： 包括档网、档板和填充物等。作用：破碎气体在床层中产生的大气泡，增大g-s相间的接触机会，减少返混，从而增加反应速度和提高转化率。外旋挡板

内部构件： 内旋挡板多旋挡板

换热装置 间接换热列管式　单管式　　　　　套管式换热方式　　　　　　　管束式　　　鼠笼式　　　蛇管式直接换热——直接向床内喷水（如丁烯氧化脱氢流化床，效果很好）

换热装置 蛇管式换热器套管式换热器横排管束换热器

气固分离器 作用：回收上升气流中不仅带的细粒和粉尘，并避免带出的粉尘影响产品的纯度。

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