化学反应工程流化床反应工程省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第七章第七章 流化床反应工程流化床反应工程1 概述概述 固体流态化固体流态化当流体介质当流体介质(液体或气体液体或气体)经过固体颗粒层经过固体颗粒层时，在适当流速下，床层中固体颗粒悬浮在流体介质中，进时，在适当流速下，床层中固体颗粒悬浮在流体介质中，进行不规则激烈运动，整个床层像开了锅水一样，含有像液体行不规则激烈运动，整个床层像开了锅水一样，含有像液体一样能够自由流动性质，这种现象称为固体流态化。一样能够自由流动性质，这种现象称为固体流态化。流化过程：流化过程：流体自下而上地经过固体颗粒层流体自下而上地经过固体颗粒层（1）流体流速较小，固体颗粒静止不动；）流体流速较小，固体颗粒静止不动；（2）流速升高到某一数值，床层开始膨胀，床层空隙率开始增加，床高增加）流速升高到某一数值，床层开始膨胀，床层空隙率开始增加，床高增加（3）流速再升高，流体与颗粒间摩擦力等于固体颗粒重量时，固体颗粒即悬浮流速再升高，流体与颗粒间摩擦力等于固体颗粒重量时，固体颗粒即悬浮在流体中，此即流态化开始，其对应流体空床线速度称为在流体中，此即流态化开始，其对应流体空床线速度称为临界流化速度临界流化速度(umf)。（4）流体流速大干临界流化速度时，床层空隙率深入增大，床高也对应增加，）流体流速大干临界流化速度时，床层空隙率深入增大，床高也对应增加，床层进入完全流化状态。床层进入完全流化状态。第1页流态化各种形式流态化各种形式（5）流体流速再继续增大列某一个程度时，固体颗粒将被流体惜出，此现象称）流体流速再继续增大列某一个程度时，固体颗粒将被流体惜出，此现象称为气流输送，对应流速称为颗粒带出速度为气流输送，对应流速称为颗粒带出速度(ut)尹芳华,化学反应工程基础,04月第1版,第113页第2页流态化技术流态化技术优点优点：(1)床内物料流化状态，有利于实施连续流动和循环操作；床内物料流化状态，有利于实施连续流动和循环操作；(2)传热效能高，而且床内温度易于维持均匀。传热效能高，而且床内温度易于维持均匀。(3)气气固相之间传质速率较高。固相之间传质速率较高。(4)粒子较细，可降低或消除内扩散阻力，充分发挥催化剂效粒子较细，可降低或消除内扩散阻力，充分发挥催化剂效能；能；(5)流化床结构比较简单流化床结构比较简单,紧凑，故适于大型生产操作；紧凑，故适于大型生产操作；不足：不足：(1)气体流动情况不均，部分气体以气泡形式经过床层气体流动情况不均，部分气体以气泡形式经过床层,严重严重地降低了气地降低了气固相接触效率固相接触效率;(2)在连续流动情况下，固体粒子快速循环和气泡搅动作用，在连续流动情况下，固体粒子快速循环和气泡搅动作用，会造成固体粒子某种不利停留时间分布，且转化率不高会造成固体粒子某种不利停留时间分布，且转化率不高,影响影响反应速率和造成副反反应速率和造成副反应增加。应增加。(3)粒子磨损和带出造成催化剂损耗，加剧了对设备磨损。粒子磨损和带出造成催化剂损耗，加剧了对设备磨损。第3页压力喷雾干燥流程（垂直下降逆流型）压力喷雾干燥流程（垂直下降逆流型）第4页流态化技术应用：流态化技术应用：（1）催化裂化）催化裂化（2）丙烯）丙烯氨氧化制丙烯腈氨氧化制丙烯腈（3）萘氧化制邻苯二甲酸酐）萘氧化制邻苯二甲酸酐2、流化床中气、固运动、流化床中气、固运动流化床流体力学流化床流体力学流态化操作，必须使气速高于临界流化速度，普通又不流态化操作，必须使气速高于临界流化速度，普通又不超出带出速度。超出带出速度。第5页球形颗粒临界流化速度：球形颗粒临界流化速度：第6页 球形固体颗粒终端速率：球形固体颗粒终端速率：第7页3、流化床膨胀比、流化床膨胀比流化床体积与起始流化时床层体积之比叫膨胀比。流化床体积与起始流化时床层体积之比叫膨胀比。对于均一直径床层，它也就是流化床高对于均一直径床层，它也就是流化床高L与起始流化时床与起始流化时床高高Lmf正比正比第8页影响原因有固体颗粒直径和物性、气体流速和物性、床直径影响原因有固体颗粒直径和物性、气体流速和物性、床直径和高度、分布板形式等，和高度、分布板形式等，气速越大或床径越小则膨胀比越大或流化床密度越小。气速越大或床径越小则膨胀比越大或流化床密度越小。双质体振动流化床干燥机双质体振动流化床干燥机 第9页第10页第11页 气泡及其行为气泡及其行为 (1)气泡结构气泡结构两种聚集状态：两种聚集状态：固体颗粒极少气泡固体颗粒极少气泡气泡相；气泡相；包含绝大多数固体颗粒连续相包含绝大多数固体颗粒连续相乳化相。乳化相。单个气泡在流化床中上升速度：单个气泡在流化床中上升速度：第12页流化床中颗粒运动流化床中颗粒运动第13页3 流化床中传递过程流化床中传递过程1流化床中传热流化床中传热（1）固体颗粒之间传热：温差很小，能够不予考虑；）固体颗粒之间传热：温差很小，能够不予考虑；（2）颗粒与流体之间传热：温差很小，能够不予考虑；）颗粒与流体之间传热：温差很小，能够不予考虑；（3）床层与换热面之间传热：决定床层温度和换热面积大）床层与换热面之间传热：决定床层温度和换热面积大小关键。小关键。第14页第15页第16页第17页2 流化床中传质流化床中传质 (1)粒子与流体间传质粒子与流体间传质 此式是以液体流化床数据为基础此式是以液体流化床数据为基础此式是以液此式是以液固和气固和气固流化床数据为基础固流化床数据为基础第18页(2)气泡与乳相间传质气泡与乳相间传质 气相反应物从气泡向乳化相传递与反应产物从乳化相向气气相反应物从气泡向乳化相传递与反应产物从乳化相向气泡传递对反应进行含有主要意义。泡传递对反应进行含有主要意义。第19页XZG系列旋转闪蒸干燥机系列旋转闪蒸干燥机 第20页4、流化床中数学模型流化床中数学模型1、简单均相模型：指全混流模型和活塞流模型：、简单均相模型：指全混流模型和活塞流模型：2、两相模型：气泡相、两相模型：气泡相(活塞流活塞流)乳化相乳化相(活塞流活塞流)模型、气泡模型、气泡相相-乳化相乳化相(全混流全混流)模型。模型。两相模型参数需随反应器规模而两相模型参数需随反应器规模而变变3、气泡模型：实质是将流化床过程各个参数集中表达在气泡、气泡模型：实质是将流化床过程各个参数集中表达在气泡直径上，此即所谓流化床单参数模型泡尺寸。直径上，此即所谓流化床单参数模型泡尺寸。4、拓展了流化床模型：这类模型考虑了分布器和自由空间、拓展了流化床模型：这类模型考虑了分布器和自由空间影响。影响。干燥设备振动流化床干燥设备振动流化床 第21页假设：假设：两相模型两相模型气泡直径气泡直径第22页乳化相流况为活塞流乳化相流况为活塞流ZG系列振动流化床系列振动流化床 第23页第24页第25页第26页第27页