1、第三章第三章 流化床反應器流化床反應器知識目標知識目標能力目標能力目標教學內(nèi)教學內(nèi)容n流化床反應器的特點及結構流化床反應器的特點及結構 n流化床反應器的生產(chǎn)原理流化床反應器的生產(chǎn)原理 (1)流態(tài)化的形成流態(tài)化的形成 (2)流化床反應器的傳熱過程流化床反應器的傳熱過程 (3)流化床反應器的計算流化床反應器的計算 n高速流態(tài)化技術高速流態(tài)化技術n流化床反應器的操作指導流化床反應器的操作指導 第一節(jié)第一節(jié) 流化床反應器的特點及結構流化床反應器的特點及結構定義：原料氣以一定的流動速度使催化劑呈懸浮湍動，并在催化劑作用下進行化學反應的設備。流化床基本結構n結構分為：n濃相段、稀相段、擴大段、錐底。n內(nèi)部

2、構件：n氣體分布板、換熱裝置、氣固分離裝置、擋板檔網(wǎng)、氣體預分布器等。流化床反應器的特點n1.床層溫度均勻，避免局部過熱。n2.顆粒處于運動狀態(tài)，表面更新，強化傳質(zhì)。n3.顆粒小，催化劑有效系數(shù)高。n4.流化狀態(tài)，便于操作。n5.傳熱系數(shù)大，換熱面積小。n6.生產(chǎn)強度大。n7.返混嚴重，一次轉化率低。n8.顆粒磨損，要求催化劑強度大。n9.對設備磨損嚴重。觀察并思考n1.固體顆粒在床層內(nèi)怎樣運動？n2.流速由小到大產(chǎn)生什么現(xiàn)象？n3.流態(tài)化現(xiàn)象可劃分幾個階段？n4.研究：流速壓力降的關系。n5.流體分別為氣體和液體時，流化現(xiàn)象有何不同？第二節(jié)第二節(jié) 流化床內(nèi)的生產(chǎn)原理流化床內(nèi)的生產(chǎn)原理n流態(tài)化

3、流態(tài)化n流化床反應器的傳熱過程流化床反應器的傳熱過程n流化床反應器的計算流化床反應器的計算n內(nèi)部構件的選擇及參數(shù)的內(nèi)部構件的選擇及參數(shù)的確定確定 一、流態(tài)化一、流態(tài)化（一）流態(tài)化的形成（二）散式流態(tài)化和聚式流態(tài)化（三）流化床中常見的異常現(xiàn)象（四）流化速度（五）膨脹比和空隙率（六）流化床的壓力降流態(tài)化n固體顆粒象流體一樣進行流動的現(xiàn)象。n散式流態(tài)化：液固系統(tǒng)，兩者密度相差不大，流速增大時波動小，粒子分布均勻。n聚式流態(tài)化：氣固系統(tǒng)，兩者密度相差較大，流速增大時，出現(xiàn)很大不穩(wěn)定。n流態(tài)化中的異常現(xiàn)象：溝流、大氣泡和騰涌溝流n操作速度大于臨界流化速度時，床層內(nèi)只形成一條或幾條狹窄的通道，大部分床層仍

4、處于固定床階段。大氣泡和騰涌n聚式流化床中生成的氣泡在上升中不斷碰撞合并而增大，至接近容器直徑，床內(nèi)物料呈活塞狀向上運動，床層被分成一段或幾段。P U流態(tài)化的形成n1.流速較小，流體從顆粒縫隙通過，床層靜止。uP,固定床階段。n2.流速增加，顆粒吹起， uP不變。n3.流速繼續(xù)增加，顆粒被帶出床層，空隙率增加， uP,輸送床階段。 臨界流化速度U臨n特征： 因為 U操U臨 流化床階段 所以 U臨 時， P固 = P流 確定方法 ：半經(jīng)驗公式 帶出速度U帶n操作速度大于帶出速度時，催化劑顆粒將被帶出流化床反應器n確定方法n注意注意原則上：臨界流化速度操作速度帶出速度實際上：往往偏離這個范圍。有些

5、工業(yè)反應器操作速度大于帶出速度時，顆粒夾帶并不嚴重。操作速度的確定n選擇原則n實際生產(chǎn)中流化床操作數(shù)據(jù)n流化數(shù)臨操uuk 流化床的壓力降n顆粒懸浮靜止時受力顆粒懸浮靜止時受力 向下：重力 向上：浮力、流體阻力n平衡時平衡時 重力=浮力+流體阻力n公式推導：式（公式推導：式（3-6）n說明：說明：床層壓力降與流速無關 超過帶出速度時，空隙率增大、壓力降減小。 膨脹比和空隙率n膨脹比n空隙率n關系mfffLLVVR0VoVsVoVsVof1fmfR11二、流化床反應器的傳熱過程二、流化床反應器的傳熱過程n（一）流化床傳熱過程分析n（二）床層與器壁間的傳熱n（三）流化床內(nèi)換熱器的結構型式n（四）流化

6、床換熱器傳熱面積的計算（一）流化床傳熱過程分析（一）流化床傳熱過程分析n（1）床層內(nèi)固體顆粒之間的傳熱 n（2）顆粒與流體間的傳熱 n（3）床層與器壁或換熱器表面的傳熱 （二）床層與器壁間的傳熱床層對器壁給熱系數(shù)分析床層對器壁給熱系數(shù)分析 n操作速度的影響n顆粒直徑的影響n擋板擋網(wǎng)的影響 n換熱器位置對給熱系數(shù)的影響n氣、固物性對給熱系數(shù)的影響（四）流化床換熱器傳熱面積的計算（四）流化床換熱器傳熱面積的計算n式中 A傳熱面積，m2； Q傳熱速率，W； K總傳熱系數(shù)，W/m2K； tm平均傳熱溫度差，K mtKQAmtKQA （三）流化床內(nèi)換熱器的結構型式（三）流化床內(nèi)換熱器的結構型式n列管式換

7、熱器：單管式和套管式 n管束式換熱器：直列和橫列n鼠籠式換熱器 n蛇管式換熱器 列管式換熱器：單管式列管式換熱器：套管式立式管束式橫排管束式換熱器鼠籠式換熱器蛇管式換熱器三、流化床反應器的計算三、流化床反應器的計算n（一）流化床直徑的計算 n（二）流化床高度的確定流化床直徑的計算n式中式中 D反應器直徑，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。0vuq4D流化床高度的確定n1流化床層高度(濃相段高度)H0n2分離段高度H1n3擴大段高度H2n4錐底部分高度H3n過濾管出口或旋風分離器入口至床頂高度H4 n流化床總高度 H=H0+H1+H2+H3+H4四、內(nèi)部構

8、件的選擇及參數(shù)的確定四、內(nèi)部構件的選擇及參數(shù)的確定n（一）氣體分布板的計算和預分布器的選擇n（二） 擋板和擋網(wǎng)結構參數(shù)的確定n（三）氣固分離裝置結構參數(shù)的確定流化床反應器的內(nèi)部結構流化床反應器的內(nèi)部結構n氣體預分布器氣體預分布器n氣體分布板氣體分布板n擋板和擋網(wǎng)擋板和擋網(wǎng)n旋風分離器旋風分離器彎管式預分布器同心圓殼式分布器帽式分布器充填式分布器開口式分布器氣體分布板的作用n支撐：床層上的催化劑或載體n分流：使氣體分布均勻，造成良好的起始 流化條件 n導向：抑制氣固惡性聚式流態(tài)化 凹型篩孔板直孔篩板直孔泡帽分布板單個直孔泡帽擋 板n作用：改善流化操作質(zhì)量 （1）使氣泡破碎，增強氣固相間接觸； （

9、2）減少氣體返混 （3）提高流化床反應器的轉化率（或生產(chǎn)能力）內(nèi)旋擋板外旋擋板多旋擋板第三節(jié)第三節(jié) 高速流態(tài)化技術高速流態(tài)化技術提高速度后的流態(tài)化現(xiàn)象n氣固并流上行快速流化床高速流態(tài)化與傳統(tǒng)流態(tài)化的比較比較傳統(tǒng)流化床高速流化床氣速m/s0.11.51.516顆粒直徑mm0.0530.050.5空隙率0.60.80.850.98氣體返混部分返混返混大大減少高速流態(tài)化的優(yōu)缺點n1.氣固為無氣泡接觸，改善了氣固接觸效果。n2.氣固軸向返混減少。n3.操作速度提高，停留時間可縮短至毫秒級，特殊適合于以裂解為代表的快速反應過程。n4.氣固通量大，傳熱效果好。（強放熱、吸熱反應）n5.顆粒的外部循環(huán)，可解決催化劑快速失活問題。n6.顆粒團聚傾斜減小，可實現(xiàn)多段進料；設備放大容易。n7.反應器高度增加，投資增大。n8.顆粒的循環(huán)系統(tǒng)增加了設計和操作的復雜性。n9.顆粒性質(zhì)的允許范圍受到一定限制。高速流態(tài)化的應用n1.提升管催化裂化裝置n2.粉煤的高效清潔燃燒n3.磷石膏熱分解技術n4.烴類選擇性氧化反應快速循環(huán)流化床鍋爐小結流化床反應技術流態(tài)化聚式流態(tài)化生產(chǎn)原理形成過程散式流態(tài)化分布板開孔率高速流態(tài)化反應器結構反應器計算 反應器的傳質(zhì)反應器的傳熱計算umf、ut膨脹比、空隙率床層壓降床層結構尺寸型式、直徑、高度異常現(xiàn)象：大氣泡、騰