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： u 0 ＜ u mf 时，固体粒子不动，床层压降随 u 增大而增大。  流化床阶段： u mf ≤u 0 ≤u t 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： u 0 ＞ u t 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。

u mf —— 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。 u t ­—— 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 d b /d p ＜ 1 d b —— 气泡直径 d p —— 颗粒直径 对于 l-s 系统，流体与粒子的密度相差不大，故 u mf 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 d b /d p ＞ 10 对于 g-s 系统，一般在气速超过 U mf 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 u mf ，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 ， L 0 /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 u 0  临界流化速度 u mf  带出速度 u t  操作速度 u 0

 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

 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 流化床反应器结构

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 气体分布装置：

条形侧缝分布板 直孔泡帽分布板

直孔筛板 锥型侧缝分布板 锥型侧孔分布板 锥型侧缝分布板

气体预分布器 同心圆锥壳式分布器 帽式分布器

充填式分布器开口式分布器 弯管式分布器 气体预分布器

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：

多旋挡板 内旋挡板 内部构件：

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

横排管束换热器 蛇管式换热器 套管式换热器 换热装置

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。