《《化學(xué)反應(yīng)工程》PPT課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《化學(xué)反應(yīng)工程》PPT課件（42頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第 七 章 流 化 床 反 應(yīng) 器 n流 化 床 中 的 兩 相 運(yùn) 動 n流 化 床 中 的 傳 熱 和 傳 質(zhì) n流 化 床 反 應(yīng) 器 的 模 擬 和 放 大 7.1 流 化 床 中 的 兩 相 運(yùn) 動 n 概 述 n 顆 粒 的 流 化 特 性 n 特 征 流 速 n 氣 泡 及 其 行 為 n 分 布 板 與 內(nèi) 部 構(gòu) 件 n 乳 相 動 態(tài) n 顆 粒 的 帶 出 和 揚(yáng) 析 一 、 概 述 n 床 層 顆 粒 運(yùn) 動 形 態(tài) 流 體 自 下 而 上 流 過 床 層 ， 改 變 流 體 流 速 ，床 層 顆 粒 的 運(yùn) 動 形 態(tài) 的 變 化 會 有 如 下 幾 種 情形 固 定

2、 床 起 始 流 化 散 式 流 化 （ 膨 脹 床 ） 聚 式 流 化 （ 鼓 泡 床 ） 節(jié) 涌 床 湍 流 床 氣 流 輸 送 n 床 層 的 劃 分 依 據(jù) 顆 粒 濃 度 ， 分 為 上 下 兩 部 分上 部 ： 稀 相 床 下 部 ： 密 相 床 /濃 相 床n 流 化 床 反 應(yīng) 器 的 優(yōu) 點(diǎn) 傳 熱 效 能 高 ， 床 內(nèi) 溫 度 易 控 制用 于 氧 化 、 裂 解 、 焙 燒 、 干 燥 等 過 程 大 量 固 體 顆 粒 可 方 便 地 往 來 運(yùn) 輸用 于 催 化 裂 化 粒 子 細(xì) ， 可 消 除 內(nèi) 擴(kuò) 散 阻 力 ， 充 分 發(fā) 揮 催化 劑 的 效 能 n 流

3、 化 床 反 應(yīng) 器 的 缺 點(diǎn) 氣 流 狀 況 不 均 ， 有 大 量 氣 泡 產(chǎn) 生 ， 氣 -固 兩相 接 觸 不 夠 有 效 ， 達(dá) 到 高 轉(zhuǎn) 化 率 較 困 難 粒 子 運(yùn) 動 全 混 式 ， 停 留 時 間 不 均 一 ， 以 粒子 為 加 工 對 象 時 ， 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 不 一 粒 子 磨 損 ， 帶 出 造 成 粒 子 損 失 ， 需 加 旋 風(fēng)分 離 器 等 粒 子 回 收 系 統(tǒng) 二 、 顆 粒 的 流 化 特 性 n Geldart顆 粒 分 類 法 以 顆 粒 密 度 、 粒 徑 劃 分 ； A、 B： 適 用 于 流 化 ， A類 顆 粒 流 化 性 能 最 好

4、 。 A： 100500 m， 0.20.4g/cm3 B： 2002000 m， 0.55g/cm3 C： 顆 粒 過 細(xì) ， 粒 間 有 粘 附 性 ， 易 溝 流 ， 不 適 用 于流 化 ； d p 50 m， p1000 m， p 0.5 g/cm3 三 、 特 征 流 速 n 起 始 流 化 速 度 （ 最 小 流 化 速 度 ） 指 剛 剛 能 夠 使 粒 子 流 化 起 來 的 氣 體 空 床 流速 采 用 測 定 床 層 壓 降 變 化 的 方 法 來 確 定 n 起 始 流 化 速 度 （ 最 小 流 化 速 度 ） 流 化 床 的 壓 降 計(jì) 算 公 式 起 始 流 化

5、速 度 計(jì) 算 公 式 對 小 粒 子 ， 左 側(cè) 第 一 項(xiàng) 可 忽 略對 大 粒 子 ， 左 側(cè) 第 二 項(xiàng) 可 忽 略 gLAWP pmfmft )(1( 233223 )()()1(150)(75.1 gdudud ppmfpmfs mfmfpmfs 20Re,1150)( 32 pmfmfppsmf gdu 1000Re,75.1 32 pmfppsmf gdu n 起 始 流 化 速 度 （ 最 小 流 化 速 度 ） 起 始 流 化 速 度 計(jì) 算 公 式床 層 空 隙 率 mf和 顆 粒 形 狀 系 數(shù) s 查 表 或 查 圖 得 到 近 似 地 取 ：由 此 ， 前 面 的

6、三 個 方 程 式 可 寫 為 對 小 粒 子 對 大 粒 子上 述 各 式 中 ， 計(jì) 算 結(jié) 果 需 用 來 檢 驗(yàn) 111,141 323 mfs mfmfs 21232 )(0408.07.33 gdud ppmfp 20Re,1650 )(2 pppmf gdu 1000Re,5.24 )(2 pppmf gdu mfpp udRe n 帶 出 速 度 當(dāng) 氣 速 增 大 到 某 一 定 值 時 ， 流 體 對 粒 子 的曳 力 與 粒 子 的 重 力 相 等 ， 則 粒 子 就 會 被 氣 流帶 走 。 這 一 速 度 稱 為 帶 出 速 度 （ 或 稱 終 端 速度 ） ， 與

7、粒 子 的 自 由 沉 降 速 度 粒 子 的 力 平 衡 223 )4(21)(6 tpDpp udgCd 200000Re500,43.0 500Re4.0,Re10 4.0Re,Re24 21 pD ppD ppDCCCCD稱 為 曳 力 系 數(shù)對 球 形 粒 子 n 帶 出 速 度 對 球 形 粒 子 而 對 非 球 形 粒 子 ： 上 述 各 式 中 ， 計(jì) 算 結(jié) 果 需 用 來 檢驗(yàn) 200000Re500,)(1.3 500Re4.0,)(2254 4.0Re,18 )( 21 31222 pppt pppt pppt gdu dgu gdu 353 102Re05.0,117

8、,220 102Re102,88.131.5 05.0Re,Re065.08431.0 24 pD psD ppsD pCC gC 表教 材 中 mfpp udRe n 操 作 氣 速 一 般 而 言 ， 流 化 床 的 操 作 氣 速 范 圍 為 ： 對 細(xì) 粒 子 對 大 粒 子 可 見 ， 一 般 ， 取 流 化 數(shù) 可 取 tmf uuu 0 6.91,4.0Re mftp uu 72.8,1000Re mftp uu9010mftuu 105.10 mfuu smu /5.015.0 0 四 、 氣 泡 及 其 行 為 n 氣 泡 結(jié) 構(gòu) 氣 泡氣 泡 相 （ 氣 泡 +氣 泡 云

9、+尾 渦 ） 或 （ 氣 泡 +氣 泡 暈 ） 氣 泡 以 外 的 密 相 床乳 （ 濁 ） 相 n 氣 泡 速 度 和 大 小 單 個 氣 泡 群 床 徑 、 分 布 板 對 ub有 影 響 氣 泡 大 小 21)(711.0 bbr dgu 210 )(711.0 bmfb dguuu 7.074072713.0 21.131 )()( 5.1128.1 )0684.01()(272.01853.0 nAUU ggUUd lUUd tmfmfb mfb n 氣 泡 云 與 尾 渦 氣 泡 云 相 對 厚 度 二 維 床 三 維 床 式 中 ， R c、 Rb分 別 為 氣 泡 云 和 氣

10、泡 的 半 徑 。 尾 渦 體 積 全 部 氣 泡 占 床 層 的 體 積 分 率 mfmffbr uuu fbr fbrbc uu uuRR 2)( fbr fbrbc uu uuRR 2)( 3 31 bmVV b mfmfb mff mffb uuuuu uuLLL 00 )1( n 氣 泡 中 的 粒 子 含 量 （ 粒 子 體 積 與 氣 泡 體 積 之 比 ） 氣 泡 中 可 忽 略 不 計(jì) 氣 泡 暈 中 乳 相 中 ：粒 子 體 積 與 氣 泡 體 積 之 比 r e滿 足 ： 01.0001.0 全 部 氣 泡 的 總 體 積全 部 氣 泡 中 粒 子 體 積br )(711

11、.0 3)1( 21 bwmfmfb mfmfmfc VVudg ur b bmfb fcbe rrr )1)(1(1 五 、 分 布 板 與 內(nèi) 部 構(gòu) 件 n 分 布 板 分 布 板 設(shè) 計(jì) 的 好 壞 對 于 流 化 床 的 操 作 有 很 大 的 影 響 型 式 單 層 的 篩 板 、 凹 形 篩 板 、 多 層 篩 板 、 夾 層 填 料 、 管 式 分 布器 、 泡 帽 、 側(cè) 縫 錐 帽 分 布 板 影 響 區(qū) 氣 體 從 分 布 板 上 的 氣 孔 中 流 出 來 時 ， 由 于 氣 速 很 高 ， 可 能形 成 一 股 噴 射 流 ， 使 得 在 近 分 布 板 區(qū) ， 氣

12、-固 接 觸 劇 烈 ，傳 熱 、 傳 質(zhì) 速 率 高 ， 因 此 ， 反 應(yīng) 轉(zhuǎn) 化 快 一 般 認(rèn) 為 ， 其 影 響 范 圍 大 致 在 250mm的 高 度 左 右 n 分 布 板 分 布 板 的 設(shè) 計(jì) 為 了 保 證 流 化 均 勻 而 穩(wěn) 定 ， 分 布 板 需 有 足 夠 高 的壓 降 ， 一 般 取 通 常 分 布 板 開 孔 率 取 ： 1%；設(shè) 計(jì) 過 程 OcmHPPP dbd 235%,2010 且 8172240Re dptt Cud 小 孔 阻 力 系 數(shù)圖教 材 21 )2( ddor PCu 開 孔 率 單 位 面 積 上 的 開 孔 數(shù) ）: :(40 2

13、0or orordroruu NuduN n 內(nèi) 部 構(gòu) 件 垂 直 管 、 水 平 管 、 多 孔 板 、 水 平 擋 網(wǎng) 、 斜片 百 葉 窗 擋 板 等 六 、 乳 相 動 態(tài) n 顆 粒 全 混 式 n 氣 流 氣 泡 區(qū) 、 泡 暈 區(qū) 、 上 流 區(qū) 、 回 流 區(qū) 七 、 顆 粒 的 帶 出 和 揚(yáng) 析 n 揚(yáng) 析 氣 流 連 續(xù) 通 過 床 層 時 ， 床 層 內(nèi) 那 些 帶 出 速度 小 于 操 作 氣 速 的 顆 粒 將 不 斷 被 帶 出 去 的 現(xiàn)象n 揚(yáng) 析 速 度n 揚(yáng) 析 常 數(shù) WwKdtdwA et 1 74,0 nuK ne n 揚(yáng) 析 常 數(shù) 實(shí) 驗(yàn) 關(guān)

14、聯(lián) 式n 沉 降 分 離 高 度 （ T.D.H.） 流 化 床 內(nèi) ， 揚(yáng) 析 的 粒 子 濃 度 隨 床 層 高 度 的位 置 變 化 而 變 化 ， 當(dāng) 達(dá) 到 某 一 高 度 后 ， 能 夠被 重 力 分 離 下 來 的 顆 粒 都 已 沉 析 下 來 ， 只 有帶 出 速 度 小 于 操 作 氣 速 的 顆 粒 才 會 一 直 被 帶走 ， 因 此 ， 以 上 區(qū) 域 顆 粒 的 含 量 接 近 于 恒 定 ，這 一 高 度 稱 為 (沉 降 )分 離 高 度 (T.D.H.) 這 一 高 度 就 是 旋 風(fēng) 分 離 器 的 第 一 級 入 口 位置 2.16.020 )(01.0)

15、(0015.0)()( gtpgtptppe ududuu dgdK n 擴(kuò) 大 段 在 流 化 床 頂 部 安 裝 一 個 擴(kuò) 大 段 ， 使 氣 速 降低 ， 讓 更 多 的 粒 子 沉 析 下 來 ， 從 而 減 輕 了 旋風(fēng) 分 離 器 的 負(fù) 荷 n 旋 風(fēng) 分 離 器 7.2 流 化 床 中 的 傳 熱 和 傳 質(zhì) n 床 層 與 外 壁 間 的 給 熱 n 床 層 與 浸 沒 于 床 內(nèi) 的 換 熱 面 之 間 的 給 熱 垂 直 管 水 平 管 n 顆 粒 與 流 體 間 的 傳 質(zhì) n 氣 泡 與 乳 相 間 的 傳 質(zhì) 7.3 流 化 床 反 應(yīng) 器 的 模 擬 和 放 大

16、 n 數(shù) 學(xué) 模 型 常 見 模 型 兩 相 模 型 ： 氣 相 -乳 相 ； 上 流 相 （ 氣 +固 ） -下 流 相 （ 氣 +固 ） ； 氣 泡 相 -乳 相 ； 三 相 模 型 ： 氣 泡 相 -上 流 相 （ 氣 +固 ） -下 流 相 （ 氣 +固 ） ；氣 泡 相 -氣 泡 云 -乳 相 ； 四 區(qū) 模 型 ： 氣 泡 區(qū) -泡 暈 區(qū) -乳 相 上 流 區(qū) -乳 相 下 流 區(qū) 流 動 模 式 氣 相 ： 平 推 流 乳 相 ： 平 推 流 、 全 混 流 、 部 分 返 混 流 、 環(huán) 流 、 或 對 其 流 動 模 式 不 加 考 慮 等 n 流 化 床 反 應(yīng) 器 的 開 發(fā) 與 放 大 催 化 劑 性 能 操 作 條 件 床 層 結(jié) 構(gòu)