7.1流化床的基本概念

一、本次课主要内容

流态化及流化床的基本概念及其特征、流化床反应器的设计计算。

二、教学目的与要求

掌握流态化及流化床的基本概念及其特征。

三、教学重点难点

1、流态化。

2、腾涌、沟流。

四、教学方法和手段

课堂讲授、提问、讨论；使用多媒体教学方式。

五、作业与习题布置

书后习题第2、3题

7.1流化床的基本概念

流态化现象：使微粒固体通过与气体或液体接触而转变成类似流体的操作。

 定义：当通过床层的流体流量较小时，颗粒受到的升力（浮力与曳力之和）小于颗粒自身重力时，颗粒在床层内静止不动，流体由颗粒之间的空隙通过。此时床层称为固定床。

随着流体流量增加，颗粒受到的曳力也随着增大。若颗粒受到的升力恰好等于自身重量时，颗粒受力处于平衡状态，故颗粒将在床层内作上下、左右、前后的激烈运动，这种现象被称为固体的流态化，整个床层称为流化床。

流化床类似液体的性状

• 轻的物体浮起；

• 表面保持水平；

• 固体颗粒从孔中喷出；

• 床面拉平；

• 床层重量除以截面积等于压强 

流化床的优点

• 1   颗粒流动类似液体，易于处理，控制；

• 2  固体颗粒迅速混合，整个床层等温；

• 3  颗粒可以在两个流化床之间流动、循环，使大量热、质有可能在床层之间传递；

• 4  宜于大规模操作；

• 5  气体和固体之间的热质传递较其它方式高；

• 6  流化床与床内构件的给热系数大。

流化床的缺点

• 1气体的流动状态难以描述，偏离平推流，气泡使颗粒发生沟流，接触效率下降；

• 2颗粒在床层迅速混合，造成停留时间分布不均匀；

• 3脆性颗粒易粉碎被气流带走；

• 4颗粒对设备磨损严重；

• 5对高温非催化操作，颗粒易于聚集和烧结。

散式流化和聚式流化

（1） 散式流态化

随着流体流量的加大，床层内空隙率增大，颗粒之间间距加大，而颗粒在床层中分布均匀，流体基本上以平推流形式通过床层，人们称这种流化形式为散式流态化。

（2） 聚式流态化

在此类流态化形式中，床层明显地分成两部分。其一是乳化相：固体颗粒被分散于流体中，单位体积内颗粒量类似于散式流化床的初始流化状态。其二是气泡相：流体以气泡形式通过床层。

两种流态化的判别

一般认为液固流态化为散式流态化而气固之间的流化状态多为聚式流态化。

•  浓相段和稀相段：

• 当流体通过固体床层的空塔速度值高于初始流化速度但低于逸出速度，颗粒在气流作用下悬浮于床层中，所形成的流固混合物称为浓相段。

• 在浓相段上升的气泡在界面上破裂，气泡内颗粒以及受气泡挟带的乳化相中颗粒将被抛向浓相段上方空间。这段空间称为稀相段或称分离段。

流态化的不正常现象：

• 沟流：由于流体分布板设计或安装上存在问题，使流体通过分布板进入浓相段形成的不是气泡而是气流，称沟流。沟流造成气体与乳化相之间接触减少，传质与反应效果明显变差。

• 节流（腾涌）