化学反应工程 课程教案

课次 16 课时 2 （请打√） 课 型 理论课√ 讨论课□ 实验课□ 习题课□ 其他□ 授课题目（教学章、节或主题）： 第7章 气固相催化反应流化床反应器 7.1流化床的基本概念 7.2流化床的工艺计算 教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：： 1. 掌握流化床的基本概念； 2. 掌握流化床的工艺计算； 教学重点及难点： 重点：固定床催化反应器的特点、类型和设计要求。 难点：一维拟均相理想流动模型对反应器进行设计计算。 教 学 基 本 内 容 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。 固体颗粒层与流体接触的不同类型： 7.1.1流化床的基本概念 1） 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1

方法及手段 讲解

空隙通过。此时床层称为固定床。 2） 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。 曳力（表面曳力、形体曳力）曳力是流体对固体的作用力，而阻力是固体壁对流体的作用力，两者是作用力与反作用力的关系。表面曳力由作用在颗粒表面上的剪切力引起，形体曳力由作用在颗粒表面上的压强力扣除浮力部分引起。 3).流化床类似液体的性状 （a） 轻的固体浮起； （b）表面保持水平； （c）固体颗粒从孔中喷出； （d）床面拉平； （e）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； 2

(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 流化床的工业应用 ? ? 第一次工业应用： 1922年 Fritz Winkler获德国专利，1926年第一台高13米，截面积12平方米的煤气发生炉开始运转。 ? ? 目前最重要的工业应用： SOD(Standard Oil Development Company) IV型催化裂化。 散式流态化和聚式流态化P185 （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态化多为聚式流态化P185 FrmfRemf ?P??Lmf?100 为散式流态化 ?De?P??Lmf?100?De为聚式流态化 FrmfRemf 3