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： u0 ＜ umf 时，固体粒子不动，床层压降随 u 增大而

增大。 流化床阶段： umf≤u0≤ut 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： u0 ＞ ut 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。

• umf—— 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。

• ut —— 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 db/dp ＜ 1 db—— 气泡直径 dp—— 颗粒直径

对于 l-s 系统，流体与粒子的密度相差不大，故 umf 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

db/dp ＞ 10

对于 g-s 系统，一般在气速超过 Umf 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 umf ，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 ， L0/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。

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流化速度 u0

临界流化速度 umf

带出速度 ut

操作速度 u0

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

工业生产中常见流化床反应器形式

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。