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化学反应工程-第八章 流化床反应工程.ppt 55页

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3. 起始鼓泡速度 对于B类和D类颗粒,当表观气速超过临界流化速度时,床层即已进入鼓泡流化床;对于A类较小和较轻的颗粒,当ug超过umf后,还会经历一个散式流态化阶段,然后进入鼓泡流化床。此时,气-固流化床的起始鼓泡速度umb可按Geldart提出的下式计算: 4. 单组分不等粒度颗粒对临界流化速度及起始鼓泡速度的影响 实践表明,颗粒的流化特征不仅与颗粒的粒度有关,并且与粒度分布及混合颗粒的组成有关。在流态化过程中,uf开始增加时,许多粒度或密度较大的颗粒继续以固定床的状态存在,有些会被粒度或密度较小的颗粒冲击而带动,但基本上会下沉而失去流态化。当流速超过D点时,粒度或密度较大的颗粒逐渐流态化,不同粒度或密度颗粒的沉降速度也不同。 随着粒径的减小和细颗粒分数的增加,较难产生气泡,而气泡的形成对床层的热、质传递和稳定性都不利,即细颗粒分数增加有利于改善床层的流化质量。 图8-5 颗粒不均匀或密度不同的混合颗 粒的流态化的 图 lgΔp A B C D F E lguf 各种颗粒陆续进行流态化 最小颗粒开始被流体带走 最大颗粒全部流态化 最大颗粒被流体带走 不均匀大小或不同密度固体的流态化 二、起始湍动流化速度、快速流态化及密相气力输送的转变速度 1. 起始湍动流化速度 陈少鹏等根据改变操作压力对无内部构件自由床的起始湍动流化速度uc的影响试验,获得uc与有关参数间的关联式如下: 由上式可见: 采用尺寸和密度都较大的颗粒,相同气速下向湍动流态化转变的uc值升高,而采用尺寸较小和较轻的颗粒,则uc较小,有利于改善密相流化床的流化质量; 增加操作压力, uc值下降; 增加操作温度, uc值上升; 流化床床径加大,对uc的影响减少,床径大到一定程度后,对uc值已无影响。 2. 湍动流态化向快速流态化的转变速度 湍动流态化向快速流态化的转变速度uTF可采用白丁荣等[18]根据多组实验数据获得的关联式: 式中Gs为颗粒的循环通量;Ret为按颗粒带出速度ut计算的Re数。 3. 快速流态化向密相气力输送的转变速度 白丁荣等根据实验数据,获得快速流态化向密相气力输送的转变速度uFD的表达式: 三、颗粒的终端速度 1.单颗光滑球形颗粒的终端速度 在相同直径的光滑球形颗粒的散料悬浮层中,如果颗粒之间有足够大的间距,比颗粒粒径dp大n个数量级或更大, 悬浮层中每颗颗粒的行为可以作为单一悬浮颗粒来研究,悬浮的条件为颗粒的重力减去在在流体中的浮力等于在流体中所受的曳力,即 在低Ret数情况下,ut与粒径平方成正比,流体密度的影响甚小,成为黏滞力控制区。在高Ret情况下,ut与粒径平方根成正比,与流体的黏度无关,称为惯性力控制区。 2.非球形颗粒的终端速度 对于不同形状因子?s的单颗粒,曳力系数CDS值可从下图求得 图8-6 单颗粒曳力系数CDS与雷诺数的关系 3. 颗粒群的曳力系数CD 颗粒群悬浮于气流中,即使单颗颗粒的粒径相等,由于颗粒间相互作用,使曳力系数下降,称为受阻曳力系数CD。在快速流化床中,白丁荣等[20]通过多种A、B类颗粒的大量快速床的试验数据分析,获得CD/CDS的关联式如下: 第三节 气-固密相流化床 一、气-固密相流化床的基本结构 气-固密相流化床主要由床体、气体分布器换热装置、内部构件和颗粒捕集系统组成。 1.气体分布器 气体分布器的主要作用是将流化气体均匀地分布在整个床层截面,也起到支撑流化颗粒的作用,为了保证气体分布均匀,一般分布板开孔率约为1%以下,而分布板的压降为床层压降的10~20%,在工业流化床中,由于床层提高,有时分布板压降设计为床层压降的5%。 2.自由空域和扩大段 工业流化床反应器的床体大都是圆柱形,上部扩大段直径一般为下部密相床直径的1.5~2.5倍。实验用流化床,当温度不高于100 ℃时,一般用易于加工的有机玻璃制造,床体一般也为圆柱形,床体直径要大于颗粒平均直径的100倍。 流化床内气-固浓相界面以上的区域称为自由空域(Freeboard)。由于气泡逸出床面时的弹射和夹带作用,一些颗粒会离开浓相床层进入自由空域。一部分自由空域内的颗粒在重力作用下返回浓相床,而另一部分较细小的颗粒则最终被气流带出流化床。 扩大段可以显著地降低气流的速度,从而有助于自由空域内的颗粒通过沉降作用返回浓相、减少颗粒带出及降低自由空域内的颗粒浓度。对于流化床化学反应器来说,自由空域颗粒浓度较低对于减少不利的副反应往往是至关重要的。 3.换热装置及内部构件 根据流化床内温度及单位体积放热量的大小,换热装置一般为内壁或浸没在床层内的垂直或水平管束。常用的为垂直管束,并与余热回收装置相连接。垂直换热器也是控制气泡聚并、维持流化稳定、促进

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