实验一 流化床反应器的特性测定

实验一 流化床反应器的特性测定
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实验一流化床反应器的特性测定

一、实验目的

流化床反应器的重要特征是细颗粒催化剂在上升气流作用下作悬浮运动,固体颗粒

剧烈地上下翻动。这种运动形式使床层内流体与颗粒充分搅动混和,避免了固定床反应器中的“热点”现象,床层温度分布均匀。然而,床层流化状态与气泡现象对反应影响很大,尽管有气泡模型与两相模型的建立,但设计中仍以经验方法为主。本实验旨在观察和分析流化床的操作状态,目的如下:

1、观察流化床反应器中的流态化过程。

2、掌握流化床压降的测定并绘制压降与气速的关系图。

3、计算临界流化速度及最大流化速度,并与实验结果作比较。

二、实验原理

与固定床反应器相比,流化床反应器的优点是:①可以实现固体物料的连续输入和

输出;②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能,床层内部温度均匀,而且易于控制,特别适用于强放热反应;③便于进行催化剂的连续再生和循环操作,适于催化剂失活速率高的过程的进行,石油馏分催化流化床裂化的迅速发展就是这一方面的典型例子。流化床存在的局限性:①由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动,无论气相或固相都存在着相当广的停留时间分布,导致不适当的产品分布,阵低了目的产物的收率;②反应物以气泡形式通过床层,减少了气-固相之间的接触机会,降低了反应转化率;③由于固体催化剂在流动过程中的剧烈撞击和摩擦,使催化剂加速粉化,加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量细粒催化剂的带出,造成明显的催化剂流失。

(1)流态化现象

气体通过颗粒床层的压降与气速的关系如图4-1所示。当流体流速很小时,固体颗

粒在床层中固定不动。在双对数坐标纸上床层压降与流速成正比,如图AB段所示。此时为固定床阶段。当气速略大于B点之后,因为颗粒变为疏松状态排列而使压降略有下降。

图1-1 气体流化床的实际ΔP -u关系图

该点以后流体速度继续增加,床层压降保持不变,床层高度逐渐增加,固体颗粒悬

浮在流体中,并随气体运动而上下翻滚,此为流化床阶段,称为流态化现象。开始流化

的最小气速称为临界流化速度u mf 。

当流体速率更高时,如超过图中的E点时。整个床层将被流体所带走,颗粒在流体中形成悬浮状态的稀相,并与流体一起从床层吹出,床层处于气流输送阶段。E点之后正常的流化状态被破坏,压降迅速降低,与E点相应的流速称为最大流化速度u t 。

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