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 。

（2）临界流化速度

临界流化速度可以通过ΔP与u关系进行测定，也可以用公式计算。常用的经验计算式有：

在条件满足的情况下，常通过实验直接测定颗

粒的临界流化速度。

（3）最大流化速度

最大流化速度u t亦称颗粒带出速度，理论上应等于颗粒的沉降速度。按不同情况可用下式计算：

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其中：

临界流化速度，—；最大流化速度，

—

；流体粘度，—；颗粒密度，—

；流体密度，—颗粒当量直径，—

smusmu

smkgmkg

mkgmd

mft

gtp

/ /

⊕⊕

μρ

三、实验装置及流程

流化床特性测试实验实物图和示意流程见图1-2和1-3。

图1-3 流化床反应器特性测试流程图

实验用的固体物料是不同粒度的石英砂，气体用空气。

由空气压缩机来的空气经稳压阀稳压后，由转子流量计调节计量，随后可通入装有

石英砂固体颗粒的流化床反应器。气体经分布板吹入床层，从反应器上部引出后放空。

由于出口与大气相通，床层压力降可通过进口压力表测得。

流化床反应器的主要技术指标：

气体流量：0～4L/min（空气）；最高操作压力：0～0.16MPa；催化剂填装量：10～

30ml；反应段：Φ25×2.5mm，长450mm；扩大段：φ76×3 mm，长180mm；总长630mm；

四、实验步骤及方法

1、打开空压机，稳压后调节空气流量，测定空管时压力降与流速关系以作比较。

2、关闭气源，小心卸下玻璃流化床反应器，装入己筛分的一定粒度石英砂，检漏。

3、通入气体，在不同气速下观察玻璃流化床反应器中流化现象，测定不同气速下床层

高度与压降值。

TCI

TCI-控温热电偶；TI-测温热电偶；PI-压力计;K-调节阀；V－三通阀；W－球阀；L－六通阀

1、1'-气体钢瓶；

2、2'-钢瓶减压阀；3-稳压阀；4-转子流量计;5、5'-干燥器；6-取样器；7-预热炉；

8-预热器；9 -反应炉；10-流化床反应器；11 -冷凝器;12-气液分离器；13-湿式流量计; 14-加料罐；15-液体泵；16－缓冲罐；17－玻璃流化床

1 1'

2 2'

TCI

K K

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4、改变石英砂粒度重复实验。

5、实验结束关闭气源。

五、实验数据处理

1、记录不同条件下的压降ΔP与气体流量的变化值，在双对数坐标纸上进行标绘；

2、确定相应的临界流化速度与最大流化速度；

3、按实验条件计算临界流化速度与最大流化速度；注意：最大流化速度u t不能直接算出，需假定Re p范围后试算，再校核Re p是否适用。

六、结果与讨论

1、分析讨论流态化过程所观察的现象，与理论分析作比较；

2、分析影响临界流化速度与最大流化速度的因素有哪些，归纳实验得到的结论；

3、比较理论计算值与实验值，并作误差分析；

七、思考题（任选两题）

1、气体通过颗粒床层有哪几种操作状态？如何划分？

2、流化床中有哪些不正常流化现象？各与什么因素有关？

3、流化床反应器对固体颗粒有什么要求？为什么？

实验二甲醇脱水制备清洁能源——二甲醚

一、实验目的

1、掌握内循环无梯度反应器、气相色谱仪的工作原理、工艺结构与操作过程；

2、了解甲醇气相脱水法制二甲醚的基本原理和基本工艺。

3、了解反应产物定性、定量的分析的方法，学会实验数据处理的方法。

二、实验原理

二甲醚(DME)，又称木醚，甲醚，分子量46.069，是一种无毒、无味、环境友好的化合物。DME的性质和液化石油气（LPG）十分相近，在贮存、运输、使用上比LPG

安全，燃烧性能好，无残液，不析炭，是一种洁净的民用燃料；二甲醚还可用作汽车燃Minnan Normal University Wu Wen-bing

料，其辛烷值比柴油高，尾气不需要催化转化处理，能满足汽车超低排放尾气标准的要求。因此近几年提出把DME作为环境友好的燃料，得到了极大的关注。二甲醚的生产

方法包括两步法和一步法，其中甲醇脱水制二甲醚属两步法，该法是从传统的浓硫酸甲

醇脱水法的基础上发展起来的。其基本原理是在催化反应器中将甲醇蒸汽通过固体酸性

催化剂（氧化铝、分子筛、结晶硅酸铝等），发生非均相反应，脱水生成二甲醚，脱水

后混合物还需进行分离提纯。工艺流程如图1-1：

图1-1 气相甲醇脱水法工艺流程

美国Mobil公司1965年用气相脱水

法生产二甲醚，就获得了80%的转化

率和98%

的选择性。日本三井东亚化学公司获得了74.2%的转化率和99%的选择性

[28]

。该法以精

甲醇为原料，脱水反应副产物少，

三废少，操作容易，易获得高纯度

的二甲醚产品（可

达99.9%）。

甲醇脱水制二甲醚反应机理主要取决于其活性中心位，基于此，国内外许多研究学者提出了不同的观点，主要有双活性中心、弱酸中心和强酸中心三种。

三、实验材料与装置

1、主要原料与试剂

甲醇（≥99.5%）；催化剂（NKC-2，硅铝比15）；色谱用高纯氢（≥99.999％）

催化剂置于1M的H3PO4溶液中，在50℃下浸渍120min，在80℃下浸渍

180min，在120℃下干燥10h，然后在马弗炉中于550℃焙烧24h。

2、实验装置与流程

本实验采用常压内循环无梯度反应器，实物图和示意流程见图1-2和1-3。

甲醇换热

反应

分离提纯二甲醚

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图1-2 内循环无梯度反应器实物图

TCI

TCI-控温;TI-测温；PI-压力计;V-截止阀；K-调节阀；J-三通阀；

1-氮气；2－稳压阀；3-干燥器；4-过滤器；5-质量流量计；6-缓冲器；

7－预热器；8-预热炉；9-反应器；10-反应炉；11-马达;

12-六通阀;13-冷阱；14-保温瓶;15-湿式流量计；16-加料泵

TCI

色谱系统

图1-3甲醇内循环无梯度脱水反应流程

图

3、色谱分析方法

SP-1000气相色谱仪（北京北分瑞利分析仪器公司），GDX-401色谱填充柱（φ

3mm×3m，最高使用温度250℃），以氢气为载气。色谱条件：柱温100℃，进样器120℃，热导池检测器，检测器温度120℃，热丝温度140℃，载气流速20mL/min。

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四、实验步骤及方法

（1）称取约4g催化剂(称准至1 mg)，装入反应器中，系统试漏。打开搅拌系统冷却水（实验过程中，务必保证冷却水通畅，若停水，应立即停止搅拌，停止实验），启动反应装置总电源，开各温度电源和搅拌系统电源。开启反应装置软件。

（2）设定反应装置温度，包括：设定反应控温为235～310℃（对应的反应测温约为160～

220 ℃，具体可参考测温与控温关系表）（这里的反应测温即为催化剂中心的反应温度，由控温来

调节。由于控温为加热温度，传给反应物料的过程中存在热损失，导致测温值偏离控温值较大。实验过程

中，通过测温与控温的关系表给定控温初设值，观察反应温升情况，给予调整。目的是保证反应测温值在

预定的反应温度上，偏差尽量控制在±2℃）。设定预热温度为120℃，保温系统温度为140℃，

阀箱温度为120℃。搅拌速度设定为1500r/min。温度设定建议在反应装置软件上完成。

测温与控温的关系表（仅供参考，实验中会有偏差）

控温℃ 235 245 285 288 300

测温℃ 160 170 200 210 215

（3）微量泵的运行准备工作：将微量泵进料管浸于原料液中（实验过程中泵进料管的白

色吸附头要保证完全浸没于液面以下），旋松中间吸液口，用针筒将原料液吸出排气，旋紧中

间吸液口。打开泵电源，设定值调为0.5mL/min，三通阀旋向“排空”位置，将原料瓶

移至排空口，按“Run/Stop”，启动泵抽液，直到排空口出现连续均匀液滴时。先按

“Run/Stop”，停泵，再将三通阀旋向“反应器”位置，此时泵的运行准备工作完毕。（4）气相色谱操作：通载气、开总电源、温度达设定值、开检测器、色谱基线。通色

谱载气，启动气相色谱仪，设定柱箱、汽化室和检测器温度为100℃、120℃、120℃，

色谱温度稳定后，设定热丝温度为140℃。打开色谱工作站和反应装置软件，色谱基线

平稳后方可对产物进行检测。

（5）检查色谱六通阀处于取样位置。在冷阱中添加冰水混合物（冰块自制）。

（6）反应测温值升至给定值后（约需1小时），确定反应装置温度和色谱均达到稳定，

可调整微量泵设定值为相应实验流量值（mL/min）。按“Run/Stop”，启动泵，反应液进入反应器，开始反应，计时。

（7）待反应约20 min后进行色谱在线分析，要进行多次分析，直至同一条件下色谱分

析值达到稳定。在线分析操作：将六通阀旋向进样状态，同时按色谱软件中“采集”，

进行色谱分析；10 s后，样品已全部从六通阀流入色谱，可旋回取样状态，待测下一组

样品。列表记录实验中不变参数：催化剂质量、阀温、预热温度、转速、色谱条件等；

变化参数：记录序号、记录时间(min)、进料流量(mL/min)、反应测温、反应控温、色谱Minnan Normal University Wu Wen-bing

结果（样品组成、组分峰面积、组分浓度(wt%)）、湿式流量计始末值、冷阱内冷凝液总

量(g)等。

（8）改变条件，同样稳定20min后进行色谱在线分析。考察温度和进料流量对该反应行

为（甲醇转化率、反应速率）的影响关系。设定反应温度变化范围160～220 ℃, 以10

~20℃为间隔；反应流量变化范围为0.05～0.5 mL/ min，以0.05 ~0.1mL/min为间隔，重

复本实验步骤进行考察。每个条件均应记录以上各参数值。

（9）按微量泵“Run/Stop”，停止进料，关泵电源。将搅拌速度设为0，反应装置各温

度设为室温以下（通常为20℃），关闭装置各温度电源。关掉搅拌系统冷却水和反应装

置总电源。同时进行气相色谱仪关闭操作：关检测器、温度达室温值、关总电源、关载气。首先将检测器热丝温度设定为30℃，将柱温、汽化室温度和检测器温度降至40℃，

关闭色谱仪总电源，关载气总阀和减压阀。结束实验，将原料液和回收液封存，以免污

染环境。断电清洁实验设备。

另注：实验过程中要保证通有搅拌系统通有冷却水。

每隔20min记录反应测温与控温，并绘制关系曲线。

每隔40min检查冷阱内冷凝液液面是否升至出气口，应及时排液称量，回收。

冰水混合物应及时更换，建议每隔2h换一次，以免影响冷凝效果。

每次实验可由两组成员进行，实验流程介绍两组需同时到场，每组改变2个流量，

数据可共用。交接至少提前半小时，除就餐时间，各组全体成员必须分工观测实验数据。

五、实验数据处理

反应速率计算式：]

)(

1100

⊕⊕

= hgmol

ccV

AfA

式中V0为反应物体积，c A0为反应物进口浓度，c Af为反应物出口浓度，W为催化剂质量。

因而只要获得原料流量与反应物进出口的浓度，便可得到某点条件下的宏观反应速率实验值。进一步按一定的设计方法规划实验条件，改变反应条件如温度、浓度等进行实验，再利用合适的数据处理方法，便可获得宏观反应速率方程，这就是宏观动力学研究，此处不作详述。

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宏观速率测试实验数据记录表(仅供参考)

室温：大气压：催化剂量：转速：……

反应物组成项

目

序

号

反应

控温

(℃)

……

温度

(℃)

测温

(℃)

进料流量

mL/min

出料

液体

量g

出料

气体

量L

二甲醚

mol%

水

mol%

甲醇

mol%

六结果与讨论

1、反应过程中测温与控温的变化情况

2、不同反应条件（温度、流量等）的影响

3、不同反应条件下反应速率的变化规律

4、对本实验有何建议

七、思考题（选二）

1、本征动力学与宏观动力学有何区别？

2、无梯度反应器属于微分反应器还是积分反应器？为什么？

3、反应速度的影响因素有哪些？

4、实验结束后，为何要将各温度设定在室温以下？

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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 。

固定床流化床浆态床的优缺点

固定床反应器定义：气体流经固定不动的催化剂床层进行催化反应的装置。特点：结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优点，是现代化工和反应中应用很广泛的反应器。应用：主要用于气固相催化反应。基本形式：轴向绝热式、径向绝热式、列管式。固定床反应器缺点：床层温度分布不均匀；床层导热性较差；对放热量大的反应，应增大换热面积，及时移走反应热，但这会减少有效空间。流化床反应器（沸腾床反应器）定义：流体（气体或液体）以较高流速通过床层，带动床内固体颗粒运动，使之悬浮在流动的主体流中进行反应，具有类似流体流动的一些特性的装置。应用：应用广泛，催化或非催化的气—固、液—固和气—液—固反应。原理：固体颗粒被流体吹起呈悬浮状态，可作上下左右剧烈运动和翻动，好象是液体沸腾一样，故流化床反应器又称沸腾床反应器。结构：壳体、气体分布装置、换热装置、气—固分离装置、内构件以及催化剂加入和卸出装置等组成。优点：传热面积大、传热系数高、传热效果好。进料、出料、废渣排放用气流输送，易于实现自动化生产。缺点：物料返混大，粒子磨损严重；要有回收和集尘装置；内构件复杂；操作要求高等。固定床：一、固定床反应器的优缺点凡是流体通过不动的固体物料形成的床层面进行反应的设备都称为固定床反应器，而其中尤以利用气态的反应物料，通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气固相催化反应器在化工生产中应用最为广泛。气固相固定床反应器的优点较多，主要表现在以下几个方面： 1、在生产操作中，除床层极薄和气体流速很低的特殊情况外，床层内气体的流动皆可看成是理想置换流动，因此在化学反应速度较快，在完成同样生产能力时，所需要的催化剂用量和反应器体积较小。 2、气体停留时间可以严格控制，温度分布可以调节，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性。 3、催化剂不易磨损，可以较长时间连续使用。 4、适宜于高温高压条件下操作。由于固体催化剂在床层中静止不动，相应地产生一些缺点： 1、催化剂载体往往导热性不良，气体流速受压降限制又不能太大，则造成床层中传热性能较差，也给温度控制带来困难。对于放热反应，在换热式反应器的入口处，因为反应物浓度较高，反应速度较快，放出的热量往往来不及移走，而使

流化床反应器的设计定稿版

流化床反应器的设计 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】

丙烯腈流化床反应器的设计学院：化工与药学院班级: 2012化学工程与工艺1、2班学生姓名：翟鹏飞肖畅裴一歌徐嘉星廖鹏飞田仪长指导教师: 张丽丽完成日期： 2015年12月10日指导教师评语： _______________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ 成绩: 教师签名:

目录 1 设计生产能力及操作条件 (1) 2 操作气速的选择 (1) 3 流化床床径的确定 (1) 3.1 密相段直径的确定 (1) 3.2 稀相段直径的确定 (2) 3.3 扩大段直径的确定 (2) 4 流化床床高 (2) 4.1 流化床的基本结构 (2) 4.2 催化剂用量及床高 (3) 5 床层的压降 (4) 6 选材及筒体的设计 (4) 7 封头的设计 (5) 8 裙座的选取 (5) 9 水压试验及其强度校核 (5) 10 旋风分离器的计算 (5)

11 主反应器设计结果 (6)

丙烯腈流化床反应器的设计 1 设计生产能力及操作条件反应温度为：440℃ 反应压力为：1atm 丙烯腈氨氧化法催化剂选用：sac-2000 催化剂粒径范围为：44～88μm 催化剂平均粒径为：50μm 催化剂平均密度为：1200kg/m3 催化剂装填密度为：640kg/m3 催化性能：丙烯腈单收>78.0%；乙腈单收<4.0%；氢氰酸单收<7.0% 耐磨强度<4.0wt% 接触时间：10s 流化床反应器设计处理能力：420.5kmol/h 2 操作气速的选择流化床的操作气速U =0.6m/s，为防止副反应的进行，本流化床反应器设计密相和稀相两段，现在分别对其直径进行核算。

流化床反应器的设计

mf U R = 1000 p d ep ρ μ > 年产3.5 万吨烯烃流化床反应器设计 1 操作工艺参数反应温度为：450℃ 反应压力为：0.12MPa(绝压) 操作空速为：1~5h -1 MTO 成型催化剂选用Sr-SAPO-34 催化剂粒径范围为：30～80μm 催化剂平均粒径为60μm 催化剂颗粒密度为1500kg/m 3 催化剂装填密度为 750kg/m 3 催化性能：乙烯收率，67.1wt%；丙烯收率，22.4wt%；总收率，89.5wt%。水醇质量比为0.2 甲醇在450℃下的粘度根据常压下气体粘度共线图查得为24.3μPa.s 甲醇450℃下的密度根据理想气体状态方程估算为0.54kg/m 3 甲醇处理量：根据催化剂的催化性能总受率为89.5wt%，甲醇的用量=烯烃质量×（32/14）/0.895 烯烃的生产要求是35000t/a ，甲醇的量为89385/a 。 2 操作气速 2.1 最小流化速度计算当流体流过颗粒床层的阻力等于床层颗粒重量时，床层中的颗粒开始流动起来，此时流体的流速称为起始流化速度，记作U mf 起始流化速度仅与流体和颗粒的物性有关，

mf U R =20p d ep ρμ<其计算公式如下式所示：对于的小颗粒 ()2 U 1650p p mf d g ρρμ -= （1）对于的大颗粒 ()1/2 d U 24.5p p mf g ρρρ??-=?? ???? （2）式中：d p 为颗粒的平均粒径；ρp ，ρ分别为颗粒和气体的密度；μ为气体的粘度假设颗粒的雷诺数R ep <20，将已知数据代入公式（1），校核雷诺数：将U mf 带入弗鲁德准数公式作为判断流化形式的依据散式流化， F rmf ＜0.13；聚式流化，F rmf ＞0.13。代入已知数据求得根据判别式可知流化形式为散式流化。 2.2 颗粒的带出速度Ut 床内流体的速度等于颗粒在流体中的自由沉降速度（即颗粒的重力等于流体对颗粒的曳力）时，颗粒开始从床内带出，此时流体的速度成为颗粒的带出速度U t 其最大气速不能超过床层最小颗粒的带出速度U t ，其计算公式如下式所示：当U R = 0.4 d p t ep ρ μ <时， 2U 18d g p p t ρρμ??- ???= （3）当 U 0.4

流化床反应器

流化床反应器流化床反应器流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。在用于气固系统时，又称沸腾床反应器。流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉（见煤气化炉）；但现代流化反应技术的开拓，是以40年代石油催化裂化为代表的。目前，流化床反应器已在化工、石油、冶金、核工业等部门得到广泛应用。 1产品分类按流化床反应器的应用可分为两类：一类的加工对象主要是固体,如矿石的焙烧,称为固相加工过程；另一类的加工对象主要是流体，如石油催化裂化、酶反应过程等催化反应过程，称为流体相加工过程。 2结构形式流化床反应器的结构有两种形式：①有固体物料连续进料和出料装置，用于固相加工过程或催化剂迅速失活的流体相加工过程。例如催化裂化过程，催化剂在几分钟内即显著失活，须用上述装置不断予以分离后进行再生。②无固体物料连续进料和出料装置，用于固体颗粒性状在相当长时间（如半年或一年）内，不发生明显变化的反应过程。 3产品优缺点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。然而，由于流态化技术的固有特性以及流化过程影响因素的多样性，对于反应器来说，流化床又存在很明显的局限性：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；④床层内的复杂流体力学、传递现象，使过程处于非定常条件下，难以揭示其统一的规律，也难以脱离经验放大、经验操作。近年来，细颗粒和高气速的湍流流化床及高速流化床均已有工业应用。在气速高于颗粒夹带速度的条件下，通过固体的循环以维持床层，由于强化了气固两相间的接触，特别有利于相际传质阻力居重要地位的情况。但另一方面由于大量的固体颗粒被气体夹带而出，需要进行分离并再循环返回床层，因此，对气固分离的要求也就很高了。（见流态化、流态化设备）

流化床反应器的简介及其工业应用

流化床反应器的简介及其工业应用 1 流化床反应器概述流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。在用于气固系统时，又称沸腾床反应器。流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉；但现代流化反应技术的开拓，是以40年代石油催化裂化为代表的。目前，流化床反应器已在化工、石油、冶金、核工业等部门得到广泛应用。按照床层的外形分类，可分为圆筒形和圆锥形流化床。圆筒形流化床反应器结构简单，制造容易，设备容积利用率高。圆锥形流化床反应器的结构比较复杂，制造比较困难，设备的利用率较低，但因其截面自下而上逐渐扩大，故也具有很多优点：1、适用于催化剂粒度分布较宽的体系由于床层底部速度大，较大颗粒也能流化，防止了分布板上的阻塞现象，上部速度低，减少了气流对细粒的带出，提高了小颗粒催化剂的利用率，也减轻了气固分离设备的负荷。这对于在低速下操作的工艺过程可获得较好的流化质量。2、由于底部速度大，增强了分布板的作用床层底部的速度大，孔隙率也增加，使反应不致过分集中在底部，并且加强了底部的传热过程，故可减少底部过热和烧结现象。 3、适用于气体体积增大的反应过程气泡在床层的上升过程中，随着静压的减少，体积相应增大。采用锥形床，选择一定的锥角，可适应这种气体体积增大的要求，使流化更趋平稳。按照床层中是否设置有内部构件分类，可分为自由床和限制床。床层中设置内部构件的称为限制床，未设置内部构件的称为自由床。设置内部构件的目的在于增进气固接触，减少气体返混，改善气体停留时间分布，提高床层的稳定性，从而使高床层和高流速操作成为可能。许多流化床反应器都采用挡网、挡板等作为内部构件。对于反应速度快、延长接触时间不至于产生严重副反应或对于产品要求不严的催化反应过程，则可采用自由床，如石油炼制工业的催化裂化反应器便是典型的一例。流化床反应器的优点流化床内的固体粒子像流体一样运动，由于流态化的特殊运动形式，使这种反应器具有如下优点： 1、由于可采用细粉颗粒，并在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大（可高达3280~16400m2/m3），有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。 2、由于颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致，床层与内浸换热表面间的传热系数很高[200～400W/（m2?K）]，全床热容量大，热稳定性高，这些都有利于强放热反应的等温操作。这是许多工艺过程的反应装置选择流化床的重要原因之一。流化床反应器的缺点 1、气体流动状态与活塞流偏离较大，气流与床层颗粒发生返混，以致在床层轴向没有温度差及浓度差。加之气体可能成大气泡状态通过床层，使气固接触不良，使反应的转化率降低。因此流化床一般达不到固定床的转化率。

固定床流化床设计计算讲义

炔烃液相选择加氢固定床床反应器设计计算由于固定床反应器具有结构简单、操作方便、操作弹性大、建设投资低等优点，而广泛应用于各类油品催化加氢裂化及精制、低碳烃类选择加氢精制等领域。将碳四馏分液相加氢新工艺就是采用单台固定床绝热反应器进行催化选择加氢脱除碳四馏分中的乙基乙炔和乙烯基乙炔等。在工业装置中，由于实际所采用的流速足够高，流体与催化剂颗粒间的温差和浓差，除少数强放热反应外，都可忽略。对于固定床反应器来讲最重要的是处理好床层中的传热和催化剂粒子内扩散传质的影响。一、固定床反应器设计碳四馏分选择性加氢反应器一般采用绝热固定床反应器。在工程上要确定反应器的几何尺寸，首先得确定出一定生产能力下所需的催化剂容积，再根据高径比确定反应器几何尺寸。反应器的设计主要依据试验结果和技术要求确定的参数，对反应器的大小及高径比、催化剂床层和液体分布板等进行计算和设计。 1. 设计参数反应器进口温度： 20℃ 进口压力：0.1MPa 进料量(含氢气进料组分) 体积流量：197.8m 3/h 质量流量：3951kg/h 液相体积空速：400h -1 2. 催化剂床层设计计算正常状态下反应器总进料量为2040m 3/h 液体体积空速400h -1 则催化剂用量3R V V V /S 2040/400 5.1m ===总催化剂堆密度3850/B kg m ρ= 催化剂质量850 5.14335B B R m V kg kg ρ=?=?= 求取最适宜的反应器直径D: 设不同D 时，其中高径比一般取2-10，设计反应器时，为了尽可能避免径向的影响，取反应器的长径比5，则算出反应器的直径和高度为：按正常进料量3 2040m h ／及液体空速400h -1，计算反应器的诸参数：取床层高度L=5m ，则截面积2R S V /L 5.1/51.02m === 床层直径 1.140D m == 因此,圆整可得反应器内径可以选择1200mm

实验气固流化床反应器流化特性测定

实验四气固流化床反应器的流化特性测定一、实验目的 1. 观察了解气固流化床反应器中不同气速下固体粒子的流化状况，建立起对流态化过程的感性认识。 2. 了解和掌握临界流化速度U mf 和起始鼓泡速度U mb 的测量原理、方法和步骤，明确细粒子流化床的基本特性。 3. 通过对U mf 和U mb 的测定，进一步理解两相理论以及临界流化速度与起始鼓泡速度的区别。二、实验原理 1．在气固流化床反应器中，气体通过床层的压力降△P 与空床速度U 0之间的关系能够很好地描述床层的流化过程。如图1所示：气体自下向上流过床层。当气速很小时，气体通过床层的压力降△P 与空床速度U 0在对数坐标图上呈直线关系（图1中的AB 段）；当气速逐渐增大到△P 大致等于单位面积的重量时，△P 达到一极值（图1中P 点）；流速继续增大时，△P 略有降低；此后床层压力降△P 基本不随流速而变。此时将流速慢慢降低，开始时与前一样△P 基本不变，直到D 点以后，△P 则随流速的降低而降低，不再出现△P 的极大值，最后，固体粒子又互相接触，而成静止的固定床。 2．在一正常速度下，处于正常流化的流化床，如果突然关闭气源，则由于床层中有气泡存在，以气泡形式存在的气体首先迅速逸出床层，床层高度迅速下降；而后是浓相中的气体逸出，床层等速下降；最后是粒子的重量将粒子间的部分气体挤出，床层高度变化很小。由此可得其床层高度随时间变化的崩溃曲线（如图2所示）。因此，可以设想，如果床层中图1 △P ～ U 关系 log U l o g △P

1 2 3 4 6 5 t (sec) 260 270 280 290 300 H T H D H D 图2 H T ～ t 关系没有气泡，则床层一开始就随时间等速下降，所以，将上述崩溃曲线中的等速部分外推到t=0处时的床层高度，即为浓相床层的高度H D 。这样，只要重复上述过程，多做几条崩溃曲线，总可以找到一条曲线，这条曲线正好无气泡逸出段，开始就是等速下降的起点。与此相应的气速即为起始鼓泡速度U mb 。根据△P 的情况，还可以了解床内的动态，如沟流和节涌等等。三、实验装置与流程如图3所示：本实验所用的流化床为 100×4mm 的有机玻璃制成的。床体上装有扩大管和过滤装置，以回收稀相段的微细粒子。气体分布板为多孔筛板，开孔率为1%。图3 实验装置

流化床反应器的设计

流化床反应器的设计 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

丙烯腈流化床反应器的设计 1 设计生产能力及操作条件反应温度为：440℃ 反应压力为：1atm 丙烯腈氨氧化法催化剂选用：sac-2000 催化剂粒径范围为：44～88μm 催化剂平均粒径为：50μm 催化剂平均密度为：1200kg/m3 催化剂装填密度为：640kg/m3 催化性能：丙烯腈单收>%；乙腈单收<%；氢氰酸单收<% 耐磨强度<% 接触时间：10s 流化床反应器设计处理能力：h 2 操作气速的选择流化床的操作气速U0=s，为防止副反应的进行，本流化床反应器设计密相和稀相两段，现在分别对其直径进行核算。

3 流化床床径的确定密相段直径的确定本流化床反应器设计处理能力为h原料气体,根据公式: V-气体体积流量，m3/s U0-流化床操作气速，m/s 即流化床反应器浓相段的公称直径为DN= 稀相段直径的确定稀相段直径和密相段直径一样，即D T1= 即流化床反应器稀相段的公称直径为DN= 扩大段直径的确定在该段反应器中，扩大反应器的体积，可以减缓催化剂结焦，以及抑制副反应的生产，可采用经验把此段操作气速取为稀相段操作气速的一半。即: 将流速带入公式中: 即流化床反应器扩大段的公称直径为DN= 4 流化床床高流化床的基本结构床高分为三个部分，即反应段，扩大段以及锥形段高度。

流化床反应器的设计概论

焦作大学毕业论文（设计）题目：流化床反应器的设计概论姓名：常青雪年级： 1205062 院系：化工与环境工程学院专业：化学工程指导老师：付金峰完成时间： 2015年5月19日

目录第一章概述 (2) 1.1 流态化基本概念 (2) 1.1.1 概念 (2) (4) (5) (7) 第二章流化床反应器的结构、参数及其工艺计算 (8) 2.1 理想流体的流化床的流化速度 (8) (9) (9) (11) 2.2 流化床反应器的床型 (13) 3.1 传质概率与传质微分方程 (16) 3.1.1 混合物组成的表示方法 (16) 3.1.2 传质的通量 (17) 3.2质量传递的基本方式 (18) 3.2.1 分子传质 (18) 3.2流化床的传热 (21) 第四章数据处理及结论 (22) 4.1数据处理 (22) 4.1.1 质量衡算 (22) (23) (25) 致谢 (29) 参考文献........................................... 错误！未定义书签。

第一章概述流化床反应器比较适用于强烈放热、催化剂易于失活的有机反应过程。在流化床反应器中工业催化剂除具有良好的活性、产品选择性和稳定性外，还必须满足一定的粒度分布要求并具有良好的硫化性能和耐磨性。流化床反应器的传质、传热效果好，升温降温时温度分布稳定，催化剂可以连续再生，反应器单位产量大，单位投资抵等优点。 1.1 流态化基本概念 1.1.1 概念一般指固体流态化，又称假液化，简称流化，它是利用流动流体的作用，将固体颗粒群悬浮起来，从而使固体颗粒具有某些流体表观特征，利用这种流体与固体间的接触方式实现生产过程的操作，称为流态化技术，属于粉体工程的研究范畴。流态化技术是一种强化流体(气体或液体)与固体颗粒间相互作用的操作，如在直立的容器内间歇地或连续地加入颗粒状固体物料，控制流体以一定速度由底部通入，使其压力降等于或略大于单位截面上固体颗粒的重量，固体颗粒即呈悬浮状运动而不致被流体带走。优点：

固定床-流化床-浆态床的优缺点

流化床反应器的设计

流化床反应器的设计 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】

即流化床反应器浓相段的公称直径为DN= 稀相段直径的确定稀相段直径和密相段直径一样，即D T1= 即流化床反应器稀相段的公称直径为DN= 扩大段直径的确定在该段反应器中，扩大反应器的体积，可以减缓催化剂结焦，以及抑制副反应的生产，可采用经验把此段操作气速取为稀相段操作气速的一半。即: 将流速带入公式中: 即流化床反应器扩大段的公称直径为DN= 4 流化床床高流化床的基本结构床高分为三个部分，即反应段，扩大段以及锥形段高度。催化剂用量及床高催化剂的总体积V R （m 3）是决定反应器主要尺寸的基本依据。原料气体处理量为V=s 。其中静床高度计算式为：催化剂堆体积为：33.681083.6m t V V r =?=?=接触气体催化剂质量为：kg V m r 437123.68640=?=?=堆催化剂ρ 故静床高度为：密相段的高度：m H H mf 4.117.5221=?== 稀相段的高度：m D H T 8.79.32212=?==

流化床反应器

流化床反应器 fluidized bed reactor(FBR) : 一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。在用于气固系统时，又称沸腾床反应器。流态化过程：当流体向上流过颗粒床层时，其运动状态是变化的。流速较低时，颗粒静止不动，流体只在颗粒之间的缝隙中通过。当流速增加到某一速度之后，颗粒不再由分布板所支持，而全部由流体的摩擦力所承托。此时，对于单个颗粒来讲，它不再依靠与其他邻近颗粒的接触而维持它的空间位置，相反地，在失去了以前的机械支承后，每个颗粒可在床层中自由运动；就整个床层而言，具有了许多类似流体的性质。这种状态就被称为流态化。颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低速度，称为临界流化速度。流化床的性质：（1）在任一高度的静压近似于在此高度以上单位床截面内固体颗粒的重量；（2）无论床层如何倾斜，床表面总是保持水平，床层的形状也保持容器的形状；（3）床内固体颗粒可以像流体一样从底部或侧面的孔口中排出；（4）密度高于床层表观密度的物体在床内会下沉，密度小的物体会

浮在床面上；（5）床内颗粒混合良好，因此，当加热床层时，整个床层的温度基本均匀。一般的液固流态化，颗粒均匀地分散于床层中，称之为“散式”流态化；一般的气固流态化，气体并不均匀地流过颗粒床层，一部分气体形成气泡经床层短路逸出，颗粒则被分成群体作湍流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化，因此这种流态化称为“聚式”流态化。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。但另一方面，由于返混严重，可对反应器的效率和反应的选择性带来一定影响。再加上气固流化床中气泡的存在使得气固接触变差，导致气体反应得不完全。因此，通常不宜用于要求单程转化率很高的反应。此外，固体颗粒的磨损和气流中的粉尘夹带，也使流化床的应用受到一定限制。为了限制返混，可采用多层流化床或在床内设置内部构件。这样便可在床内建立起一定的浓度差或温度差。此外，由于气体得到再分布，气固间的接触亦可有所改善。近年来，细颗粒和高气速的湍流流化床及高速流化床均已有工业应用。在气速高于颗粒夹带速度的条件下，通过固体的循环以维持床层，由于强化了气固两相间的接触，特别有利于相际传质阻力居重要地位的情况。但另一方面由于大量的固体颗粒被气体夹带而出，需要

浅析聚丙烯装置中流化床反应器

浅析聚丙烯装置中流化床反应器目前，在化工、石油、冶金、核工业等部门流化床反应器已得到广泛应用。流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉，但现代流化反应技术的开拓，是以40年代石油催化裂化为代表的。一、流化床反应器的分类及结构按流化床反应器的应用可分为两类：一类的加工对象主要是固体，如矿石的焙烧，称为固相加工过程；另一类的加工对象主要是流体，如石油催化裂化、酶反应过程等催化反应过程，称为流体相加工过程。流化床反应器的结构有两种形式：①有固体物料连续进料和出料装置，用于固相加工过程或催化剂迅速失活的流体相加工过程。例如催化裂化过程，催化剂在几分钟内即显著失活，须不断予以分离后进行再生。②无固体物料连续进料和出料装置，用于固体颗粒性状在相当长时间（如半年或一年）内，不发生明显变化的反应过程。近年来，细颗粒和高气速的湍流流化床及高速流化床均已有工业应用。在气速高于颗粒夹带速度的条件下，通过固体的循环以维持床层，由于强化了气固两相间的接触，特别有利于相际传质阻力居重要地位的情况。但另一方面由于大量的固体颗粒被气体夹带而出，需要进行分离并再循环返回床层，因此，对气固分离的要求也就很高了。二、UnipoITM聚丙烯流化床反应系统某石化企业UnipoITM聚丙烯装置流化床反应系统主要是由4台工艺设备组成：A、流化床反应器。B、产品出料系统。C、循环气压缩机。D、冷却器。Unipol聚丙烯工艺是一套简单、精致的系统，其特点是使用气相流化床反应器。与一些竞争者使用的液相工艺不同的是，Unipol聚丙烯工艺设计更简单，并且不需要有处理、分离和回收溶剂的设备。Unipol聚丙烯工艺由一台或两台气相流化床反应器组成。反应器内部没有移动部件或机械气固分离系统。单台反应器可生产均

第七章流化床反应器

第七章流化床反应器 1.所谓流态化就是固体粒子像_______一样进行流动的现象。（流体） 2.对于流化床反应器，当流速达到某一限值，床层刚刚能被托动时，床内粒子就开始流化起来了，这时的流体空线速称为_______。（起始流化速度） 3.对于液—固系统的流化床，流体与粒子的密度相差不大，故起始流化速度一般很小，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_______。（散式流化床） 4.对于气—固系统的流化床反应器，只有细颗粒床，才有明显的膨胀，待气速达到_______后才出现气泡；而对粗颗粒系统，则一旦气速超过起始流化速度后，就出现气泡，这些通称为_______。（起始鼓泡速度、鼓泡床） 5.对于气—固系统的流化床反应器的粗颗粒系统，气速超过起始流化速度后，就出现气泡，气速愈高，气泡的聚并及造成的扰动亦愈剧烈，使床层波动频繁，这种流化床称为_______。（聚式流化床） 6.对于气—固系统的流化床反应器，气泡在上升过程中聚并并增大占据整个床层，将固体粒子一节节向上推动，直到某一位置崩落为止，这种情况叫_______。（节涌） 7.对于流化床反应器，当气速增大到某一定值时，流体对粒子的曳力与粒子的重力相等，则粒子会被气流带出，这一速度称为_______。（带出速度或终端速度） 8.对于流化床反应器，当气速增大到某一定值时，流体对粒子的_______与粒子的_______相等，则粒子会被气流带出，这一速度称为带出速度。（曳力、重力） 9.流化床反应器的mf t u u /的范围大致在10～90之间，粒子愈细，比值_______，即表示从能够流化起来到被带出为止的这一范围就愈广。（愈大） 10.流化床反应器中的操作气速0U 是根据具体情况定的，一般取流化数mf U U 0在_______范围内。（1.5～10） 11.对于气—固相流化床，部分气体是以起始流化速度流经粒子之间的空隙外，多余的气体都以气泡状态通过床层，因此人们把气泡与气泡以外的密相床部分分别称为_______与_______。（泡相、乳相） 12.气—固相反应系统的流化床中的气泡，在其尾部区域，由于压力比近傍稍低，颗粒被卷了进来，形成了局部涡流，这一区域称为_______。（尾涡） 13.气—固相反应系统的流化床中的气泡在上升过程中，当气泡大到其上升速度超过乳相气速时，就有部分气体穿过气泡形成环流，在泡外形成一层所谓的_______。（气泡云） 14.气—固相反应系统的流化床反应器中的气泡，_______和_______总称为气泡晕。（尾涡、气泡云） 15.气—固相反应系统的流化床中，气泡尾涡的体积W V 约为气泡体积b V 的_______。（1/3） 16.气—固相反应系统的流化床，全部气泡所占床层的体积分率b δ可根据流化床高f L 和起始流化床高mf L 来进行计算，计算式为=b δ_______。（f mf f L L L -） 17.在气—固相反应系统的流化床中设置分布板，其宗旨是使气体_______、_______、_______和_______为宜。（分布均匀、防止积料、结构简单、材料节省） 18.在流化床中设计筛孔分布板时，可根据空床气速0u 定出分布板单位截面的开孔数 or N =_______。（or or u d u 20 4） 19.在流化床中设计筛孔分布板时，通常分布板开孔率应取约_______，以保证一定的压降。（1%） 20.在流化床中为了传热或控制气—固相间的接触，常在床内设置内部构件，以垂直管最为常用，它同时具有_______，_______并甚至_______的作用。（传热、控制气泡聚、减少颗粒

生物流化床工艺优缺点

一、生物流化床工艺优缺点生物流化床技术起始于20世纪70年代初，是一种新型的生物膜法工艺，生物流化床将普通的活性污泥法和生物膜法的优点有机结合在一起，并引入化工领域的流化技术处理有机废水。生物流化床是以微粒状填料如砂、活性炭、焦炭、多孔球等作为微生物载体，将空气（或氧气）、废水同时泵入反应器，使载体处于流化状态，反应器内固、液、气充分传质、混合，污水充氧和载体流化同时进行，通过载体表面上不断生长的生物膜吸附、氧化并分解废水中的有机物，颗粒之间剧烈碰撞，生物膜表面不断更新，微生物始终处于生长旺盛阶段，高效地对废水中污染物进行生物降解。容积负荷高，占地面积小由于BFB采用颗粒、甚至粉末填料，比表面积大，故流化床内能维持极高的微生物量（40-50g/l）；由于生物膜表面不断更新，微生物始终处于高活性状态，加之良好的传质条件，废水中的基质在反应器中与均匀分散的生物膜充分接触而被快速降解去除。BFB容积负荷可高达6-10kgBOD/m3.d，是一般活性污泥法高10～20倍。耐冲击负荷能力强，能适应各种污水在BFB中，污水和填料之间充分循环流动、传质混合，使反应器具有极大的稀释扩散能力，废水进入反应器后被迅速地混合和稀释；BFB生物膜更新速度快，使其保持着良好的生物活性，废水中的基质在反应器中与均匀分散的生物膜充分接触而被迅速降解而被稀释，从而对负荷突然变化的影响起到缓冲作用；微生物主要以生物膜形式存在，对原水中毒性物质抵抗能力强，从而使系统具有很强的抗冲击复合能力，当出现冲击负荷时，COD去除率开始可能会下降，但很快就恢复正常，通常情况下不需要设调节池。氧传质效率高：氧是一种难溶性气体，其从气相向液相转移过程中，传质阻力主要来自于液膜，液膜厚度是氧向水相转移的主要限制因素，BFB通过填料对气体切割，大气泡被切割成无数的小气泡或微小气泡，增加接触比表面积，延长气体在水相停留时间，明显压缩液膜和气膜厚度，大大提高氧船只效率；和普通接触氧化生物膜相比，BFB载体表面的生物膜较薄，有利于氧气和有机物等的传质，提高氧利用率；和活性污泥法相比，载体的投加降低反应器悬浮污泥浓度和粘度，使系统氧转化效率提高。在正常的载体填充量范围内，随着载体填充量及生物浓度增加微生物耗氧速率加快，可随氧气向水中的传递系数增大得到补偿，避免由于生物浓度增加而造成好氧废水生物处理中溶解氧不足的不利影响。但如果填料投放量过大，填料在水中流化效果差，紊动程度也降低，使得氧传递速率下降，氧利用率降低，加上填料本身对水中溶解氧的有一定吸附作用，这会造成水中溶解氧减少。生物膜厚度可控，系统更稳定： BFB可通过曝气量控制填料剪切力，而控制生物膜厚度，而接触氧化生物膜厚度不可控； BFB结合了载体的流化机理、吸附机理、生物化学机理，将传统的活性污泥法和生物膜法优势结合起来，使系统既具有接触氧化法高生物量和微生物活性、高容积负荷、强抗冲击负荷能力、占地面积小，又具有活性污泥法的高传质效率，系统稳定，同时还具有氧转化效率高，生物膜厚度可控等优点，可适应不同浓度，不同种类的污水处理。 BFB始于70年代初，推广远不如活性污泥和接触氧化，原因在于其自身的一些瓶颈问题：如能耗大，虽然氧传质效率高，但曝气不仅是要生物降解提供溶氧，还必须保持载体流化状态；流化床内部的流态化特性十分复杂，对其流体力学特征研究严重不足，给放大设计造成了困难；泥水分离靠重力作用，载体易流失，出水水质较差。

反应器选型与设计完结版

反应器选型与设计完结版 This manuscript was revised by the office on December 10, 2020.

反应器选型与设计一、反应器类型反应器设备种类很多，按结构型式分，大致可分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。釜式反应器：反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应器出口物料的浓度和温度。物料质点在反应器内停留时间有长有短，存在不同停留时间物料的混合，即返混程度最大。应器内物料所有参数，如浓度、温度等都不随时间变化，从而不存在时间这个自变量。优点：适用范围广泛，投资少，投产容易，可以方便地改变反应内容。缺点：换热面积小，反应温度不易控制，停留时间不一致。绝大多数用于有液相参与的反应，如：液液、液固、气液、气液固反应等。管式反应器 ①由于反应物的分子在反应器内停留时间相等，所以在反应器内任何一点上的反应物浓度和化学反应速度都不随时间而变化，只随管长变化。 ②管式反应器具有容积小、比表面大、单位容积的传热面积大，特别适用于热效应较大的反应。 ③由于反应物在管式反应器中反应速度快、流速快，所以它的生产能力高。 ④管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。 ⑤和釜式反应器相比较，其返混较小，在流速较低的情况下，其管内流体流型接近与理想流体。 ⑥管式反应器既适用于液相反应，又适用于气相反应。用于加压反应尤为合适。固定床反应器固定床反应器的优点是：①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。②催化剂机械损耗小。③结构简单。固定床反应器的缺点是：①传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。②操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。 1. 4 流化床反应器（1）流化床反应器的优点 ①由于可采用细粉颗粒，并在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大（可高达 16400m2/m3），有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。 3280 ~ ②由于颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致，床层 400/(2)]，全床热容量大，热稳定性高，这些都与内浸换热表面间的传热系数很高[200 ~ 有利于强放热反应的等温操作。这是许多工艺过程的反应装置选择流化床的重要原因之一。流化床内的颗粒群有类似流体的性质，可以大量地从装置中移出、引入，并可以在两个流化床之间大量循环。这使得一些反应—再生、吸热—放热、正反应—逆反应等反应耦合过程和反应—分离耦合过程得以实现。使得易失活催化剂能在工程中使用。（2）流化床反应器的缺点

实验气固流化床反应器流化特性测定

B o l 实验四气固流化床反应器的流化特性测定一、实验目的 1. 观察了解气固流化床反应器中不同气速下固体粒子的流化状况，建立起对流态化过程的感性认识。 2. 了解和掌握临界流化速度 U mf 和起始鼓泡速度 U mb 的测量原理、方法和步骤，明确细粒子流化床的基本特性。 3. 通过对 U mf 和 U mb 的测定，进一步理解两相理论以及临界流化速度与起始鼓泡速度的区别。二、实验原理 △ 1．在气固流化床反应器中，气体通过床层的压力降 P 与空床速度 U 0 之间的关系能够很好地描述床层的流化过程。如图 1 所示：气体自下向上流过床层。当气速很小时，气体通过床层的压力降 △P 与空床速度 U 0 在对数坐标图上呈直线关系（图 1 中的 AB 段）；当气速逐渐增大到 △P 大致等于单位面积的重量时， △P 达到一极值（图 1 中 P 点）；流速继续增大时， △ P 略有降低；此后床层压力降 △P 基本不随流速而变。此时将流速慢慢降低，开始时与前一样 △ P 基本不变，直到 D 点以后， △P 则随流速的降低而降低，不再出现 △P 的极大值，最后，固体粒子又互相接触，而成静止的固定床。 2．在一正常速度下，处于正常流化的流化床，如果突然关闭气源，则由于床层中有气泡存在，以气泡形式存在的气体首先迅速逸出床层，床层高度迅速下降；而后是浓相中的气体逸出，床层等速下降；最后是粒子的重量将粒子间的部分气体挤出，床层高度变化很小。由此可得其床层高度随时间变化的崩溃曲线（如图 2 所示）。因此，可以设想，如果床层中 △P g A P log U 图 1 △P ～ U 关系 1 / 4 D

实验一 流化床反应器的特性测定

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