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1、流化床反响器结构尺寸及反响器压力降的计算 流化床的床径与床高是工业流化床反响器的两个主要结构 尺寸。对于工业中的化学反响，尤其是催化反响所用的流化装置， 首先要用实验来确定主要反响的本征速率，然后才可选择反响 器，结合传递效应建立数学模型。鉴于模型本身存在不确切性， 因此还需要进行中间试验。这里就非催化气固流化床反响器的直 径与床高确实定作简要介绍，有关催化流化床可查阅有关资料。1. 流化床直径 当生产规模确定后，通过物料衡算得出通过床层的总气量Qm3标/h。用前面介绍的方法，根据反响要求的温度、压力和气固物性，确定操作气速u那么有:Q =-兀 D 2 u x 3600 x4R273xP1.0
2、13 x 1052-30D _ 4 x 1.013 x 105 x T x Q _ : 4.132TQ厂 273 x 3600 - u - P9.828兀 u P式中 Q气体的体积流量，m3/h；Dr反响器直径，m；T，P反响时的绝对温度K和绝对压力Pa；u以T、P计的表观气速，m/s, 般取1/2床高处的P进行计算。为了尽量减少气体中带出的颗粒，一般流化床反响器上部设置扩大段，扩大段直径由不允许吹出粒子的最小颗粒直径来确定。首先根据物料的物性参数与操作条件计算出此颗粒的自由沉降速度，然后按下式计算出扩大段直径DL1 273 PQ =-兀D2 u - 3600 -4LtT 1.013:4 x
3、1.013TQ9.828H x u x - 早t2-312.流化床床高一台完整的流化床反响器高度包括流化床高度、扩大段高 度和别离高度。而流化床高又包括临界流化床高 L ，流化床高 L mf f 与别离段高度L。D临界流化床高L，也称静止床高l。对于一定的流化床直 mfD径和操作气速，必须有一定的静止床高。对于生产过程，可根据 产量要求算出固体颗粒的进料量Wpkg/h，然后根据要求的接 触时间Th，求出固体物料在反响器内的装载量Mkg，继而 求出临界流化床时的床高l。即:mfM 二 W !s兀D2 L p兀D2 L p C-8)mf4 R mf mf 4 R mf - mfT =WWssLmf
4、2-32兀D 2 pR-mf知道了L后，可根据床层膨胀比R求出流化床的床高Lmf f床层的膨胀比定义为：R二L /L二(1 -8 )/(1 -8 )二P / p。其中pf mf mf m mf m和p分别为临界流化状态和实际操作条件下床层的平均密度。那 m么：2-33L 二 RLf由于气固系统的不稳定性，床面有一定的起伏，为使床层 稳定操作，一般在反响器计算时要考虑在床高之上增加一段高 度，使之能够适应床面的起伏，这一段高度称为稳定段高度，用 L 表示。它主要取决于床层的稳定性和操作中浓相床层的高度变D化范围。具有扩大段的流化床反响器，通常将内旋风别离器或过滤 管设置在扩大段中，因此这一段的高
5、度须视粉尘回收装置的尺寸 以及安装和检修的方便来决定。别离高度TDH确实定。所谓别离高度是指在床层上面空间 有这样一段高度，这段高度中，气流内夹带的颗粒浓度随高度而 变，而在超过这一高度后，颗粒浓度才趋于一定值而不再减小。 即从床层面算起至气流中颗粒夹带量接近正常值处的高度。它是 流化床反响器计算中的一个重要参数，所以许多人对此进行了研 究。如 Horio 提出的关联式TDH / D = (2.7D-0.36 - 0.7)exp(0.74uD-0.23)2-34RRR谢裕生等提出的关联式TDH 二(63.5/耳 TTg工式中耳=4.5% ；2-35气泡当量直径，m。尽管对 TDH 的研究很多，
6、但由于实验设备的结构、规模及实验条件的差异，使有些研究结果相差甚远，有些与生产实际也相差甚远，至今尚无公认的较好的关联式。3.流化床反响器压力降的计算流化床反响器的压力降主要包括气体分布板压力降、流化床 压力降和别离设备压力降。其中流化床压力降的计算已在前面讨 论过，此处只简单介绍分布板的压力降计算。1分布板的压力降设计分布板时，主要是确定分布板的压降和开孔率。流体 通过分布板的压降可用床内表观速度的速度头倍数来表示：u 2 pAP = 9.807 x Cf-DD 2p 2 g2-36式中AP分布板压降，Pa；D申一一开孔率；c 阻力系数，其值在1.52.5之间，对于锥帽侧缝D式分布板，取 2
7、.0。2分布板的临界压力降分布板通过对流体流过设置一定的阻力或压降，并且这种 阻力大于气体流股沿整个床截面重排的阻力，起到破坏流股而均 匀分布气体的作用。或者说只有当分布板的阻力大到足以克服聚 式流态化原生不稳定性的恶性引发时，分布板才有可能将已经建 立的良好起始流态化条件稳定下来。因此在其它条件相同的情况 下，增大分布板的压降能起到改善分布气体和增加稳定性的作用。但是压降过大将无谓地消耗动力，这样就引出了分布板临界 压降的概念。临界压降是指分布板能起到均匀布气并具有良好稳定性的 最小压降，它与分布板下面的气体引入及分布板上的床层状况有 关。应当指出，均匀分布气体和良好稳定性这两点，对分布板临
8、 界压降的要求是不一样的。前者是由分布板下面的气体引入状况 所决定，后者由流态化床层所决定。分布板均匀分布气体是流化 床具有良好稳定性的前提，否那么就根本谈不上流化床会有良好 的稳定性。但是分布板即使具备了均匀分布气体的条件，流化床 也不一定稳定下来。这两者既有联系，又有区别。因此将分布板 的临界压降区分为分布气体临界压降和稳定性临界压降两种。在 设计计算中，分布板的压降应该大于或等于这两个临界压降。a.布气临界压降 上面提到布气临界压降与分布板下的气 体流型有关，因此会因预分布器的不同而变化。一般来说，有预 分布器时，布气临界压降会适当降低。王尊孝等测定了直径为0.51.0m不同开孔率的多孔
9、板空 床层的径向速度分布，发现多孔板径向速率分布仅与分布板开 孔率有关，与气流速度无关。当开孔率小于1时，径向速率分 布趋于均匀，其布气临界压降(AP )的关联式为:D dc(APD)dcp U 2=180002 g2-37b稳定性临界压降稳定性临界压降由流化床的状态所决定，随床层的变化而变化。为此，稳定性临界压降通常用床层压降的分率来表示。郭慕孙将流化床的不稳定性分为原生不稳定性与次生不稳 定性。前者与流化床内流体与固体特性有关，后者与设备结构有 关，特别与分布板的设计关系很大，并提出了分布板操作稳定与 否的一个判别准那么，就是分布板压降的大小。郭将分布板分为 低压降与高压降分布板，相应这两
10、种分布板的流化床总压降工厶 P随流速变化的趋势如图2-27所示。图中ABC曲线为低压降分 布板的特性，abc曲线为高压降分布板的特性。图2-29为低 压降分布板的流速分解示意图。图中EP=P+P，其中APDBD和P分别为气体通过分布板和床层的压降。B生町两So 一aqw畫图2-27低压降和高压降分布板特性图2-28低压降分布板的流速分解示意图低压降分布板在操作上是不稳定的。从图2-27可以看出，当气体以平均速度Uu流过系统时，假设分布均匀，那么应产 mf生一个总压降EP，它沿着图中的曲线ABC变化，但因为分布板的压降低，所以当U u以后，流体可能分解为二局部流动。一1局部以u， u u的流速流12过流化床，二者产生相同的压降SAP。换言之，当u u以后，min 1 一条表示等压降的水平线可与曲线有两个对应的流速交点，且分 解流动所产生的总压降低于均匀流动的总压降EP,所以这样 的系统是不稳定的。平均流速超过u以后，流速仍可能分解，直2至u u以后，床层才进入稳定流态化。3高压降分布板不会出现不稳定现象，其特性曲线u与EAP 单值对应，系统总压降始终上升，但过分增大分布板的压降是不 经济的。
