固定床流化床设计计算

反应操作单元（固定床、流化床、釜式、管式、塔式反应器）机械化、自动化设计指导方案目录1反应物系的相态化学反应是指分子破裂成原子，原子重新排列组合生成新分子的过程。

按反应物系的相态来分类，化学反应分为均相反应和多相反应，其中均相反应分为气相均相、液相均相、固相均相三类；多相反应分为气-固、气-液、液-液、液-固、固-固、气-液-固等六类。

2反应器类型反应器是一种实现反应过程的设备，根据不同特性，有不同的分类，工业生产中常用的五种反应器有固定床反应器、流化床反应器、釜式反应器、管式反应器、塔式反应器。

2.1固定床反应器化学工业中最为常用的气固相反应器主要是固定床反应器。

凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器,其中尤以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-固相催化反应器占最主要的地位。

如炼油工业中的催化重整，异构化，基本化学工业中的氨合成、天然气转化，石油化工中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙苯脱氢制苯乙烯等等。

此外还有不少非催化的气-固相反应，如水煤气的生产，氮与电石反应生成石灰氮(CaCN2)以及许多矿物的焙烧等，也都采用固定床反应器。

2.2流化床反应器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，可使操作连续，生产强化，过程简化。

具有传热效率较高、床层温度分布均匀、相间接触面积很大、固体粒子输送方便等优点。

流态化的过程与流化床的结构紧密联系，要根据生产任务正确识别流化床反应器及其附属设备。

流化床反应器是将流态化技术应用于流体（通常指气体）、固相化学反应的设备。

有气-固相流化床催化反应器和气-固相流化床非催化反应器两种。

以-定的流动速率使固体催化剂颗粒呈悬浮湍动，并在催化剂作用下进行化学反应的设备称为气-固相流化床催化反应器（常简称为流化床），它是气-固相催化反应常用的一种。

流化床反应器的结构形式很多，除单器外，还有双器流化床反应器。

固定床、移动床、流化床反应器，这三种反应器被誉为是工业生产中不可或缺的重要设备。

它们虽然都是制造工业生产中的设备，但它们各有所长，各有其优缺点。

一、首先，“床”指的是什么？大量固体颗粒堆积在一起，便形成了具有一定高度的颗粒床层，这就是名称里的"床"。

这些固体颗粒可以是反应物，也可以是催化剂。

二、如何区分固定床、移动床、流化床反应器如果这个颗粒床层是固定不动的，就叫固定床。

如果这个颗粒床层是整体移动的，固体颗粒自顶部连续加入，又从底部卸出，颗粒相互之间没有相对运动，而是以一个整体的状态移动，叫做移动床。

当流体（气体或液体）通过颗粒床层时，进行反应。

如果将流体通过床层的速度提高到一定数值，固体颗粒已经不能维持不变的状态，全部悬浮于流体之中，固体颗粒之间进行的是无规则运动，整个固体颗粒的床层，可以像流体一样流动，这即是流动床。

下面，小七为大家详细的介绍这三种反应器。

三、固定床反应器又称填充床反应器，内部装填有固体催化剂或固体反应物，以实现多相反应。

固体物通常呈颗粒状，堆积成一定高度（或厚度）的床层，床层静止不动，流体通过床层进行反应。

固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。

用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。

涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。

1、优点•催化剂机械磨损小。

•床层内流体的流动接近于平推流，与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。

•由于停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和转化率。

•可在高温高压下操作。

2、缺点•固定床中的传热较差。

•催化剂的再生、更换均不方便，催化剂的更换必须停产进行。

•不能使用细粒催化剂，但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。

流化床设计手册摘要：I.引言- 流化床设计手册的概述II.流化床的定义和原理- 流化床的定义- 流化床的工作原理III.流化床的类型和应用- 流化床的类型- 流化床的应用领域IV.流化床设计的基本要素- 流化床的尺寸- 流化床的材料选择- 流化床的气体分布系统V.流化床的设计流程- 设计目标确定- 设计方案选择- 设计参数优化VI.流化床的运行维护- 启动和停止流化床的操作- 流化床的常见故障及处理方法VII.结论- 流化床设计手册的总结正文：【引言】流化床设计手册详细介绍了流化床的设计原理、方法及其在工业生产中的应用。

流化床是一种重要的化工设备，广泛应用于石化、化肥、煤化工等行业。

本手册旨在为工程技术人员提供一套关于流化床设计的实用指南。

【流化床的定义和原理】流化床是一种固- 气两相反应器，通过将固定床的固体颗粒物料流化，实现物料与气体的混合、反应和传递。

流化床的工作原理是利用高速气流使固体颗粒物料悬浮，形成流化状态。

在流化状态下，固体颗粒物料具有良好的流动性、传热性和传质性。

【流化床的类型和应用】流化床的类型主要有：传统流化床、循环流化床、沸腾流化床等。

这些类型的流化床在不同的工业领域有着广泛的应用，如石化行业的催化裂化、加氢裂化等反应过程，化肥行业的尿素合成、硝酸铵生产等过程，以及煤化工行业的煤气化、煤制油等过程。

【流化床设计的基本要素】流化床设计的基本要素包括尺寸、材料选择和气体分布系统。

尺寸设计要考虑床层高度、床径和床长等因素，以满足工艺要求。

材料选择要充分考虑耐磨、耐腐蚀、热传导等性能。

气体分布系统的设计要保证流化床内气体分布均匀，以避免局部热点和流化不良。

【流化床的设计流程】流化床的设计流程包括确定设计目标、选择设计方案和优化设计参数。

设计目标要根据工艺要求明确，如提高产能、降低能耗等。

设计方案选择要综合考虑设备结构、工艺条件等因素。

设计参数优化要通过计算、模拟等方法，对设计方案进行调整，以提高设计质量。

四种反应器形式比较一、固定床反应器（一）概念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。

例如石油炼制工业中的加氢裂化、歧化、异构化、加氢精制等；无机化学工业中的合成氨、硫酸、天然气转化等；有机化学工业中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙烯水合制乙醇、乙苯脱氧制苯乙烯、苯加氢制环己烷等。

（二）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。

1、优点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。

2、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，导致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，而使物料温度升高，这又促使反应以更快的速度进行，放出更多的热量，物料温度继续升高，直到反应物浓度降低，反应速度减慢，传热速度超过了反应速度时，温度才逐渐下降。

所以在放热反应时，通常在换热式反应器的轴向存在一个最高的温度点，称为“热点”。

如设计或操作不当，则在强放热反应时，床内热点温度会超过工艺允许的最高温度，甚至失去控制而出现“飞温”。

此时，对反应的选择性、催化剂的活性和寿命、设备的强度等均极不利。

2）不能使用细粒催化剂，否则流体阻力增大，破坏了正常操作，所以催化剂的活性内表面得不到充分利用。

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Q[m 3〔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：5210013.1273360041⨯⨯⨯⨯=P T u D Q R π P u TQ P u Q T D R ⋅⋅=⋅⋅⨯⨯⨯⨯⨯=ππ828.9132.4360027310013.145 〔2-30〕式中 Q ——气体的体积流量，m 3/h ；D R ——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 ，一般取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L D 。

013.12733600412P T u D Q t L ⋅⋅⋅⋅=π P u TQD t L ⨯⨯⨯=π828.9013.14〔2-31〕2.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mf L ，流化床高f L 与别离段高度D L 。

临界流化床高mf L ，也称静止床高D L 。

对于一定的流化床直径和操作气速，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W P 〔kg/h 〕，然后根据要求的接触时间τ〔h 〕，求出固体物料在反响器内的装载量M 〔kg 〕，继而求出临界流化床时的床高mf L 。

生物接触氧化法固定床与流化床比较
1、固定床一般用弹性填料，半软性填料，比表面积只有100-180m3/m2；流化床用立体柱状空心填料，比表面积可达到1000 m3/m2。

2、固定床填料更换麻烦，需更换支架，要固定安装；流化床填料更换简单，只需从柱修孔加入即可。

3、固定床填料寿命一般只有2-3年；流化床立体柱状空心填料寿命在10年以上。

4、固定床填料生物相单一，水力停留时间长；流化床填料集硝化与反硝化于一体，生物相集中，处理效率高，水力停留时间短。

5、固定床设备体积大，占地多，投资高；流化床设备体积小，占地少，投资省。

6、陶粒每二年增加10%，生物炭每二年增加5%。

7、系统剩余污泥一般为3-6个月抽吸一次，具体时间根据实际定。

江苏鹏鹞集团有限公司
吴彩莉
2002年1月31日
北京西二旗创业者家园污水排放标准
江苏鹏鹞集团有限公司
吴彩莉
2002年1月31日。

流化床最小流化速度
流化床是一种广泛应用于化工、冶金、能源等领域的反应器。

它利用气体或液体通过颗粒状固体床层时产生的流化现象来实现固-流体之间的良好接触和传质传热。

流化床的性能和操作条件与最小流化速度密切相关。

最小流化速度是指使固体颗粒完全流化所需的最小流体速度。

当流体速度低于最小流化速度时,床层处于固定床状态;当流体速度高于最小流化速度时,床层开始膨胀并达到流化状态。

因此,最小流化速度是流化床从固定床向流化床转变的临界点。

最小流化速度的大小取决于多个因素,包括颗粒物性(粒径、形状、密度等)、流体物性(密度、黏度等)以及操作条件(温度、压力等)。

一般来说,较小的颗粒粒径、较大的颗粒密度和较低的流体黏度有利于降低最小流化速度。

准确测定最小流化速度对于流化床的设计、启动和操作控制至关重要。

过高的气流速度会导致过度流化、粉尘飞扬等问题;过低的气流速度则无法实现充分流化。

因此,通过理论计算或实验测量来确定最小流化速度具有重要意义。

化工原理课程设计任务书设计任务：年处理_1.6__万吨某颗粒状物质从气流干燥器来的细颗粒物料，其中含水量为8%（湿基，下同），要求在卧式多室流化床中干燥至0.8%。

已知参数如下：被干燥物料：处理湿物料量G 1 2000kg/h 平衡含水量X * 0颗粒密度ρs 1400kg/m3 临界含水量X c 0.013kg 水/kg 绝干料 堆积密度ρb 450kg/ m 3颗粒平均直径d m 0.15mm 干物料比热容c s 1.256 kJ ／(kg·℃) 进口温度θ1 30℃在干燥系统要求收率99.5%（回收5μm 以上颗粒）干燥介质——湿空气：进预热器温度t 0 30℃进干燥器温度t 1 100℃初始湿度H 0 0.013kg ／kg 绝干气热源：392.4kPa 的饱和水蒸气。

年工作日------300天，连续生产试设计干燥器主体并选择合适的风机及气固分离设备。

图纸：带控制点工艺流程图一张（A3图纸）；主体设备工艺条件图一张（A2图纸）。

前 言干燥是一门跨学科、跨行业、具有实验科学性的技术。

传统的干燥器主要有箱式干燥器、隧道干燥器、转筒干燥器、带式干燥器、盘式干燥器、桨叶式干燥器、流化床干燥器、喷动床干燥器、喷雾干燥器、气流干燥器、真空冷冻干燥器、太阳能干燥器、微波和高频干燥器、红外热能干燥器等。

干燥设备制作是密集型产业，我国的国产干燥设备价格相对低廉，因此具有较强的竞争力。

主要包括：（1）物料静止型或物料输送型干燥器；（2）物料搅拌型干燥器；（3）物料热风输送型干燥器；（4）物料移动状态；（5）辐射能干燥器将大量固体颗粒悬浮于运动着的流体之中，从而使颗粒具有类似于流体的某些表观特性，这种接触状态称为固体流态化。

流化床干燥器就是将流态化技术应用于固体颗粒干燥器德 一种工业设备，目前在化工、轻工医学、食品以及建材工业中得到广泛的应用。

流化干燥器又名沸腾干燥器，是固体流态化技术在干燥器上的应用。

流化床停留时间的计算
流化床停留时间是指颗粒物料在流化床内停留的平均时间，通常用公式来计算。

停留时间可以通过以下公式计算得出：
停留时间 = 床层高度 / 上升气流速度。

其中，床层高度是指流化床内颗粒物料的高度，上升气流速度是指流化床内气体上升的速度。

另外，还可以通过以下公式计算停留时间：
停留时间 = 床层密度 / (床层压降床层孔隙率上升气流速度)。

在这个公式中，床层密度是指颗粒物料在流化床内的密度，床层压降是指气体通过床层时的压力降，床层孔隙率是指床层内气体所占的体积比例。

需要注意的是，这些公式都是理论计算，实际情况中可能会受
到多种因素的影响，包括颗粒物料的性质、流化床的设计参数等。

因此在实际应用中，需要根据具体情况进行调整和修正。

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32040m 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 此时，床层高度02244 5.1L 4.5123.14 1.2R V m D π⨯===⨯ 反应器选型表4-1和表4-2为反应器类型。