化学反应工程_第八章_流化床反应器

a. 对具有一定筛分的颗粒要用调和平均直径 。
dp 1 xi / d pi
式中, xi——颗粒各筛分的重量百分数； dPi——颗粒各筛分的平均直径；
dPi d1 d2 或 dPi (d1 d2 ) / 2
d1，d2 ——上、下筛目的尺寸。 b. 雷诺数中特性尺寸是颗粒的直径，密度和粘度是气体的物性。 d Pumf ρ Re P μ c.计算所得到的 u mf 要代入到雷诺数中，检验选用的公式是否符合规
（v）气泡占床层的体积分率 假设：进入床层的气流分为两个部分，一部分是以ub流动 的气泡，另一部分则以umf在乳相中流动。床层达到临界流态化 以后，床层高度增加的部分完全是气泡所作的贡献。 对气流进行物料衡算 （7-45）
u0 ubb umf (1 b ab )
故 或
（7-46） （7-47）
整理得
（7-2）
mf 是临 式中， S 是颗粒的形状系数，部分颗粒的 S 值可由手册查取。
界空隙率，其值与颗粒直径和形状等有关，也可由手册查取。若查不
到，可由以下二式估算。
1

3 S mf
14 ,
1 mf

2 S
3 mf
11
（7-5）
式（7-5）代入式（7-2）可导出
定的范围。
（2）带出速度 当气速增大到一定值时，流体对粒子的曳力与粒子的重力相等， 则粒子将会被气流带走，此时气体的空床速度即带出速度，或称终 端速度。 颗粒的带出速度等于其自由沉降速度，对球形固体颗粒，可用以 下公式计算：
ut
2 dp ( p ) g
18
2 2 1 3
Rep 0.4
0.36

(
p 18

)
g
,
如Rep
0.4
7.1-3特征流速:
7.1-3特征流速:
细粒子
Rep 0.4 大粒子
Rep 1000
Ut U mt

d
2 p
(
p


)g
/18
d
2 p
(
p


)g
/1650
91.6
Ut U mf
3.1d p ( p

)g
1
2


对于小粒子，左侧第一相省略
U mf
(s d p)2
150

p


g(
3 mf
1 mf
),如Rep

20
对于大粒子，左侧第二项省略
U
2 mf
sd p
1.75
p

g
3 mf
,
如Rep
1000
如 mf ,s都不知，可近似地取
1
s
3 mf
一般U 很mf 小。 膨胀式：膨胀均匀且波动很小，离子分布均匀。 鼓泡床：气速达到起始鼓泡速度U m（f 细粒）气速超过为鼓泡
床U m（b 粗粒），流化床中，床面以下为密相床，床面以上为 稀相床 节涌床：床高与床径比较大时，气泡在上升过程中可能聚并 增大甚至达到占据整个床层截面 的地步，固体离子节节的往上柱塞式推动直到达到某一位置 而崩落为止。 湍流床：湍动程度加剧，压力脉动幅值减小。
对球形粒子作力的平衡

6
d
3 p
(

p

cAL
ch
th cAi cAL
19
• β恒大于1。
• •
了 dβd2lc,2γAkDLL0A02,八β 田曲数线1 (决下γpA定凹0。，
pAi
ch γ 1, γ/ th γ 1)
cAi
dl cB



cAi
cAL
ch


th
cAi
cAL



δG
δL
cA
20
8.2.5 快速反应过程
反应仅发生在液膜区，组份在液膜区已 全部反应掉，在液相主体区没有A，因此 液相主体中没有反应。
DLA
d 2cA dl 2
rA
边界条件：l 0，cA cAi
对一级反应，可得：
l L，cA 0
th
21
cBi不一定为0， 与 中速反应的 pA
积分上式并视在全塔为常数，得：
H

4F
πd内2P总

1 kGA

HA
kLA
YA进
YA出
ln
YA进 YA出

35
• kGA,kLA有经验公式可算。 • 气相视为平推流操作。 • 由于视cAL=0，与液相流型无关。
• 反应级数体现在中。
• 因为是快速反应，传质阻力主要存在于 气膜之中。
散的同时与液相中的B发生反应；
4
⑷液相中的产物C透过液膜扩散到气液界面； ⑸产物C由气液界面扩散到气相主体。 基本理论：双膜理论 • 与物理吸收的差别在于在液相主体和液
膜中存在化学反应，反应速率的快慢直 接影响了吸收的速率。 • 反应历程亦为连串过程，反应速率决定 了控制步骤的所在。

4完）毕“产。物层”外壳不断增厚，反应区不断收缩，直至反应
粒径不变时缩芯模型的总体速率及控制
反应总体速率 单单位位时时间间内内每每个个颗颗粒粒上上流固体体反反应应物物AB物物质质的的量量的的减减少少量量（ 球形颗粒
基本条件 颗粒内温度均匀，等温反应 本征动力学为一级不可逆反应 反应过程为拟稳定过程
颗粒缩小时缩芯模型的总体速率
2表）面从—由内颗扩粒散外，表C面AS通→过CA“产C；物层”外壳扩散到达未反应芯
收缩未反应芯模型 颗粒大小不变 反应步骤 3缩）；A和B在未反应芯表面上进行化学反应，未反应芯收
4C）FC流→体CF产S；物F通过内扩散到达颗粒外表面―内扩散；
5）F通过外扩散到达流体主体―外扩散，CFS→CFg。
扩1散），A从CA流f→体C主A体C；通过边界层扩散到达未反应芯表面―外
颗粒不断收缩 2）A和B在未反应芯表面进行化学反应
3）流体产物F通过外扩散进入流体主体，CFC→CFf。
பைடு நூலகம்
整体反应模型
第一阶段 第二阶段
未形成固体产物层，反应区为整个颗粒 形断成缩固小体。产物层，且不断扩展；与此同时，反应区则不
1）A作外扩散，CAf → ； CAS
有限厚度反应区模型
2）A在“产物层”作内扩散，CAS→CAm 3）A在反应区内进行扩散―反应；
宏观反应过程与控制阶段的判别 提高温度则总体速率改变显著→反应控制 用气速对总体速率的影响进行判别 提高气速则总体速率改变显著→外扩散控制 （芯3半）径用R反c的应关时系间判分别率t/tf与转化率xB的关系及与未反应 如果上述关系呈直线→外扩散、反应控制 用颗粒大小与反应时间的关系来判别
以上5步是串联进行的
第八章