?固体流态化的基本概念
?流化床反应器的结构
流化床反应器
?固体流态化的基本概念
流态化 —— 固体粒子象流体一样进行流动的现象。除重力作用外，
一般是依靠气体或液体的流动来带动固体粒子运动的。
? 流态化的形成,
流体自上而下流过催化剂床层时，根据流体流速的不同，床层经
历三个阶段,
? 固定床阶段,u0＜ umf时，固体粒子不动，床层压降随 u增大而增大。
? 流化床阶段,umf≤u 0≤u t时,固体粒子悬浮湍动,床层分为浓相段和
稀相段,u增大而床层压降不变。
? 输送床阶段,u0 ＞ ut 时,粒子被气流带走,床层上界面消失,u增大而
压降有所下降。
? umf—— 临界流化速度，是指刚刚能够使固体颗粒流化起来的气
体空床流速度，也称最小流化速度。
? ut-—— 带出速度，当气体速度超过这一数值时，固体颗粒就不能
沉降下来，而被气流带走，此带出速度也称最大流化速度。
? 散式流化和聚式流化
? 散式流化
db/dp＜ 1
db—— 气泡直径 dp—— 颗粒直径
对于 l-s系统，流体与粒子的密度相差不大，故 umf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，故称作散式流化态。
颗粒越细，流体与固体的△ ρ值越小，则越接近理想流化，流化质
量也就越好。
? 聚式流化
db/dp＞ 10
对于 g-s系统，一般在气速超过 Umf后，将会出现气泡，气速越高，气
泡造成的扰动也越剧烈，使床层波动频繁，这种形态的流化床称聚
式流化床。
?流化床中常见的异常现象
? 沟流
? 定义：气体通过床层时，其流速虽超过 umf，但床内只形成一条
狭窄，大部分庆层仍处于固定状态，这种现象称为沟流。沟流分局部
沟流和贯穿沟流。
? 危害：产生死床，造成催化剂烧结，降低催化剂使用寿命，降
低转化率和生产能力。
? 造成原因,颗粒太细、潮湿、易粘结；床层薄；气速过低或气
流分布不合理；气体分布板不合理。
? 消除方法：加大气速；干燥颗粒；加内部构件；改善分布板。
? 大气泡和腾涌
? 定义：聚式流化床中，气泡上升途中增至很大甚至于接近床径，
使床层被分成数段呈活塞状向上运动，料层达到一定高度后突然崩
裂，颗粒雨淋而下，这种现象称为大气泡和腾涌。
? 危害：影响产品的收率和质量；增加了固体颗粒的机械磨损和带
出；降低催化剂的使用寿命；床内构件易磨损。
? 造成原因,L/D较大； u较大
? 消除方法：床内设内部构件；降低 u
? 压降,
当 dp/D＜ 1/20,L0/D＜ 2时，床层压降计算式较准确。
由式可知：床层处于流化状态时，压降与流化速度无关。
)()1()()1( fsfffsmfmf hghp ?????? ???????
?流化速度 u0
? 临界流化速度 umf
? 带出速度 ut
? 操作速度 u0
?流化床反应器的结构
? 流化床反应器类型
? 按固体颗粒是否在系统内循环分
（ 1）单器流化床
（ 2）双器流化床
? 按床层的外型分
(1)圆筒形
(2)圆锥形
? 按床层中是否置有内部构件分
(1)自由床
(2)限制床
? 按反应器内层数的多少分
(1)单层
(2)多层
? 工业生产中常见流化床反应器形式
? 工业生产中常见流化床反应器形式
? 工业生产中常见流化床反应器形式
?流化床反应器结构
?反应器主体
扩大 段
分离段
浓相段
锥底
? 锥底：一般锥角为 90° 或 60°
作用：对进入气体起预分布作用、卸催化剂。
? 床层（浓相段）：床高与催化剂的装填量、气速有关，是反应器的有
效体积。通常催化剂填充层的静止高度与流化床直径的比值很少超过
1，一般接近于 1。
? 分离段
? 扩大段
?流化床反应器结构
包括气体预分布器和气体分布板。其作用是使气体均匀分布，以形
成良好的初始流化条件，同时支承固体颗粒。以下为常见气体分布板
形式,
凹型筛孔板 单个直孔泡帽
? 气体分布装置,
泡帽侧缝分布板 泡帽侧孔分布板
? 气体分布装置,
条形侧缝分布板 直孔泡帽分布板
直孔筛板
锥型侧缝分布板
锥型侧孔分布板 锥型侧缝分布板
?气体预分布器
同心圆锥壳式分布器 帽式分布器
充填式分布器 开口式分布器 弯管式分布器
?气体预分布器
包括档网、档板和填充物等。
作用：破碎气体在床层中产生的大气泡，增大 g-s相间的接触机会，
减少返混，从而增加反应速度和提高转化率。
外旋挡板
? 内部构件,
多旋挡板 内旋挡板
? 内部构件,
间接换热 列管式 单管式
套管式
换热方式 管束式
鼠笼式
蛇管式
直接换热 —— 直接向床内喷水（如丁烯氧化脱氢流化床，效
果很好）
? 换热装置
横排管束换热器
蛇管式换热器
套管式换热器
? 换热装置
? 气固分离器
作用：回收上升气流中不仅带的细粒和粉尘，并避免带出的粉尘影
响产品的纯度。
?流化床反应器的结构
流化床反应器
?固体流态化的基本概念
流态化 —— 固体粒子象流体一样进行流动的现象。除重力作用外，
一般是依靠气体或液体的流动来带动固体粒子运动的。
? 流态化的形成,
流体自上而下流过催化剂床层时，根据流体流速的不同，床层经
历三个阶段,
? 固定床阶段,u0＜ umf时，固体粒子不动，床层压降随 u增大而增大。
? 流化床阶段,umf≤u 0≤u t时,固体粒子悬浮湍动,床层分为浓相段和
稀相段,u增大而床层压降不变。
? 输送床阶段,u0 ＞ ut 时,粒子被气流带走,床层上界面消失,u增大而
压降有所下降。
? umf—— 临界流化速度，是指刚刚能够使固体颗粒流化起来的气
体空床流速度，也称最小流化速度。
? ut-—— 带出速度，当气体速度超过这一数值时，固体颗粒就不能
沉降下来，而被气流带走，此带出速度也称最大流化速度。
? 散式流化和聚式流化
? 散式流化
db/dp＜ 1
db—— 气泡直径 dp—— 颗粒直径
对于 l-s系统，流体与粒子的密度相差不大，故 umf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，故称作散式流化态。
颗粒越细，流体与固体的△ ρ值越小，则越接近理想流化，流化质
量也就越好。
? 聚式流化
db/dp＞ 10
对于 g-s系统，一般在气速超过 Umf后，将会出现气泡，气速越高，气
泡造成的扰动也越剧烈，使床层波动频繁，这种形态的流化床称聚
式流化床。
?流化床中常见的异常现象
? 沟流
? 定义：气体通过床层时，其流速虽超过 umf，但床内只形成一条
狭窄，大部分庆层仍处于固定状态，这种现象称为沟流。沟流分局部
沟流和贯穿沟流。
? 危害：产生死床，造成催化剂烧结，降低催化剂使用寿命，降
低转化率和生产能力。
? 造成原因,颗粒太细、潮湿、易粘结；床层薄；气速过低或气
流分布不合理；气体分布板不合理。
? 消除方法：加大气速；干燥颗粒；加内部构件；改善分布板。
? 大气泡和腾涌
? 定义：聚式流化床中，气泡上升途中增至很大甚至于接近床径，
使床层被分成数段呈活塞状向上运动，料层达到一定高度后突然崩
裂，颗粒雨淋而下，这种现象称为大气泡和腾涌。
? 危害：影响产品的收率和质量；增加了固体颗粒的机械磨损和带
出；降低催化剂的使用寿命；床内构件易磨损。
? 造成原因,L/D较大； u较大
? 消除方法：床内设内部构件；降低 u
? 压降,
当 dp/D＜ 1/20,L0/D＜ 2时，床层压降计算式较准确。
由式可知：床层处于流化状态时，压降与流化速度无关。
)()1()()1( fsfffsmfmf hghp ?????? ???????
?流化速度 u0
? 临界流化速度 umf
? 带出速度 ut
? 操作速度 u0
?流化床反应器的结构
? 流化床反应器类型
? 按固体颗粒是否在系统内循环分
（ 1）单器流化床
（ 2）双器流化床
? 按床层的外型分
(1)圆筒形
(2)圆锥形
? 按床层中是否置有内部构件分
(1)自由床
(2)限制床
? 按反应器内层数的多少分
(1)单层
(2)多层
? 工业生产中常见流化床反应器形式
? 工业生产中常见流化床反应器形式
? 工业生产中常见流化床反应器形式
?流化床反应器结构
?反应器主体
扩大 段
分离段
浓相段
锥底
? 锥底：一般锥角为 90° 或 60°
作用：对进入气体起预分布作用、卸催化剂。
? 床层（浓相段）：床高与催化剂的装填量、气速有关，是反应器的有
效体积。通常催化剂填充层的静止高度与流化床直径的比值很少超过
1，一般接近于 1。
? 分离段
? 扩大段
?流化床反应器结构
包括气体预分布器和气体分布板。其作用是使气体均匀分布，以形
成良好的初始流化条件，同时支承固体颗粒。以下为常见气体分布板
形式,
凹型筛孔板 单个直孔泡帽
? 气体分布装置,
泡帽侧缝分布板 泡帽侧孔分布板
? 气体分布装置,
条形侧缝分布板 直孔泡帽分布板
直孔筛板
锥型侧缝分布板
锥型侧孔分布板 锥型侧缝分布板
?气体预分布器
同心圆锥壳式分布器 帽式分布器
充填式分布器 开口式分布器 弯管式分布器
?气体预分布器
包括档网、档板和填充物等。
作用：破碎气体在床层中产生的大气泡，增大 g-s相间的接触机会，
减少返混，从而增加反应速度和提高转化率。
外旋挡板
? 内部构件,
多旋挡板 内旋挡板
? 内部构件,
间接换热 列管式 单管式
套管式
换热方式 管束式
鼠笼式
蛇管式
直接换热 —— 直接向床内喷水（如丁烯氧化脱氢流化床，效
果很好）
? 换热装置
横排管束换热器
蛇管式换热器
套管式换热器
? 换热装置
? 气固分离器
作用：回收上升气流中不仅带的细粒和粉尘，并避免带出的粉尘影
响产品的纯度。
