流化床反應(yīng)器李春義化學(xué)工程學(xué)院顆粒流化氣流真實(shí)速度uf與顆粒真實(shí)速度us之差usl稱(chēng)為氣固相對(duì)速度，在垂直立管中稱(chēng)為滑移速度。usl不為零，顆粒受流體的作用力fs為形狀阻力fx與摩擦阻力fm之和：形狀阻力fx與顆粒橫截面As成正比，摩擦阻力fm與顆粒外表面及邊界層粘滯力成正比，因而曳力系數(shù)CD與有關(guān)，具體關(guān)聯(lián)關(guān)系因Re的不同而不同。顆粒流化顆粒在流體中運(yùn)動(dòng)，受浮力、重力和流體作用力三個(gè)作用力。在這三種作用力處于平衡時(shí)，usl保持不變。對(duì)于球形顆粒，當(dāng)流體靜止時(shí)，uf為零，此時(shí)us為負(fù)，向下運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為沉降速度ut。StokesNewton顆粒流化開(kāi)始流化時(shí)以床層截面為基準(zhǔn)的流體表觀速度ufbg稱(chēng)為起始流化速度umf。開(kāi)始出現(xiàn)氣泡的ufbg稱(chēng)為表觀起始?xì)馀菟俣萿mb。當(dāng)時(shí)，床層沒(méi)有氣泡。如果dp較大，則有umb=umf，從起始流化速度開(kāi)始就出現(xiàn)氣泡。流化床體積VB為顆粒體積Vp、顆粒間體積VA和氣泡體積Vb三者之和，即A類(lèi)顆粒床層膨脹曲線顆粒流化對(duì)于等直徑床，截面積為AT，有Lf為床層高度，Lp為凈顆粒當(dāng)量高度，LA為顆粒間空隙體積當(dāng)量高度，LBb為床層氣泡體積當(dāng)量高度。將Lp與LA之和稱(chēng)為乳化相高度LD，顆粒分類(lèi)－－Geldart分類(lèi)A類(lèi)顆粒（如FCC催化劑顆粒）：可出現(xiàn)散式流化。氣泡直徑小，床層膨脹大，流化較為平穩(wěn)。固體返混較為嚴(yán)重。B類(lèi)顆粒（如硅砂顆粒）：超過(guò)起始流化速度即出現(xiàn)氣泡，umb=umf。氣泡較大，并沿床高增大。床層不甚平穩(wěn)。顆粒分類(lèi)－－Geldart分類(lèi)C類(lèi)顆粒（如FCC三旋催化劑顆粒，顆粒間存在粘著力）：平均粒徑dp<30mm。顆粒間作用力大，不易流化。在攪拌或振動(dòng)等輔助作用下可流化。D類(lèi)顆粒（如麥粒、粗玻璃珠等）：平均粒徑dp>600mm。床層易產(chǎn)生噴動(dòng)。顆粒脫氣突然停止流化氣體，床層脫氣存在三個(gè)階段：脫氣泡顆粒沉積顆粒密實(shí)Abrahamsen和Geldart給出了乳化相高度LD的計(jì)算公式，為如果將LD沿顆粒沉積線的時(shí)間和對(duì)應(yīng)高度得到的Dt和DL相除，uD為乳化相脫氣速度，式中L為距離分布板的高度，F(xiàn)45為45mm細(xì)粉百分含量。顆粒脫氣在uD條件下，床層具有散式流化特征，對(duì)于顆粒流化輸送極為重要。顆粒脫氣氣泡對(duì)于顆粒輸送不利，無(wú)氣泡干擾最為理想，因而umb/umf或uD/umf越大越好。Raterman定義了脈動(dòng)因子（Fluctuation

factor),郭慕孫根據(jù)塌落曲線定義了無(wú)因次沉積時(shí)間，LC為乳化相消失床層高度，L0為固定床床層高度。根據(jù)十二種固體顆粒的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到如下關(guān)聯(lián)式：q值越大，說(shuō)明流化性能越好。顆粒脫氣在A、A-B顆粒中添加C類(lèi)顆粒，無(wú)因次沉積時(shí)間q隨細(xì)顆粒分率的增加明顯增大，表明流化性能得到改善。流態(tài)化域分類(lèi)A類(lèi)顆粒流化狀態(tài)與表觀氣速u(mài)fbg有關(guān)，隨其增大呈現(xiàn)不同流化狀態(tài)，Squires將其分為五類(lèi)：固定床，固體顆粒相互接觸，呈堆積狀態(tài)。散式流化床，脫離接觸，分布均勻，無(wú)集聚狀態(tài)，具流動(dòng)性。鼓泡床，氣體集聚成氣泡，氣泡在床層表面破裂形成稀相區(qū)。湍動(dòng)床，小氣泡多且比鼓泡床分布均勻，氣泡引起的壓力波動(dòng)小，表面夾帶量大增致床層界面模糊，床層內(nèi)循環(huán)加劇，稀相顆粒濃度增大。快速床，密相床層靠循環(huán)量維持，氣體夾帶固體達(dá)到飽和，密相大量顆粒聚集成團(tuán)，床層密度與循環(huán)量關(guān)系密切。輸送床，靠循環(huán)也無(wú)法維持床層，已達(dá)氣力輸送狀態(tài)。流態(tài)化域分類(lèi)固定床散式流化床節(jié)涌鼓泡床湍動(dòng)床稀相氣力輸送循環(huán)流化床快速床密相氣力輸送dT小小顆粒大顆粒ufbg增大垂直向上氣－固流化狀態(tài)轉(zhuǎn)變（金涌）廣義的循環(huán)流化床包括：固體顆粒不斷帶出，不斷得到補(bǔ)充。利用旋風(fēng)分離器回收的顆粒再返回到床層中。從這個(gè)角度看，循環(huán)流化床實(shí)際上包含了鼓泡床、湍動(dòng)床、快速床、密相氣力輸送和稀相氣力輸送。流態(tài)化域分類(lèi)描述流化狀態(tài)的四個(gè)概念：相、區(qū)、域和型。連續(xù)相分散相密相乳化相（床層）絮團(tuán)相（快速床）稀相稀乳相（快速床）氣泡相（床層）相區(qū)域型軸向：頂區(qū)、底區(qū)徑向：中心區(qū)、邊壁區(qū)稀相區(qū)與密相區(qū)固定床、散式流化床、湍動(dòng)床、快速床和輸送床氣－固系統(tǒng)液－固系統(tǒng)氣－液－固系統(tǒng)細(xì)顆粒系統(tǒng)、粗顆粒系統(tǒng)流態(tài)化域圖YerushalmiFCC催化劑流態(tài)化域圖流態(tài)化域圖郭慕孫流態(tài)化域圖(FCC/空氣系統(tǒng))ufbg:表觀氣速；uFD:快速床向密相床轉(zhuǎn)變氣速；uFT:載流速度；umb:表觀起始鼓泡氣速；umf:起始流化氣速；us:顆粒實(shí)際速度；ut:帶出速度或沉降速度；uTF:湍動(dòng)床向快速床轉(zhuǎn)變氣速。流態(tài)化域圖氣體向上通過(guò)床層，氣速增大到A點(diǎn)達(dá)到起始流化速度umf，床層呈散式流化。AB段為散式流化膨脹區(qū)。氣速增大到umb，出現(xiàn)氣泡，進(jìn)入鼓泡床。隨氣速增大，氣泡增多且變大，至鼓泡床向湍動(dòng)床轉(zhuǎn)變速度uc，床層內(nèi)壓降波動(dòng)達(dá)到最大。氣泡在密相床界面處破裂，顆粒噴濺形成稀相空間。此時(shí)密相床床層界面依然清晰。超過(guò)uc，床層波動(dòng)趨于平穩(wěn)，氣泡數(shù)量增多直徑變小，稀相顆粒數(shù)量增多，床層界面模糊，進(jìn)入湍動(dòng)床。超過(guò)湍動(dòng)床向快速床轉(zhuǎn)變速度uTF，氣泡消失，床層空隙率隨氣速快速增大，顆粒帶出量增大，需不斷補(bǔ)充顆粒才能維持床層密度。流態(tài)化域圖在快速床中，部分顆粒分散于稀相形成固體連續(xù)相，部分固體聚集成絮團(tuán)形成分散相。絮團(tuán)時(shí)而形成，時(shí)而解體。氣速增大到載流速度uFT，進(jìn)入氣力輸送階段。uFT與物料屬性、加料速度有關(guān)，一定的物料流率有一定的uFT。氣－固系統(tǒng)與液－固系統(tǒng)的主要區(qū)別：液－固系統(tǒng)在帶出速度前只出現(xiàn)床層膨脹，固體顆粒分布始終保持均勻。流態(tài)化域圖金涌流態(tài)化域圖流態(tài)化域圖在垂直向上氣－固流化系統(tǒng)中，當(dāng)ufbg達(dá)到最小循環(huán)流化氣速u(mài)tr，氣體對(duì)顆粒夾帶達(dá)到飽和夾帶量Gs*。若顆粒補(bǔ)充量Gs小于最小循環(huán)流化顆粒質(zhì)量速率Gstr，床層由湍動(dòng)床轉(zhuǎn)變?yōu)橄∠鄽饬斔?。若Gs>Gstr，則轉(zhuǎn)變?yōu)榭焖俅?，氣體聚集體氣泡轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒聚集體絮團(tuán)，床層上稀下濃，徑向分布亦不均勻。顆粒在中心向上，順邊壁向下流動(dòng)。若Gs>Gs*，稀、濃相界面向上移動(dòng)，達(dá)到頂端時(shí)，床層呈單一的濃相分布，即密相氣力輸送。若Gs<Gs*，但保持一定的Gs，提高ufbg，當(dāng)ufbg=uFD時(shí)，床內(nèi)上稀下密狀態(tài)消失，上下密度均一，徑向分布較為均勻，此時(shí)為密相氣力輸送。增大氣速，顆粒濃度降低，超過(guò)uDT時(shí)，進(jìn)入稀相氣力輸送，床層壓降主要為摩擦壓降。流態(tài)化域圖----以能量最小原理區(qū)分流態(tài)化域李靜海等提出的EMMS模型認(rèn)為顆粒與流體之間相互約束，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相互協(xié)調(diào)，使系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。依流體與顆粒間相互控制能力分為PD流型（顆粒控制）、FPC流型（顆粒和流體相互協(xié)調(diào)）和FD流型（流體控制）。固定床屬于PD流型；從散式流化到快速床，屬FPC流型；輸送床屬于FD流型。EMMS模型將氣體流過(guò)床層消耗的總能量NT分為懸浮與輸送顆粒消耗的能量Nst和顆粒加速、循環(huán)與碰撞耗散的能量Nd，即系統(tǒng)穩(wěn)釘時(shí)，Nd和Nst應(yīng)為極值（最大或最小值）流態(tài)化域圖----以能量最小原理區(qū)分流態(tài)化域單位質(zhì)量顆粒的能耗與單位體積內(nèi)顆粒的能耗轉(zhuǎn)化關(guān)系：e為局部總體空隙率。EMMS模型對(duì)流態(tài)化域區(qū)分如下：ufbg<umf，PD流型。ufbg>umf，F(xiàn)PC流型。Nst最小，顆粒與流體相互協(xié)調(diào)狀態(tài)；ufbg>umf>ufbg>umb為散式流化；ufbg>umb同時(shí)為鼓泡床，時(shí)鼓泡床轉(zhuǎn)變?yōu)橥膭?dòng)床；且仍為湍動(dòng)床，轉(zhuǎn)變?yōu)榭焖俅?。Nst最大，為輸送床（相當(dāng)于密相氣力輸送）。ufbg進(jìn)一步增大，Wst＝Gs?g，理想輸送（稀相氣力輸送）。A類(lèi)顆粒流態(tài)化域轉(zhuǎn)變關(guān)聯(lián)式起始流化速度umf分為物性關(guān)聯(lián)式和在高溫、高壓條件下使用的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。物性關(guān)聯(lián)式兩點(diǎn)假定（最早的Max

Leva關(guān)聯(lián)式）：

umf既符合固定床規(guī)律又符合散式流化床規(guī)律。床層受力平衡，即Lmf－－起始流化床層高度AT－－床層截面積emf－－起始流化空隙率固定床內(nèi)流動(dòng)壓降滿(mǎn)足Darcy-Fanning方程，即式中d采用空隙當(dāng)量直徑de，L為流體流經(jīng)的平均高度，ufbg采用實(shí)際空隙平均速度ue。在起始流化狀態(tài)，L=Lmf，ufbg=umf，上式為A類(lèi)顆粒流態(tài)化域轉(zhuǎn)變關(guān)聯(lián)式由于DP為一定值，與假定②中的壓降表達(dá)式相關(guān)聯(lián)，得當(dāng)Re<10時(shí)，lp=400/Rep,根據(jù)實(shí)驗(yàn)，有。對(duì)dp在51～970mm，流化介質(zhì)為空氣、CO2和He，有A類(lèi)顆粒流態(tài)化域轉(zhuǎn)變關(guān)聯(lián)式Davies關(guān)聯(lián)式：Baeyens關(guān)聯(lián)式：上述關(guān)聯(lián)式均適用于FCC催化劑。通常，Leva關(guān)聯(lián)式偏差較小。A類(lèi)顆粒流態(tài)化域轉(zhuǎn)變關(guān)聯(lián)式準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式具有代表性的是Wen-Yu關(guān)聯(lián)式。固定床內(nèi)流體壓降關(guān)聯(lián)式為Ergun方程。當(dāng)y0＝1時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，Ergun方程變?yōu)闇?zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式A類(lèi)顆粒流態(tài)化域轉(zhuǎn)變關(guān)聯(lián)式當(dāng)y0≠1時(shí)，即在起始流化狀態(tài)下，與式相結(jié)合，得A類(lèi)顆粒流態(tài)化域轉(zhuǎn)變關(guān)聯(lián)式令A(yù)類(lèi)顆粒流態(tài)化域轉(zhuǎn)變關(guān)聯(lián)式于是，有Wen-Yu關(guān)聯(lián)式A類(lèi)顆粒流態(tài)化域轉(zhuǎn)變關(guān)聯(lián)式表觀起始?xì)馀菟俣萿mbumb的定義：Simone定義：床層膨脹曲線中床層最高時(shí)的ufbg。王樟茂定義：塌落曲線脫氣泡與顆粒沉積的臨界點(diǎn)的ufbg。趙君等研究證實(shí)床層膨脹達(dá)到最大前就已經(jīng)出現(xiàn)氣泡。王樟茂的起始?xì)馀菟俣缺磉_(dá)式為：其中，細(xì)粒作用因子為A類(lèi)顆粒流態(tài)化域轉(zhuǎn)變關(guān)聯(lián)式Abrahamsen等給出的包含細(xì)粉影響的umb表達(dá)式：估算umb可以采用Steenge給出的關(guān)聯(lián)式（適合于FCC催化劑）：A類(lèi)顆粒流態(tài)化域轉(zhuǎn)變關(guān)聯(lián)式鼓泡床向湍動(dòng)床轉(zhuǎn)變速度uc密度小的顆粒，壓力波動(dòng)隨ufbg的增大先增大，到一定值時(shí)突然平穩(wěn)，此氣速為uc。密度大的顆粒，壓力波動(dòng)不會(huì)突然平穩(wěn)，而是經(jīng)歷波動(dòng)逐漸減小直至平穩(wěn)的過(guò)程。波動(dòng)達(dá)到最大時(shí)的氣速稱(chēng)為uk。超過(guò)該氣速即為湍流床。uk與uc之間為騰涌現(xiàn)象破壞階段。俞芷清實(shí)驗(yàn)得到：A類(lèi)顆粒流態(tài)化域轉(zhuǎn)變關(guān)聯(lián)式盧天雄提出用無(wú)因次數(shù)群M來(lái)判別：M<0.1為鼓泡床，M>0.2則為湍動(dòng)床。李靜海等提出的EMMS模型中，以作為鼓泡床轉(zhuǎn)變?yōu)橥膭?dòng)床的判據(jù)。A類(lèi)顆粒流態(tài)化域轉(zhuǎn)變關(guān)聯(lián)式最小循環(huán)流化條件Gstr和utr實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好的有李佑楚提出的和金涌提出的A類(lèi)顆粒流態(tài)化域轉(zhuǎn)變關(guān)聯(lián)式向快速床轉(zhuǎn)變速度uTFuTF與氣、固相物性，顆粒輸送強(qiáng)度Gs以及床層直徑等有關(guān)。金涌等給出的計(jì)算公式為A類(lèi)顆粒流態(tài)化域轉(zhuǎn)變關(guān)聯(lián)式快速床向密相輸送床轉(zhuǎn)變速度uFD金涌等給出的計(jì)算公式為A類(lèi)顆粒流態(tài)化域轉(zhuǎn)變關(guān)聯(lián)式密相氣力輸送向稀相氣力輸送速度uDT白丁榮給出的計(jì)算公式為Knowlton給出的公式為不同流態(tài)化域的流態(tài)化行為軸向空隙率分布不同流態(tài)化域床層高度和軸向空隙率分布有顯著區(qū)別。鼓泡床：esd=0.55~0.40湍動(dòng)床：esd=0.40~0.22快速床：esd=0.22~0.05esd－－密相固體分率不同流態(tài)化域固體分率軸向分布不同流態(tài)化域的流態(tài)化行為徑向空隙率分布鼓泡床空隙率分布由氣泡向中心匯聚造成的。湍動(dòng)床中心向上，近壁處向下，中心空隙率高。快速床中心稀相向外擴(kuò)展，近壁處向下流動(dòng)劇烈。稀相氣力輸送徑向分布趨于平坦。不同流態(tài)化域空隙率徑向分布不同流態(tài)化域的流態(tài)化行為氣－固滑移速度氣－固相速度之差，為滑移速度：不同流態(tài)化域的流態(tài)化行為在FCC催化劑空氣系統(tǒng)中，滑移速度不僅隨e變化，而且還受uf的影響。不過(guò)，湍動(dòng)床與鼓泡床，usl主要與e有關(guān)。FCC催化劑滑移速度曲線不同流態(tài)化域的流態(tài)化行為虛線下鞍形區(qū)域中的狀態(tài)不可能出現(xiàn)。湍動(dòng)床、快速床的滑移速度為連續(xù)變化，沒(méi)有突變。輸送床空隙率和滑移速度同時(shí)發(fā)生突變。空隙率繼續(xù)增大，滑移速度減小直到接近帶出速度。FCC催化劑滑移速度曲線不同流態(tài)化域的流態(tài)化行為流化流動(dòng)區(qū)域填充流動(dòng)區(qū)域密相流動(dòng)區(qū)域稀相流動(dòng)區(qū)域不同流態(tài)化域的流態(tài)化行為李森科數(shù)阿基米德數(shù)對(duì)于快速床，白丁榮等給出了滑移速度關(guān)聯(lián)式：不同流態(tài)化域的流態(tài)化行為對(duì)于密相氣力輸送，則常用滑落系數(shù)Ksl來(lái)描述。Matsen給出了稀相氣力輸送滑移速度關(guān)聯(lián)式：不同流態(tài)化域的流態(tài)化行為氣體與顆粒軸、徑向返混快速床氣體返混明顯低于湍動(dòng)床?？焖俅矚怏w返混程度隨著固體循環(huán)量增大而增大?？焖俅矚怏w返混程度沿徑向逐漸增大。輸送床固體返混程度減小，空隙率增大，氣體返混程度也減小。在高氣速下床層中的返混可以用軸向擴(kuò)散模型來(lái)描述：Ex－－軸向有效擴(kuò)散系數(shù)f(C)－－其它傳質(zhì)速率不同流態(tài)化域的流態(tài)化行為湍動(dòng)床氣速增大，Ex減小，但一般在0.4

m2/s以上。Van

Deemter估計(jì)工業(yè)裝置徑向擴(kuò)散Er為軸向擴(kuò)散Ex的10％?？焖俅矚怏w增大，Ex減小；固體循環(huán)量增大，Ex增大。快速床Ex在0.3～0.5m2/s之間，Er在3×10-4～7×10-3

m2/s之間。輸送床Ex在0.3

m2/s以下。不同流態(tài)化域的流態(tài)化行為鼓泡床氣體軸向擴(kuò)散系m－－乳化相吸附平衡常數(shù)ee－－乳化相分率鼓泡床顆粒軸向擴(kuò)散系，Miyauchi給出的模型為：對(duì)于大型床，Kunii給出的模型為Kunii還給出了顆粒徑向擴(kuò)散系數(shù)模型，為dbe－－當(dāng)量氣泡直徑eb－－氣泡相分率不同流態(tài)化域的流態(tài)化行為湍動(dòng)床、快速床和輸送床氣體軸向擴(kuò)散系關(guān)聯(lián)式：對(duì)于快速床的氣體徑向擴(kuò)散系數(shù)，可以用下式進(jìn)行計(jì)算：usbg不容易得到，可用下面根據(jù)工業(yè)裝置數(shù)據(jù)得到的模型計(jì)算：溫度、壓力對(duì)流化系統(tǒng)的影響溫度和壓力對(duì)流化的影響主要體現(xiàn)在對(duì)氣體密度和粘度的影響上。溫度升高，氣體密度減小，粘度增大。壓力升高，氣體密度升高，但對(duì)粘度的影響很小。從Davies關(guān)聯(lián)式看，壓力升高，起始流化速度減小，但溫度的影響不能直接作出簡(jiǎn)單的判斷。散式流化床、鼓泡床和湍動(dòng)床A類(lèi)顆粒存在散式流化，B類(lèi)顆粒達(dá)到初始流化速度即出現(xiàn)氣泡。鼓泡床、湍動(dòng)床密相區(qū)乳化相顆粒也處于散式流化狀態(tài)，因而顆粒間氣體的運(yùn)動(dòng)可視為與散式流化相同。鼓泡床、湍動(dòng)床稀相區(qū)與快速床的規(guī)律有相似之處，甚至部分規(guī)律可用于快速床。散式流化床－－流態(tài)化特征脫離接觸，懸浮狀態(tài)，顆粒間充滿(mǎn)流化介質(zhì)。流化介質(zhì)在顆粒間隙中流動(dòng)，且無(wú)聚集狀態(tài)。有平穩(wěn)的床層界面。床層有流體特征，易流動(dòng)，充滿(mǎn)容器。床層壓降DP恒定，e隨ufbg增大。散式流化壓降、空隙率與表觀速度關(guān)系散式流化床－－均一與非均一顆粒均一顆粒帶出速度ut相同，滑移速度usl與ut相同時(shí)，顆粒開(kāi)始懸浮，此時(shí)表觀氣速為umf。散式流化床層高度達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)，床層開(kāi)始不穩(wěn)定，出現(xiàn)氣泡。均一顆粒氣速在umf與umb之間時(shí)，為散式流化床。非均一顆粒因粒徑不同，umf不同，計(jì)算時(shí)采用調(diào)和平均粒徑。散式流化床－－床層膨脹對(duì)于散式流化，可以用Richardson－Zaki方程來(lái)描述表觀氣速與沉降速度之間的關(guān)系：其中對(duì)于FCC裝置，King給出了如下空隙率計(jì)算模型：散式流化床－－床層膨脹Kai等針對(duì)A類(lèi)顆粒，給出隨著床層空隙率的增大，床層高度也增大，定義床層膨脹率為散式流化床－－床層膨脹Kai等針對(duì)A類(lèi)顆粒，給出隨著床層空隙率的增大，床層高度也增大，定義床層膨脹率為散式流化床－－床層膨脹床層空隙率為：散式流化床－－床層膨脹Geldart根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到eBT－－充氣密度時(shí)的空隙率散式流化床－－顆粒帶出速度單一FCC催化劑顆粒，Rep<1，帶出速度按Stokes定律計(jì)算：對(duì)于床層中的顆粒群，顆粒之間存在相互作用，使垂直運(yùn)動(dòng)的帶出速度utt發(fā)生改變，一般在ut的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正。b為顆粒形狀函數(shù)，取值在4.2～4.67之間。散式流化床－－顆粒帶出速度也可以用下面的公式直接計(jì)算：鼓泡床與湍動(dòng)床－－共同特性氣泡相與乳化相共存。稀相區(qū)與密相區(qū)共存。分布器口噴射出的氣流的形式與床層氣流的形式差異較大，形成分布器作用區(qū)。因而，密相床層可分為分布器作用區(qū)與氣泡相、乳化相兩相區(qū)。鼓泡床與湍動(dòng)床－－區(qū)別湍動(dòng)床氣泡直徑小，氣泡邊界模糊或不規(guī)則。湍動(dòng)床氣泡大小不隨氣速改變，增大氣速氣泡數(shù)量增多。湍動(dòng)床氣泡直徑與床層高度幾乎無(wú)關(guān)，鼓泡床的則隨床高增大。湍動(dòng)床密相區(qū)不均勻，具有“粒子束”結(jié)構(gòu)，“粒子束”具有大顆粒的某些性質(zhì)，湍動(dòng)床顆粒夾帶量遠(yuǎn)低于預(yù)計(jì)值。鼓泡床氣泡行為－－氣泡形狀反應(yīng)物大部分在氣泡內(nèi)。氣泡直接影響反應(yīng)。氣泡影響催化劑在床層內(nèi)的循環(huán)。氣泡為球帽形，底部微向上凸起，凸起部分夾帶呈乳化相的顆粒束，稱(chēng)尾跡，隨氣泡邊運(yùn)動(dòng)邊脫落。尾跡相當(dāng)于小流化床，氣泡內(nèi)含0.2～1

vol％的細(xì)粉顆粒。鼓泡床氣泡行為－－氣泡形狀尾跡與氣泡（含尾跡）的體積比稱(chēng)為尾跡分率fw。Woolard等給出了fw與dp

(m)的關(guān)聯(lián)式為：鼓泡床氣泡行為－－氣泡暈細(xì)顆粒，氣泡上升速度大于乳相中氣體，從氣泡底部進(jìn)入的氣體從頂部流出在氣泡周?chē)鷺?gòu)成環(huán)流，該環(huán)流有一定厚度，稱(chēng)氣泡暈。粗顆粒，氣泡上升速度小于乳相中氣體（慢氣泡），從氣泡底部進(jìn)入的氣體從頂部流出，氣泡只是空穴，使氣體走短路，無(wú)氣泡暈存在。氣泡暈在乳化相內(nèi)，氣泡暈的厚度氣泡暈厚度直接影響反應(yīng)物與乳化相間的傳質(zhì)速度。鼓泡床氣泡行為－－氣泡尺寸氣泡直徑dbe與分布器孔口直徑、孔口氣速、分布器的布置形式以及在床層中的行程有關(guān)。氣泡沿床層向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)合并與分裂。氣泡的dbe隨行程的增長(zhǎng)而增大。在分布器孔口形成的初始?xì)馀轂樵鷼馀荩渲睆接胐beo表示。鼓泡床氣泡行為－－原生氣泡直徑在氣體線速低時(shí)，式中vor和Nor分別為過(guò)孔體積流速(m3/s)和單位面積孔數(shù)。當(dāng)氣體線速低到原生氣泡間不相互接觸，或dbeo小于分布器孔間距l(xiāng)or，則有與上式相結(jié)合，有鼓泡床氣泡行為－－原生氣泡直徑在氣體線速高時(shí)，對(duì)于多孔分布板，多采用該式進(jìn)行計(jì)算。鼓泡床氣泡行為－－氣泡的增長(zhǎng)氣泡直徑dbe隨分布器單位面積開(kāi)孔數(shù)的增多而減少。氣泡直徑dbe隨氣體流速的增大而增大。氣泡直徑dbe隨行程的增大而增大，但增大的幅度先快后慢。氣泡直徑dbe隨壓力的增大而減小。顆粒的吸附能力增強(qiáng)，氣泡直徑dbe減小。鼓泡床氣泡行為－－氣泡的增長(zhǎng)關(guān)于氣泡直徑，Roes等給出的對(duì)Darton關(guān)聯(lián)式的修正式為l－－氣泡壽命f－－速度系數(shù)N0－－分布器孔口數(shù)Lj－－分布器作用區(qū)高度，mf’－－A類(lèi)，1.0f’’－－A類(lèi)，2.5鼓泡床氣泡行為－－穩(wěn)定的最大氣泡直徑氣泡直徑大到一定程度后，就會(huì)分裂成二個(gè)以上的小氣泡。因此，有穩(wěn)定的最大氣泡直徑dbe,max。dbe,max與氣泡周?chē)橘|(zhì)的粘度有關(guān)。介質(zhì)動(dòng)力粘度增大，氣泡分裂加快。干擾可能導(dǎo)致氣泡破裂。氣泡內(nèi)循環(huán)氣流流速大于ut時(shí)，氣泡消失；小于ut時(shí)，氣泡穩(wěn)定。溫度升高，壓力增大，都導(dǎo)致dbe,max減小。Geldart對(duì)A類(lèi)顆粒給出dbe,max為dp、rp、rg、m等物性和T、P、uf等操作條件的函數(shù)。鼓泡床氣泡行為－－氣泡上升速度氣泡上升速度也叫氣泡相對(duì)上升速度，是在靜止床層中單獨(dú)氣泡上升的速度。Davidson對(duì)A、B類(lèi)顆粒給出了氣泡上升速度關(guān)聯(lián)式：氣泡的絕對(duì)上升速度uB應(yīng)該在ub的基礎(chǔ)上加上氣體向上的平均速度ufbg-umb，即鼓泡床氣泡行為－－氣泡上升速度氣泡的絕對(duì)上升速度uB與兩相理論過(guò)剩氣體量之比為對(duì)于A類(lèi)顆粒，y與L/dT的關(guān)系，在L/dT近似為1時(shí)，y＝0.8。對(duì)于循環(huán)流化床系統(tǒng)，固體顆粒的速度us也需要考慮，有式中“＋”為顆粒運(yùn)動(dòng)方向與氣泡上升方向同向，“－”與之相反。鼓泡床乳化相行為－－乳化相氣速乳化相行為關(guān)系到流動(dòng)模型、傳質(zhì)過(guò)程以及床層顆粒的返混。對(duì)于A類(lèi)顆粒，乳化相氣速多余的氣體以氣泡的形式通過(guò)床層。對(duì)于B類(lèi)顆粒，乳化相氣速鼓泡床乳化相行為－－乳化相氣速在鼓泡床中，氣泡尾跡的脫落與更新對(duì)固體顆粒的運(yùn)動(dòng)起很大的作用。尾跡帶向上的顆粒的量應(yīng)該等于向下運(yùn)動(dòng)的顆粒的量。Kunii給出的乳化相氣速表達(dá)式為：式中a為尾跡體積Vw與氣泡體積Vb之比。隨著ufbg的增大，ue可能出現(xiàn)負(fù)值，出現(xiàn)氣流循環(huán)，造成顆粒與氣體返混。鼓泡床乳化相行為－－顆粒循環(huán)顆粒循環(huán)速率為：氣泡曳帶分率其中Y為顆粒徑修正系數(shù)，對(duì)A類(lèi)顆粒取1。鼓泡床乳化相行為－－顆粒循環(huán)根據(jù)截面顆粒質(zhì)量衡算，可計(jì)算顆粒向下平均速度：乳化相空隙率ee關(guān)聯(lián)式：鼓泡床乳化相行為－－顆粒分層經(jīng)尾跡與氣泡曳力攜帶，造成乳化相內(nèi)顆粒形成上流相和回流相，使床層內(nèi)顆粒形成混合。顆粒的流動(dòng)與混合，對(duì)氣固接觸、相間傳質(zhì)與傳熱以及消除死區(qū)都有一定的作用。流化床固體顆粒大小不一，常出現(xiàn)分層、死區(qū)和均勻混合現(xiàn)象。均勻混合：非均一顆粒在床層中各處分布相同。分層：密度、粒徑小的顆粒在床層上部多，密度大、粒徑大的在床層下部多。死區(qū)：局部沒(méi)有流化，屬分層的一種特殊形式。鼓泡床乳化相行為－－顆粒分層定量確定分層現(xiàn)象，常用分層系數(shù)和混合指數(shù)兩個(gè)參數(shù)。分層系數(shù)Cs：混合指數(shù)MICs取值在－100～100％之間，為零時(shí)意味著完全混合。MI取值為零時(shí)意味著完全分層，取值為1時(shí)意味完全混合。鼓泡床乳化相行為－－顆粒分層寬顆粒分布DP～ufbg曲線完全混合、分層與死床可用床層壓降與表觀氣速曲線說(shuō)明。壓降隨表觀氣速波動(dòng)曲線AB，是流化、分層和局部死區(qū)綜合形成的。當(dāng)ufbg=uc，分布器處無(wú)死區(qū)，氣泡穿過(guò)床層，床層完全混合。鼓泡床乳化相行為－－顆粒分層床層的溝流或氣泡，使氣速超過(guò)細(xì)粉或小密度顆粒的沉降速度，形成向上夾帶。氣泡尾跡與曳力攜帶使細(xì)粉或小密度的顆粒更易于向上運(yùn)動(dòng)。乳化相中的細(xì)粉穿過(guò)顆粒間空隙向上運(yùn)動(dòng)。乳化相中的回流作用，使細(xì)粉顆粒向下運(yùn)動(dòng)。關(guān)于分層的四方面機(jī)理性解釋?zhuān)和膭?dòng)床氣泡直徑小分布密氣泡尺寸幾乎與高度無(wú)關(guān)氣速增大氣泡數(shù)量增多湍動(dòng)床的氣泡行為、乳化相行為與鼓泡床近似，但仍有區(qū)別：湍動(dòng)床除乳化相氣速u(mài)mb外，其余氣體全部以氣泡形式通過(guò)床層。床層內(nèi)氣泡以平均球形直徑為氣泡當(dāng)量直徑。假定：有Nb為單位體積床層氣泡數(shù)，每個(gè)氣泡的平均體積為湍動(dòng)床超過(guò)umb的氣體均以氣泡的形式運(yùn)動(dòng)，有于是，“＋”表示顆粒與氣泡上升方向相同，“－”則表示相反。湍動(dòng)床在顆粒循環(huán)量影響可以忽略時(shí)，可簡(jiǎn)化為通常us是不可忽略的。dbe也可用床層空隙率來(lái)計(jì)算，湍動(dòng)床在顆粒循環(huán)量影響可以忽略時(shí)，可簡(jiǎn)化為在鼓泡床中，氣泡的聚并占主導(dǎo)地位，因而，隨氣速增加氣泡數(shù)目減少，氣泡直徑隨高度增大。在湍動(dòng)床中，氣泡的破碎占主導(dǎo)地位，氣速增大，氣泡數(shù)量增加。湍動(dòng)床在湍動(dòng)床中，分布板附近存在射流區(qū)，床層床面附近乳化相中存在顆粒的回流，這都導(dǎo)致氣－固滑移速度較大，而在分布板與床面之間氣－固滑移速度較小，稱(chēng)之為“松弛”區(qū)。床層中松弛區(qū)的存在意味著氣泡分率εb沿軸向?yàn)榉蔷鶆蚍植?。氣泡分率εb沿徑向同樣為非均勻分布。在湍流床的床層中心區(qū)同樣存在少量的顆粒密集聚集體，沿中心區(qū)向下流動(dòng)，夾帶氣體造成中心區(qū)域的氣體返混現(xiàn)象。湍動(dòng)床表觀擴(kuò)散系數(shù)和有效擴(kuò)散系數(shù)關(guān)系：在湍動(dòng)床中，固體顆粒的軸向擴(kuò)散系數(shù)與表觀氣速和床層直徑都有關(guān)。與表觀氣速之間的關(guān)系可表示為：與床層直徑之間的關(guān)系可表示為：顯然，固體顆粒的返混隨氣速增大而增大，不過(guò)，氣體的返混則隨氣速的增大出現(xiàn)最大值。湍動(dòng)床內(nèi)流體的流動(dòng)表現(xiàn)為多區(qū)多相：分布板區(qū)、松弛區(qū)、床面區(qū)、氣泡相、上流乳化相和回流乳化相。分布器分布器是保證流化床具有良好的流化狀態(tài)和氣－固接觸效率的重要構(gòu)件，有以下要求：在壓降最小的前提下均勻分布?xì)怏w；保證床層處于良好的流化狀態(tài)，在分布器附近創(chuàng)造良好的氣－固接觸條件，防止分布器篩出大顆粒；必須有足夠的強(qiáng)度承載靜床負(fù)荷，能經(jīng)受熱脹冷縮的作用，保證不堵塞、不腐蝕和不漏料；盡可能減少顆粒的粉碎。分布器通常不能全部滿(mǎn)足這些要求。工況和催化劑性能不同，對(duì)分布器要求也會(huì)有差異。分布器分布器類(lèi)型：多孔板式噴嘴式泡罩式風(fēng)冒式管柵式分布器射流穿透床層深度稱(chēng)為噴射長(zhǎng)度Lj。分布器－－多孔板分布器作用區(qū)的流動(dòng)模型噴射長(zhǎng)度的作用區(qū)域稱(chēng)為分布器作用區(qū)。分布器作用區(qū)反應(yīng)物濃度高，氣體與顆?；旌霞ち?，對(duì)反應(yīng)影響大。噴射長(zhǎng)度有三種：Lj,max，Lj,min和Lj,B。通常的Lj指Lj,max。Merry關(guān)聯(lián)式：分布器－－多孔板分布器作用區(qū)的流動(dòng)模型噴射最大直徑dj，對(duì)于多孔板分布器，關(guān)聯(lián)式為：分布器－－多孔板分布器作用區(qū)的流動(dòng)模型噴射長(zhǎng)度Lj和噴射最大直徑dj，與孔間距S有關(guān)，S與死區(qū)有關(guān)，為了消除分布板上的死區(qū)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式算出S的值。Geldart給出：分布器－－分布板的壓力降分布板的壓力降可按下式計(jì)算：分布板之所以能夠均勻分布?xì)怏w，關(guān)鍵在于它對(duì)通過(guò)的流體具有一定的阻力。只有當(dāng)此阻力大于氣體流股沿整個(gè)床界面重排的阻力時(shí)，分布板才能夠起到破壞流股使之均勻分布的作用。增大分布板壓降可改善氣體分布和流化穩(wěn)定性的作用；但壓降過(guò)大，將增加動(dòng)力的消耗。分布器－－分布板的壓力降臨界壓降：分布板均勻分布?xì)怏w且流化狀態(tài)穩(wěn)定的最小壓降。與分布板下面氣體的引入和分布板上床層的狀況有關(guān)。分布板均勻分布?xì)怏w和具有良好的流化穩(wěn)定性對(duì)臨界壓降的要求是不一樣的。前者由分布板下面氣體的引入所決定，后者由分布板上面的流化床層所決定。分布板均勻分布?xì)怏w是流化床穩(wěn)定流化的前提。分布板能均勻分布?xì)怏w并不能保證床層能夠穩(wěn)定流化。分布板臨界壓降分為分布?xì)怏w臨界壓降和穩(wěn)定性臨界壓降。實(shí)際分布板的壓降應(yīng)該大于或等于這兩個(gè)壓降。分布器－－分布板的壓力降分布?xì)怏w臨界壓降多孔分布板徑向速度分布與分布板開(kāi)孔率有關(guān)，與氣流速度無(wú)關(guān)。分布?xì)怏w臨界壓降：氣速超過(guò)臨界流化速度，有部分孔開(kāi)始工作；增加氣速，最終導(dǎo)致所有的孔都以u(píng)0氣速運(yùn)轉(zhuǎn)。降低氣速至um，部分孔由工作狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉枪ぷ鳡顟B(tài)；進(jìn)一步降低氣速，非工作狀態(tài)孔的數(shù)目增加。分布器－－分布板的壓力降臨界速度um：um保證分布板小孔全部工作的最小流化表觀速度，其經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式為：分布器－－分布板的壓力降穩(wěn)定性臨界壓降：穩(wěn)定性臨界壓降由床層的流化狀態(tài)決定，隨床層的變化而變化。通常用床層壓降的分率來(lái)表示。氣體通過(guò)分布板和床層的壓降分別為DPD和DPB，系統(tǒng)總壓降：隨ufbg的增大而增大。隨ufbg的增大而減小。分布器－－分布板的壓力降高壓降分布板開(kāi)孔率很小，壓降很大；低壓降分布板開(kāi)孔率高，壓降小，但流化不穩(wěn)定。郭慕孫等提出了分布板穩(wěn)定性判據(jù)－－歸原準(zhǔn)數(shù)R：R＝1，理想分布器；R越大，穩(wěn)定性越差；R越小，穩(wěn)定性越小。分布器－－設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)分布器對(duì)氣