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中文名 流態(tài)化床 外文名 fluidized bed 簡(jiǎn) 稱 流化床 應(yīng) 用 礦物加工
6 技術(shù)應(yīng)用
基本定義
流態(tài)化床，簡(jiǎn)稱流化床，是一種利用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)行氣固相反應(yīng)過程或液固相反應(yīng)過程的反應(yīng)器。在用于氣固系統(tǒng)時(shí)，又稱沸騰床。
流化床分類
當(dāng)流速達(dá)到某一限值時(shí)，床層剛剛能被流體托動(dòng)時(shí)，床內(nèi)顆粒就開始流化起來，這時(shí)的流體空床線速度稱為臨界流化速度μmf。
散式流化床：對(duì)于液固系統(tǒng)，液體與顆粒的密度相差不大，故μmf一般很小，流速進(jìn)一步提高時(shí)，床層膨脹均勻且波動(dòng)小，顆粒在床內(nèi)的分布比較均勻，故稱做散式流化床。
聚式流化床（氣泡床）：對(duì)氣固系統(tǒng)而言，一般在氣速超過臨界流化速度后，將會(huì)出現(xiàn)氣泡。氣速越高，氣泡造成的擾動(dòng)越劇烈，使床層波動(dòng)頻繁，這種形態(tài)的流化床稱作聚式流化床或氣泡床。
沸騰床：在流化床中床面以下的部分稱密相床，床面以上的部分稱稀相床，密相床中形如水沸，故稱作沸騰床。
湍動(dòng)床：隨著氣速的加大，流化床中的湍動(dòng)程度也跟著加劇，故有人稱那時(shí)的情況叫湍動(dòng)床。
氣輸床：當(dāng)氣速一旦超過了顆粒的帶出速度，則粒子就會(huì)被氣流所帶走成為氣輸床。
聚式流化床中存在有明顯的兩相：主要是氣體的氣泡相（也稱稀相）；由顆粒和顆粒間氣體所組成的乳相（也稱顆粒相或密相），其中鼓泡流化床和湍動(dòng)流化床都屬于聚式流態(tài)化。而散式流化床是指顆粒都較均勻地分布在床層中的流化床，一般多見于液固流化床，在高密度氣體流化床中也會(huì)出現(xiàn) 。
流化床的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
傳熱效能高，而且床內(nèi)溫度易于維持均勻。
大量固體顆?？煞奖愕赝鶃磔斔汀?br />由于顆粒細(xì)，可以消除內(nèi)擴(kuò)散阻力，能充分發(fā)揮催化劑的效能。
缺點(diǎn)
操作彈性低，對(duì)特定固體顆粒，液體或氣體向上流動(dòng)的速度只能在較窄的范圍內(nèi)變化，否則，固體不是被吹跑，就是吹不起來。
固體損耗大，顆粒在反應(yīng)器內(nèi)上限翻滾，顆粒之間，顆粒和反應(yīng)器內(nèi)壁，顆粒和流動(dòng)介質(zhì)之間不斷碰撞摩擦產(chǎn)生粉末被吹走，引起較大的同體損失。因此，如果固體顆粒強(qiáng)度不高，或者固體顆粒比較貴重，流化床反應(yīng)器可能不是選擇。
與固定床相比，在同樣的生產(chǎn)能力下，流化床體積較大，可達(dá)10倍之多。這是因?yàn)楣腆w沸騰起來需要較大的空間，加上擴(kuò)展段，增加的體積很可觀。所以，流化床反應(yīng)器比固定床占據(jù)更多的空間，制作成本也較高。
流化床的控制比固定床復(fù)雜，因?yàn)椴僮鲝椥缘?，操作條件不能有太大的變化，對(duì)控制系統(tǒng)提出了更高的要求。
流化床中的傳質(zhì)與傳熱
顆粒與流體間的傳質(zhì)
氣體進(jìn)入床層后，部分通過乳化相流動(dòng)，其余則以氣泡形式通過床層。
乳化相中的氣體與顆粒接觸良好，而氣泡中的氣體與顆粒接觸較差 [2] 。
氣泡與乳化相間的傳質(zhì)
由于流化床反器中的反應(yīng)實(shí)際上是在乳化相中進(jìn)行的，所以氣泡與乳化相間的氣體交換作用非常重要。相間傳質(zhì)速率與表面反應(yīng)速率的快慢，對(duì)于選擇合理的床型和操作參數(shù)都相關(guān)。
流化床反應(yīng)器中的傳熱
由于流化床反器中的反應(yīng)實(shí)際上是在乳化相中進(jìn)行的，所以氣泡與乳化相間的氣體交換作用非常重要。相間傳質(zhì)速率與表面反應(yīng)速率的快慢，對(duì)于選擇合理的床型和操作參數(shù)都相關(guān)。
傳熱的三種形式：
①固體顆粒與固體顆粒之間的傳熱
②固體顆粒與流體間的傳熱
③床層與器壁或換熱器表面的傳熱
這三種傳熱的基本形式中，前兩種傳熱速度比后一種要大得多，所以要提高整個(gè)流化床的傳熱速度，關(guān)鍵就在于提高后一種傳熱速度。
流化床的數(shù)學(xué)模型
近年來人們對(duì)于流化床的認(rèn)識(shí)尚待深入，數(shù)學(xué)模型的研究尚在發(fā)展，這里將主要介紹兩個(gè)模型，兩相模型和鼓泡床模型 [3] 。
兩相模型
流化床的兩相模型認(rèn)為：流化床內(nèi)存在一個(gè)以氣體臨界流化速度 通過的顆粒相，其余氣體則以氣泡形式通過床層的氣泡相?；瘜W(xué)反應(yīng)僅在顆粒相中進(jìn)行，而氣泡相中沒有催化劑存在，所以不進(jìn)行反應(yīng)，但氣泡相和顆粒相間存在氣體交換。
鼓泡床模型
鼓泡床模型則認(rèn)為氣泡是流化床內(nèi)流動(dòng)、傳遞和化學(xué)反應(yīng)的決定因素，研究的實(shí)質(zhì)在于把過程的各個(gè)參數(shù)歸結(jié)在氣泡特征上，主要是氣泡大小及其上升速度。