流化牀反應器

流化牀反應器指固體顆粒物料在氣流（或液流）作用下，在設備內呈懸浮運動狀態（即流化狀態）。流化狀態下的固體顆粒層具有液體的特性，例如，懸浮的固體顆粒層像水一樣能保持一定水平界面並具有靜壓力和浮力，像水一樣具有流動性等。也將這種技術稱為氣固流態化技術。

氣體流經固體顆粒構成的牀料層，當氣體流速比較低時，固體沒有相對運動，氣體流經顆粒之間的間隙流過牀層，這是的氣固接觸形式稱為固定牀。在此基礎上進一步提高氣體流速，氣體對顆粒的曳力(及氣體流進顆粒表面的摩擦力)和浮力之和超過了顆粒的重力，顆粒被懸浮起來，顆粒之間不再有作用力，氣固體系具備了流體的性質，固體被流化，這時處於初始流態化狀態。若進一步提高氣體的流速，牀層不斷膨脹。當更多的氣體進入體系，超過初始流態化需要的氣體流速的氣體，以氣泡的形式穿越牀層，這就是鼓泡流態化。隨着氣速的進一步增加，牀表面有大量的顆粒被夾帶離開牀層，牀表面的界面不再清晰，此時對應的是湍流牀。利用氣固接觸的鼓泡牀或湍流牀形式進行氣固反應的反應器，稱之為流化牀反應器。

流化牀反應器在用於氣固系統時，又稱沸騰牀反應器。流化牀現象最早是德國人Fritz Winkler發現的，在現代工業中的早期應用為20世紀20年代出現的粉煤氣化爐，這就是著名的温克勒爐（見煤氣化爐）；其大規模工業應用是40年代麻省理工學院的Warren Lewis等的石油催化裂化。目前，流化牀反應器已在化工、石油、冶金、核工業等部門得到廣泛應用。

按流化牀反應器的應用可分為兩類：一類的加工對象主要是固體，如礦石的焙燒，稱為固相加工過程；另一類的加工對象主要是流體，如石油催化裂化、酶反應過程等催化反應過程，稱為流體相加工過程。

流化牀反應器的結構有兩種形式：①有固體物料連續進料和出料裝置，用於固相加工過程或催化劑迅速失活的流體相加工過程。例如催化裂化過程，催化劑在幾分鐘內即顯著失活，須用上述裝置不斷予以分離後進行再生。②無固體物料連續進料和出料裝置，用於固體顆粒性狀在相當長時間（如半年或一年）內，不發生明顯變化的反應過程。

與固定牀反應器相比，流化牀反應器的優點是：①可以實現固體物料的連續輸入和輸出；②流體和顆粒的運動使牀層具有良好的傳熱性能，牀層內部温度均勻，而且易於控制，特別適用於強放熱反應；③便於進行催化劑的連續再生和循環操作，適於催化劑失活速率高的過程的進行，石油餾分催化流化牀裂化的迅速發展就是這一方面的典型例子。然而，由於流態化技術的固有特性以及流化過程影響因素的多樣性，對於反應器來説，流化牀又存在很明顯的侷限性：①由於固體顆粒和氣泡在連續流動過程中的劇烈循環和攪動，無論氣相或固相都存在着相當廣的停留時間分佈，導致不適當的產品分佈，降低了目標產物的收率；②反應物以氣泡形式通過牀層，減少了氣-固相之間的接觸機會，降低了反應轉化率；③由於固體催化劑在流動過程中的劇烈撞擊和摩擦，使催化劑加速粉化，加上牀層頂部氣泡的爆裂和高速運動、大量細粒催化劑的帶出，造成明顯的催化劑流失；④牀層內的複雜流體力學、傳遞現象，使過程處於非定常條件下，難以揭示其統一的規律，也難以脱離經驗放大、經驗操作。

近年來，細顆粒和高氣速的湍流流化牀及高速流化牀均已有工業應用。在氣速高於顆粒夾帶速度的條件下，通過固體的循環以維持牀層，由於強化了氣固兩相間的接觸，特別有利於相際傳質阻力居重要地位的情況。但另一方面由於大量的固體顆粒被氣體夾帶而出，需要進行分離並再循環返回牀層，因此，對氣固分離的要求也就很高了。（見流態化、流態化設備）