本系列化工過(guò)程強(qiáng)化專(zhuān)題的最后一部分，我將要來(lái)說(shuō)一說(shuō)流固相之間的過(guò)程強(qiáng)化。所謂流固相是指由一種流體與固體組成的體系，如果流體是氣體那么這就是氣固體系，流體是液體自然就是液固體系。

流固相過(guò)程實(shí)際上在化工生產(chǎn)中存在是非常廣泛的，尤其是在精細(xì)化工中，涉及到固體物料與產(chǎn)品的情況遠(yuǎn)多于大宗化學(xué)品合成，因此具有較為重大的意義。在化工過(guò)程中涉及氣固過(guò)程中的有：氣固催化反應(yīng)，固體干燥，固體燃燒等。涉及液固的過(guò)程有：固體溶解，液固反應(yīng)等。

外擴(kuò)散與內(nèi)擴(kuò)散對(duì)傳質(zhì)過(guò)程的影響

流固相的傳遞過(guò)程主要包含兩個(gè)方面：氣體中的熱量與物質(zhì)擴(kuò)散到固體表面，固體的熱量或物質(zhì)脫離固體表面進(jìn)入氣體中。很自然地，流固相過(guò)程強(qiáng)化的原理實(shí)際上與氣液過(guò)程類(lèi)似。其思路也是類(lèi)似的，那就是我們要盡可能增大流體與固體的接觸面積，同時(shí)盡可能地增大固體與流體間的比表面積。這里我們舉一個(gè)固體干燥的例子，當(dāng)固體與氣流接觸的時(shí)候，固體顆粒越小干燥速率越快。氣流經(jīng)過(guò)固體的速度越高，固體干燥的速度同樣能夠加快。

那么在工業(yè)中我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)這兩點(diǎn)呢，可以說(shuō)對(duì)于流固相過(guò)程進(jìn)行強(qiáng)化的思路比較有限，這主要是減小固體顆粒尺寸這一點(diǎn)在實(shí)際操作中不容易實(shí)現(xiàn)。破碎固體往往需要較高的能量與復(fù)雜的機(jī)械，這往往是在流固相接觸設(shè)備之外完成的，在設(shè)備本體中進(jìn)行固體破碎的可行性不大。因此我們唯一可以做的就是盡可能加大氣固界面間的擾動(dòng)。而在這方面實(shí)際上工業(yè)界已經(jīng)在做了，那就是流化床。

流態(tài)化的原理非常簡(jiǎn)單，那就是固體顆粒在氣流中會(huì)呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)，這就是所謂流態(tài)化，大家可以稍微一計(jì)算一下，為了讓顆粒呈現(xiàn)流態(tài)化，那么氣流的速度就會(huì)非常快，同時(shí)固體顆粒之間會(huì)劇烈地進(jìn)行撞擊。這樣一來(lái)就加大的氣固界面之間的擾動(dòng)，新成了氣固過(guò)程強(qiáng)化的作用。同時(shí)由于固體呈現(xiàn)流態(tài)化，固體顆粒之間的間距較大，變相增大了氣體與固體的接觸面積。因此以干燥為例，流化床干燥的時(shí)間會(huì)明顯比回轉(zhuǎn)窯甚至普通窯爐內(nèi)的干燥時(shí)間短。

此外流態(tài)化還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是氣體有一定熱量攜帶能力，雖然氣體熱容較低，但是流化床中氣量是非常大的，這樣一來(lái)就可以及時(shí)移除系統(tǒng)的熱量。這一點(diǎn)在化學(xué)反應(yīng)中用途非常大，比較經(jīng)典的例子就是丙烯腈的合成，這個(gè)合成反應(yīng)固體做催化劑，是一個(gè)強(qiáng)放熱的反應(yīng)。如果采用固定床反應(yīng)，即使在有冷卻介質(zhì)的條件下，系統(tǒng)溫度也難以控制會(huì)發(fā)生飛溫，最后導(dǎo)致催化劑燒壞。因此這種情況下丙烯腈的合成采用的都是流化床反應(yīng)器。

常用流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)形式，主要有反應(yīng)器本體，氣體分布板，旋風(fēng)分離器組成，實(shí)際操作過(guò)程中可以有多種類(lèi)型衍生，比如說(shuō)旋風(fēng)分離器外置等變形。

當(dāng)然流化床的應(yīng)用還是有局限性的，首先流化床的設(shè)計(jì)比較困難，目前除了幾個(gè)經(jīng)典工藝以外，流化床的設(shè)計(jì)還是比較粗糙的，需要大量的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，有些又需要在調(diào)試中漸漸摸索。因此一般的中小型供應(yīng)商由于經(jīng)驗(yàn)不足，經(jīng)常導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法形成流化，無(wú)法開(kāi)機(jī)，這在很大程度上導(dǎo)致業(yè)主為避免技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)寧可采用傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯等接觸設(shè)備。

另外現(xiàn)在流化床在一些特定領(lǐng)域中存在政策風(fēng)險(xiǎn)，流化床的特點(diǎn)就在于氣量大，這在一般干燥過(guò)程中沒(méi)有問(wèn)題，但是如果你干燥的物料中含有揮發(fā)性的有機(jī)物，那么流化床出口的氣體就是工業(yè)廢氣，需要嚴(yán)格處理，這樣一來(lái)就導(dǎo)致了額外的環(huán)境處理成本。

另外就是流化床的能耗，首先為了維持反應(yīng)器內(nèi)有一定溫度，就必須進(jìn)行加熱，由于氣體的通過(guò)具有冷卻效應(yīng)導(dǎo)致要對(duì)氣體的加熱消耗的熱量遠(yuǎn)大于其他窯爐類(lèi)型。

振動(dòng)流化床干燥機(jī)，用機(jī)械振動(dòng)輔助流化，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備高度可以降低，操作也比流化床靈活，現(xiàn)在已經(jīng)是非常常見(jiàn)的設(shè)備了。

所以流化床現(xiàn)在的應(yīng)用情況主要有幾點(diǎn)，強(qiáng)換熱的氣固催化反應(yīng)，需要?dú)怏w帶走熱量。此外還可以進(jìn)行流化床冷卻。有些反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的是高溫的粉體，這時(shí)候可以通過(guò)直接吹氣將粉體冷卻下來(lái)，這種情況反而有了一定的用途。在燃燒器方面也有用途，因?yàn)槿紵魍鶎?duì)設(shè)備體積有要求，要求設(shè)備盡可能小所以在流化床上有點(diǎn)前途。但是在干燥方面就非常尷尬了，干燥在很多化工過(guò)程中屬于可以湊合的流程，設(shè)備打一點(diǎn)，效率低一些對(duì)廠家來(lái)說(shuō)影響不大，但是廢氣處理成本以及能耗往往廠家比較關(guān)心。因此目前從干燥角度來(lái)說(shuō)，流化床要代替回轉(zhuǎn)窯等設(shè)備難度還是比較大的。

用于發(fā)電領(lǐng)域的煤粉燃燒用循環(huán)流化床

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