流化床又称流态化床,是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态,并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。在用于气固系统时,又称沸腾床。
流化床分类
当流速达到某一限值时,床层刚刚能被流体托动时,床内颗粒就开始流化起来,这时的流体空床线速度称为临界流化速度μmf。
散式流化床:对于液固系统,液体与颗粒的密度相差不大,故μmf一般很小,流速进一步提高时,床层膨胀均匀且波动小,颗粒在床内的分布比较均匀,故称做散式流化床。
聚式流化床:对气固系统而言,一般在气速超过临界流化速度后,将会出现气泡。气速越高,气泡造成的扰动越剧烈,使床层波动频繁,这种形态的流化床称作聚式流化床或气泡床。聚式流化床有分为:
鼓泡床:在流化床中床面以下的部分称密相床,床面以上的部分称稀相床,密相床中形如水沸,故称作鼓泡床。
湍流床:随着气速的加大,流化床中的湍动程度也跟着加剧,故有人称那时的情况叫湍动床。
快速床:当气速一旦超过了颗粒的带出速度,则粒子就会被气流所带走成为快速床。
聚式流化床中存在有明显的两相:主要是气体的气泡相(也称稀相);由颗粒和颗粒间气体所组成的乳相(也称颗粒相或密相),其中鼓泡流化床和湍动流化床都属于聚式流态化。而散式流化床是指颗粒都较均匀地分布在床层中的流化床,一般多见于液固流化床,在高密度气体流化床中也会出现。
流化床的特点
优点
1、传热效能高,而且床内温度易于维持均匀。
2、大量固体颗粒可方便地往来输送。
3、由于颗粒细,可以消除内扩散阻力,能充分发挥催化剂的效能。
缺点
1、操作弹性低,对特定固体颗粒,液体或气体向上流动的速度只能在较窄的范围内变化,否则,固体不是被吹跑,就是吹不起来。
2、固体损耗大,颗粒在反应器内上限翻滚,颗粒之间,颗粒和反应器内壁,颗粒和流动介质之间不断碰撞摩擦产生粉末被吹走,引起较大的同体损失。因此,如果固体颗粒强度不高,或者固体颗粒比较贵重,流化床反应器可能不是最佳选择。
3、与固定床相比,在同样的生产能力下,流化床体积较大,可达10倍之多。这是因为固体沸腾起来需要较大的空间,加上扩展段,增加的体积很可观。所以,流化床反应器比固定床占据更多的空间,制作成本也较高。
4、流化床的控制比固定床复杂,因为操作弹性低,操作条件不能有太大的变化,对控制系统提出了更高的要求。
采用流化床生产颗粒状多晶硅的公司主要有:挪威可再生能源公司(REC)、德国瓦克公司(Wacker)、美国HemLock和M E M C 公司等。