本系列化工過程強化專題的最后一部分，我將要來說一說流固相之間的過程強化。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。

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

外擴散與內擴散對傳質過程的影響

流固相的傳遞過程主要包含兩個方面：氣體中的熱量與物質擴散到固體表面，固體的熱量或物質脫離固體表面進入氣體中。很自然地，流固相過程強化的原理實際上與氣液過程類似。其思路也是類似的，那就是我們要盡可能增大流體與固體的接觸面積，同時盡可能地增大固體與流體間的比表面積。這里我們舉一個固體干燥的例子，當固體與氣流接觸的時候，固體顆粒越小干燥速率越快。氣流經過固體的速度越高，固體干燥的速度同樣能夠加快。

那么在工業中我們如何實現這兩點呢，可以說對于流固相過程進行強化的思路比較有限，這主要是減小固體顆粒尺寸這一點在實際操作中不容易實現。破碎固體往往需要較高的能量與復雜的機械，這往往是在流固相接觸設備之外完成的，在設備本體中進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。而在這方面實際上工業界已經在做了，那就是流化床。

流態化的原理非常簡單，那就是固體顆粒在氣流中會呈現懸浮狀態，這就是所謂流態化，大家可以稍微一計算一下，為了讓顆粒呈現流態化，那么氣流的速度就會非常快，同時固體顆粒之間會劇烈地進行撞擊。這樣一來就加大的氣固界面之間的擾動，新成了氣固過程強化的作用。同時由于固體呈現流態化，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，流化床干燥的時間會明顯比回轉窯甚至普通窯爐內的干燥時間短。

此外流態化還有一個優點，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，這樣一來就可以及時移除系統的熱量。這一點在化學反應中用途非常大，比較經典的例子就是丙烯腈的合成，這個合成反應固體做催化劑，是一個強放熱的反應。如果采用固定床反應，即使在有冷卻介質的條件下，系統溫度也難以控制會發生飛溫，最后導致催化劑燒壞。因此這種情況下丙烯腈的合成采用的都是流化床反應器。

常用流化床反應器結構形式，主要有反應器本體，氣體分布板，旋風分離器組成，實際操作過程中可以有多種類型衍生，比如說旋風分離器外置等變形。

當然流化床的應用還是有局限性的，首先流化床的設計比較困難，目前除了幾個經典工藝以外，流化床的設計還是比較粗糙的，需要大量的設計經驗，有些又需要在調試中漸漸摸索。因此一般的中小型供應商由于經驗不足，經常導致設備無法形成流化，無法開機，這在很大程度上導致業主為避免技術風險寧可采用傳統的回轉窯等接觸設備。

另外現在流化床在一些特定領域中存在政策風險，流化床的特點就在于氣量大，這在一般干燥過程中沒有問題，但是如果你干燥的物料中含有揮發性的有機物，那么流化床出口的氣體就是工業廢氣，需要嚴格處理，這樣一來就導致了額外的環境處理成本。

另外就是流化床的能耗，首先為了維持反應器內有一定溫度，就必須進行加熱，由于氣體的通過具有冷卻效應導致要對氣體的加熱消耗的熱量遠大于其他窯爐類型。

振動流化床干燥機，用機械振動輔助流化，優點是設備高度可以降低，操作也比流化床靈活，現在已經是非常常見的設備了。

所以流化床現在的應用情況主要有幾點，強換熱的氣固催化反應，需要氣體帶走熱量。此外還可以進行流化床冷卻。有些反應過程產生的是高溫的粉體，這時候可以通過直接吹氣將粉體冷卻下來，這種情況反而有了一定的用途。在燃燒器方面也有用途，因為燃燒器往往對設備體積有要求，要求設備盡可能小所以在流化床上有點前途。但是在干燥方面就非常尷尬了，干燥在很多化工過程中屬于可以湊合的流程，設備打一點，效率低一些對廠家來說影響不大，但是廢氣處理成本以及能耗往往廠家比較關心。因此目前從干燥角度來說，流化床要代替回轉窯等設備難度還是比較大的。

用于發電領域的煤粉燃燒用循環流化床

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