流态化床

流化床

流态化床，简称流化床，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。包括散式流化床、聚式流化床（鼓泡床、湍流床、快速床）。

基本定义

流态化床，简称流化床，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。

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。

流化床的优缺点

优点

缺点

流化床中的传质与传热

颗粒与流体间的传质

气泡与乳化相间的传质

由于流化床反器中的反应实际上是在乳化相中进行的，所以气泡与乳化相间的气体交换作用非常重要。相间传质速率与表面反应速率的快慢，对于选择合理的床型和操作参数都相关。

流化床反应器中的传热

传热的三种形式：

①固体颗粒与固体颗粒之间的传热

②固体颗粒与流体间的传热

③床层与器壁或换热器表面的传热

这三种传热的基本形式中，前两种传热速度比后一种要大得多，所以要提高整个流化床的传热速度，关键就在于提高后一种传热速度。

流化床的数学模型

近年来人们对于流化床的认识尚待深入，数学模型的研究尚在发展，这里将主要介绍两个模型，两相模型和鼓泡床模型。

两相模型

流化床的两相模型认为：流化床内存在一个以气体临界流化速度通过的颗粒相，其余气体则以气泡形式通过床层的气泡相。化学反应仅在颗粒相中进行，而气泡相中没有催化剂存在，所以不进行反应，但气泡相和颗粒相间存在气体交换。

鼓泡床模型

鼓泡床模型则认为气泡是流化床内流动、传递和化学反应的决定因素，研究的实质在于把过程的各个参数归结在气泡特征上，主要是气泡大小及其上升速度。

技术应用

采用该方法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。

挪威R E C 公司是世界上惟一一家业务贯穿整个太阳能行业产业链的公司，是世界上最大的太阳能级多晶硅生产商。该公司利用硅烷气为原料，采用流化床反应炉闭环工艺分解出颗粒状多晶硅，且基本上不产生副产品和废弃物。这一特有专利技术使得R E C 在全球太阳能行业中处于独一无二的地位。REC还积极致力于新型流化床反应器技术（FBR）的开发，该技术使多晶硅在流化床反应器中沉积，而不是在传统的热解沉积炉或西门子反应器中沉积，因而可极大地降低建厂投资和生产能耗。在过去几年中，REC进行了该技术的试产。2006年计划新建利用该技术生产太阳能级多晶硅的工厂，预计2008年达产，产能6500t。此外，REC正积极开发流化床多晶硅沉积技术（Fluidized bed polysilicon deposition，预计2008年用于试产）和改良的西门子- 反应器技术（Modified Siemens-reactor technology）。

德国瓦克公司开发了一套全新的粒状多晶硅流体化反应器技术生产工艺。该工艺基于流化床技术（以三氯硅烷为给料），已在两台实验反应堆中进行了工业化规模生产试验，瓦克公司最近投资了约2亿欧元，在德国博格豪森建立新的超纯太阳能多晶硅工厂，年生产能力为2500t，加上其它扩建措施，新工厂的投产将使瓦克公司在2008年达到9000t的年生产能力，最终于2010年达到11 500t的产能。

美国Hemlock公司将开设实验性颗粒硅生产线来降低硅的成本，Helmlock公司计划在2010年将产能提高至19 000t。MEMC公司则计划在2010年底其产能达到7000t左右。

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