Micro fluidization: Fundamentals and Applications (微型流化床：基础与应用)

图书标准信息

• 作者 许光文 著
• 出版社 化学工业出版社
• 出版时间 2023-01
• 版次 1
• ISBN 9787122420497
• 定价 198.00元
• 装帧 精装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 383页
• 字数 510千字

【内容简介】

本专著内容涵盖微型流态化科学和技术研究的背景历史和重要成果，总结微型流态化基本原理、流体力学特性、流态化典型流型及其转变、流体和颗粒混合、基于双流体及离散元模型的微型流化床数值模拟、工程热化学领域研究中常用的热分析微型反应器、微型流化床反应分析系统、微型流化床反应分析仪特征、微型流化床反应分析应用以及微型流化床反应器在工业技术开发中的前景等内容。专著也概括了液固两相和气液固三相微型流化床的发展、流体力学及传递特性、在化学及生物化工中的应用等内容。本专著可供从事流态化和颗粒技术，尤其是对微型流化床基础研究及应用技术感兴趣的学生、研究人员、工程师或其他读者参考，同时也可作为化学工程专业的研究生教材或参考书。

【作者简介】

无

【目录】

Chapter 1  Introduction　001 

1.1  Fluidization and fluidized bed　001 

1.2  Typical ΔPB-Ug relationship　003 

1.3  Geldart powder classification　006 

1.4  Gas-solid fluidization regimes　007 

1.5  Fluidization applications　010 

1.6  Miniaturization of fluidized beds　013 

1.7  Micro fluidized bed applications　017 

1.8  Sources of information on micro fluidization　018 

Abbreviation　019 

Nomenclature　019 

References　020 

Chapter 2  Fundamentals of Gas-Solid Micro Fluidization　027 

2.1  Bed pressure drops in micro fluidized beds　027 

2.1.1  The bed pressure drop overshoot　028 

2.1.2  The bed pressure drop offset　030 

2.1.3  Deviation from the Ergun equation　033 

2.2  Mechanistic analysis of the wall effects　036 

2.2.1  The wall frictional force　038 

2.2.2  Increase in bed voidage　043 

2.2.3  Inhomogeneous flow　045 

2.3  Discussions on the wall effects　050 

2.4  Other influencing factors　053 

2.4.1  Influence of particle diameter　053 

2.4.2  Influence of gas properties　055 

2.4.3  Influence of temperature　056 

Abbreviation　057 

Nomenclature　057 

References　059 

Chapter 3  Gas and Solid Mixing　062 

3.1  Experimental and analytic techniques　062 

3.1.1  Gas residence time distribution　063 

3.1.2  Axial dispersion model　065 

3.2  Gas mixing　069 

3.2.1  Gas residence time distribution　069 

3.2.2  Axial gas dispersion coefficient　071 

3.2.3  Two-phase model analysis　072 

3.2.4  The criteria for plug flow of gas in micro fluidized beds　077 

3.3  Solid mixing　081 

3.3.1  Solid mixing simulation　081 

3.3.2  Particle feeding simulation　082 

Abbreviation　086 

Nomenclature　086 

References　088 

Chapter 4  Micro Fluidization Regimes　090 

4.1  Experimental observations　090 

4.2  Fixed bed　092 

4.3  Minimum fluidization velocity　096 

4.3.1  Factors influencing Umf　096 

4.3.2  Prediction of minimum fluidization velocity　099 

4.4  Particulate fluidization　102 

4.5  Bubbling fluidized bed　104 

4.5.1  The onset of bubbling fluidization　104 

4.5.2  Prediction of minimum bubbling velocity　107 

4.5.3  Bubble size　108 

4.6  Slugging fluidized bed　109 

4.6.1  The onset of slugging fluidization　109 

4.6.2  Prediction of slugging velocity　111 

4.7  Turbulent fluidized bed　113 

4.7.1  The onset of turbulent fluidization　113 

4.7.2  Prediction of transition velocity Uc　115 

4.8  Distinction between micro and macro fluidized beds　116 

4.9  Fluidization regime map for micro fluidized beds　119 

Nomenclature　125 

References　127 

Chapter 5  Hydrodynamic Modeling of Micro Fluidized Beds　129 

5.1  CFD modeling approaches　129 

5.2  Two-fluid method　132 

5.2.1  TFM formulation　132 

5.2.2  TFM simulations and validations　136 

5.2.3  TFM-predicted MFB hydrodynamics　140 

5.3  The discrete element method　144 

5.3.1  Model formulation　145 

5.3.2  DEM simulations and validations　146 

5.3.3  DEM-predicted MFB hydrodynamics　147 

5.4  A brief discussion and future perspective　152 

Abbreviation　153 

Nomenclature　153 

References　154 

Chapter 6  Microreactors for Thermal Analysis of Gas-Solid Thermochemical Reactions　158 

6.1  Thermal analysis approaches　158 

6.1.1  Thermochemical reaction pathways　158 

6.1.2  General requirements for thermal analysis approaches　159 

6.2  Microreactors for thermal analysis　163 

6.2.1  General approaches and requirements　163 

6.2.2  Classification of microreactors　163 

6.3  Furnace heating micro reactors　166 

6.3.1  Micro fixed bed reactor　166 

6.3.2  Gas pulsed microreactor　167 

6.3.3  Thermogravimetric analyzer　168 

6.3.4  The single and tandem ?-reactors　170 

6.3.5  Drop-tube reactor　172 

6.3.6  Catalyst cell fluidized bed reactor　173 

6.4  Resistively heated micro reactors　174 

6.4.1  Wire mesh reactor　174 

6.4.2  Curie point reactor　176 

6.4.3  Pulse-heated analysis of solid reaction reactor　177 

6.4.4  Microprobe reactor　178 

6.5  Particle bed heating micro reactors　178 

6.5.1  Micro spouted bed reactor　178 

6.5.2  Micro fluidized bed reactor　179 

6.6  Other non-resistively heating micro reactors　180 

6.6.1  Microwave microreactor　180 

6.6.2  Laser ablation reactor　180 

6.6.3  Thermal plasma reactor　181 

6.7  Remarks　182 

Abbreviation　184 

References　184 

Chapter 7  System of Micro Fluidized Bed Reaction Analysis　188 

7.1  System configurations　189 

7.1.1  System configurations of micro fluidized bed reaction analyzer　189 

7.1.2  Micro fluidized bed reactor design　192 

7.1.3  Solid sample feeding method　194 

7.1.4  Liquid sample feeding method　195 

7.1.5  Online gas sampling and analysis　196 

7.1.6  Online particle sampling　197 

7.1.7  Change of reaction atmosphere　198 

7.2  Kinetic data analysis　200 

7.2.1  Data acquisition　200 

7.2.2  Data processing　201 

7.2.3  Kinetic modeling　202 

7.3  New developments in MFBRA　203 

7.3.1  MFB thermogravimetric analyzer　203 

7.3.2  Induction heating MFB　205 

7.3.3  External force assistance　206 

7.3.4  Micro spouted bed reaction analyzer　208 

7.3.5  Membrane-assisted micro fluidized beds　208 

7.3.6  Other developments　209 

Abbreviation　209 

Nomenclature　210 

References　211 

Chapter 8  Characteristics of Micro Fluidized Bed Reaction Analyzers　215 

8.1  Approaching intrinsic kinetics　215 

8.1.1  High heating and cooling rates　216 

8.1.2  Effective suppression of diffusion　217 

8.1.3  Close-to-plug flow of gas　220 

8.1.4  Bed homogeneity　222 

8.1.5  Applied kinetics　222 

8.2  Understanding reaction mechanism　226 

8.2.1  Revealing the true character of fast reactions　226 

8.2.2  Detecting intermediary reactions　228 

8.2.3  Decoding the reaction mechanism　229 

8.2.4  Reactions with in/ex-situ solid particles　230 

8.2.5  Non-isothermal differential applications　232 

8.3  Reactions under water vapor atmosphere　233 

8.3.1  High moisture content feedstocks　233 

8.3.2  Reactions with steam as reactants　234 

8.4  Sampling and characterization of solid particles during a reaction process　235 

8.5  Multistage gas-solid reaction processes　236 

8.6  Reaction kinetics under product gas inhibitory atmospheres　238 

8.6.1  Isotope tagging method　238 

8.6.2  Comparisons between the micro fluidized bed and thermogravimeter　239 

Abbreviation　240 

Nomenclature　241 

References　241 

Chapter 9  Applications of Micro Fluidized Beds　244 

9.1  Drying　244 

9.2  Adsorption　245 

9.2.1  CO2 capture using capsulated liquid sorbents　246 

9.2.2  CO2 capture using solid adsorbents　247 

9.2.3  CO2 capture by gas-solid reactions　247 

9.3  Catalytic reaction　249 

9.3.1  Catalytic gas reaction　249 

9.3.2  Catalytic gas-solid reaction　250 

9.4  Thermal decomposition　255 

9.4.1  Liquid decomposition　255 

9.4.2  Solid decomposition　256 

9.5  Pyrolysis　257 

9.5.1  Biomass pyrolysis　258 

9.5.2  Coal and oil shale pyrolysis　259 

9.5.3  Blended material pyrolysis　259 

9.6  Thermal cracking　262 

9.7  Gasification　264 

9.7.1  Biomass gasification　264 

9.7.2  Coal gasification　265 

9.7.3  In/ex-situ char gasification　265 

9.8  Combustion　267 

9.8.1  Decoupling combustion　267 

9.8.2  Oxy-fuel combustion　268 

9.8.3  Chemical looping combustion　269 

9.8.4  In/ex-situ chart combustion　270 

9.9  Reduction　272 

9.9.1  Iron ore reduction　272 

9.9.2  Nitrogen oxide reduction by tar　273 

9.9.3  WO3 reduction-sulfurization　273 

9.10  Other reactions　274 

References　274 

Chapter 10  Applications of MFBR in Industrial Process Development　281 

10.1  Advanced combustion with low-NOx emissions　281 

10.1.1  Low-NOx combustion technology　281 

10.1.2  NOx reduction by pyrolysis products　283 

10.1.3  Pilot experiments and commercial application　287 

10.2  Reaction characteristics tested by MFBRA for biomass staged gasification　290 

10.2.1  Staged gasification process analysis using MFBRA　290 

10.2.2  Characteristics of gasification sub-processes by MFBRA　291 

10.2.3  Design of an industrial FBTS gasification process　299 

10.3  Light calcination of magnesite using transported bed　301 

10.3.1  Existing technology and equipment　302 

10.3.2  Kinetic analysis of magnesite calcination　302 

10.3.3  Advanced transport bed calcination process　304 

10.3.4  Engineering commissioning of a 400 kt/a industrial process　306 

Abbreviation　307 

Nomenclature　308 

References　308 

Chapter 11  Characterization of Liquid-Solid Micro Fluidized Beds　311 

11.1  Introduction　311 

11.2  Hydrodynamics properties　312 

11.2.1  Manufacturing methods　312 

11.2.2  Minimum fluidization velocity　313 

11.2.3  Mixing　318 

11.2.4  Mass transfer　319 

11.3  Applications　322 

11.3.1  Chemical conversions　322 

11.3.2  Bioprocessing and bioproduction　322 

11.3.3  Other applications　329 

11.3.4  Challenges and prospects for MFB scaling-up　329 

11.4  Conclusion　330 

Abbreviation　330 

Nomenclature　331 

References　331 

Chapter 12  Characterization of Gas-Liquid-Solid Micro Fluidized Beds　338 

12.1  Hydrodynamics　338 

12.1.1  Pressure drop and minimum fluidization velocity　338 

12.1.2  Flow regimes, expanded behavior, solid holdup, and multi-bubble behavior　349 

12.2  Applications　366 

12.2.1  Chemical reactions　366 

12.2.2  Photocatalytic degradation of methylene blue (MB)　367 

12.2.3  Catalytic oxidation of crotonaldehyde to crotonic acid　372 

12.3  Summary　375 

Nomenclature　375 

References　377 

Future Prospects　378