加拿大西安大略大学&宁波东方理工大学：重新审视气固流态化流型，工业生产中真的存在快速流态化吗？--颗粒学报PARTICUOLOGY

气固流态化操作区间的准确判定，是流化床反应器设计、放大和运行优化的基础。在气固流态化领域的众多流型概念中，快速流态化长期饱受争议。循环流化床锅炉（CFBC）与催化裂化提升管（FCC riser）一直被视作快速流态化的两大标志性工业应用。作者前期研究已证实，CFBC实际上是底部鼓泡床与上部夹带床的叠加（Fuel, 2021）。本文通过研究传统FCC提升管装置运行数据、提升管内反应转化规律与多套冷态实验结果进一步发现，传统FCC提升管底部更接近循环湍动流化床（CTFB），上部则为气力输送床。两大代表性工业应用均不存在严格意义的快速流态化。因此，该流型作为独立工业操作流态的适用性有限，更适合作为衔接密相鼓泡/湍动流态化与稀相气力输送的过渡性理论概念。

本文发表在PARTICUOLOGY（Volume 118），收录于专刊“Special issue honoring the career contributions of Professor Yong Jin and Professor Zhiqing Yu”。客座编辑为加拿大西安大略大学祝京旭教授和清华大学张强教授。欢迎感兴趣的读者扫描下方二维码或者点击文末“阅读原文”进入ScienceDirect官网阅读、下载！

亮点

1. 重新审视快速流态化的定义及工业适用性，指出其操作边界和流动特征仍缺乏统一认识。

2. 基于固含率分布与波动、颗粒速度及操作参数等流体动力学证据，提出传统FCC提升管底部为循环湍动床（CTFB），上部属于气力输送床。

3. 提出快速流态化更适合作为连接密相流态化与稀相气力输送的过渡性理论概念，而非独立的工业操作流型。

研究背景

流型反映了气固两相的基本流动特征，是流化床反应器设计与运行的首要考虑因素。经典流态化理论将气固体系划分为鼓泡、湍动、快速流态化和气力输送等不同操作区间。快速流态化概念于20世纪70年代中期正式提出，但学术界对快速流态化的核心特征以及上下操作边界一直存在分歧。因此，有必要从工业反应器的实际流体动力学行为出发，重新审视快速流态化的定义及其适用性。图1. 经典气固流态化流型图

要点精读

1、气固流态化流型的重新认识

本文在经典流态化操作流型基础上，引入循环湍动流化床（CTFB）以及高密度/低密度循环流化床（HDCFB/LDCFB）等操作模式，构建更新的气固流态化流型图。CTFB位于低速密相流态化与高速稀相气力输送之间，其流动特征表现为既有较高的颗粒浓度，又有连续的颗粒循环和较强的气固相对运动。

图2. 更新的气固流态化流型图

2、FCC提升管底部具有典型CTFB特征

本文重点分析了FCC提升管的流动行为。传统FCC提升管底部具有较高固含率，其轴向、径向固含率分布、固含率波动、颗粒速度及操作参数均与CTFB表现出较高相似性。提升管上部具有较高气速和较低固含率，主要表现为稀相气力输送。此外，大量工业和模拟研究表明，原料油的裂化反应主要集中在提升管下部，尤其是进料和催化剂接触后的最初几米范围内，而上部区域的化学反应作用相对有限。因此，传统FCC提升管可更合理地描述为底部CTFB+上部气力输送床。对于提升管底部：高浓度气固接触+快速裂化反应；对于提升管上部：稀相输送+催化剂提升与循环。

图3. CTFB, TFB, LDCFB, HDCFB和工业FCC装置中固含率的轴向分布图

图4. HDCFB和CTFB中局部固含率和颗粒通量的径向分布图

3、其他被认为是快速流态化操作模式下的工业应用

循环流化床锅炉（CFBC）长期被视为快速流态化的重要工业应用。作者前期研究已证实，CFBC底部高固含率区域主要源于较大颗粒的重力沉降，表现为鼓泡流化床；上部则主要由细颗粒、团聚体以及从底部被带出的颗粒组成，表现为夹带床。因此，CFBC更合理的流型描述是底部鼓泡床与上部夹带床的组合，而非快速流态化。此外，用于费托合成的Sasol Synthol反应器后期证实湍动流化床即可满足反应转化率和选择性需求，而Lurgi氧化铝煅烧炉的流动特征与CFBC类似，同样为底部鼓泡床+上部夹带床。

图5. CFBC中两种不同流型的叠加效果图

主要结论与展望

流型判别是流化床反应器设计运行的基础。本文重新梳理了经典及近年来提出的气固流态化流型，并重点考察了传统FCC提升管内的气固流动结构。研究表明，FCC提升管是底部循环湍动流化床（CTFB）与上部气力输送床的叠加。其余传统认为属于快速流态化的工业设备，同样可由其他流型进行描述（例如，CFBC是底部鼓泡床+上部夹带床）。

因此，快速流态化的工业适用性仍有较大讨论空间，其更多承担理论桥梁作用，用于理解密相鼓泡/湍动流态化向稀相气力输送的过渡阶段。本文观点并不是对快速流态化概念的否定，而是希望推动研究者重新思考传统流型和工业气固流化床反应器间的关系。特别是对于MIP、DCC等新型复杂FCC反应器，其常存在结构突变和多流态共存现象，因此需要持续完善气固流态化的流型分类体系。

作者简介

祝京旭，加拿大西安大略大学化学与生物化工系杰出教授、颗粒技术研究中心主任、加拿大皇家科学院院士、加拿大国家工程院院士、加拿大国家级讲座教授、全球华人化工学者学会会长、加拿大华人教授协会会长、加拿大化工协会会士，现任加拿大国家工程院理事、国际事务主席，宁波东方理工大学讲席教授、副校长。祝教授是世界著名化学工程专家，长期从事颗粒学与流态化相关研究，建立了北美第一个颗粒技术研究中心；发表文章550余篇，培养硕博研究生及博士后260余名，包括20多位美加知名公司高管、30余名教授、数位加拿大工程院院士；同时亦开发出多项实际应用技术，获专利80多项。

王佳莹，宁波东方理工大学/加拿大西安大略大学博士后。主要研究方向为微纳颗粒工程，气固、液固及气液固多相流态化技术及应用。近年来在Fuel, Chemical Engineering Journal, AIChE journal, Powder Technology, Particuology, Nano Research等国际主流期刊发表论文十余篇。并先后主导、参与多项校企横向课题，研究方向覆盖微界面强化流化床的流体力学研究，集成先进粉体的提取-纯化-增效一体化技术创制番茄红素产品等。

供稿：原文作者

排版：《颗粒学报》编辑部

文章信息

Wang, J., & Zhu, J. (2026). Revisiting the operating regimes of gas-solid fluidization: Does fast fluidization exist in industry? Particuology, 118, 16-29. https://doi.org/10.1016/j.partic.2026.08.016

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