3.2.4流化床反應(yīng)器內(nèi)部構(gòu)件的選擇及參數(shù)的確定.

1、3.2.4流化床反應(yīng)器內(nèi)部構(gòu)件的選擇及參數(shù)的確定（一）氣體分布板的計算和預(yù)分布器的選擇氣體分布板位于流化床底部，是保證流化床具有良好而穩(wěn)定流態(tài)化的重要構(gòu)件，它的作用是支承床層上的催化劑或者其他固體顆粒；具有均勻分布氣流的作用，造成良好的起始流化條件；可抑制氣固系統(tǒng)惡性的聚式流態(tài)化，有利于保證床層穩(wěn)定。分布板對整個流化床的直接作用范圍僅為0.2-0.3m，然而他對整個床層流態(tài)化狀態(tài)卻具有決定性的影響。在生產(chǎn)過程中常會由于分布板設(shè)計不合理，氣體分布不均勻，造成溝流和死區(qū)等異?，F(xiàn)象。1. 分布板的形式和結(jié)構(gòu)工業(yè)生產(chǎn)用的氣體分布板的型式很多，主要有：直孔型、直流型、側(cè)流型、密孔型、填充型、短管式分布板

2、以及多管式氣流分布器等，而每一種型式又有多種不同的結(jié)構(gòu)。（1）直孔型分布板包括直孔篩分布板、凹形篩孔分布板和直孔泡帽分布板，如下圖3-17所示：（a）直孔式分布板（b）凹型分布板（c）直孔泡帽分布板圖3-17直流式分布板（2）直流型分布板直流型分布板結(jié)構(gòu)簡單，易于設(shè)計制造。這種型式的分布板，由于氣流正對床層，易產(chǎn)生溝流和氣體分布不均勻的現(xiàn)象，流化質(zhì)量較差。小孔容易堵塞，停車時又容易漏料，所以一般在單層流化床和多層流化床的第一層不采用這種型式。新型流化催化裂化反應(yīng)器，因為催化劑顆粒與氣流同時通過分布板，故采用凹形篩孔分布板。（3）側(cè)流型分布板側(cè)流型分布板如下圖3-18所示，這種分布板有多種型式，

3、有條件側(cè)縫分布板、錐形側(cè)縫分布板、錐形側(cè)孔分布板、泡帽側(cè)孔分布板等。其中錐形側(cè)縫分布板是目前公認較好的一種，現(xiàn)已為流化床反應(yīng)器廣泛采用。他是在分布板孔中裝有錐形風帽，氣流從錐帽底部的側(cè)縫或錐帽四周的側(cè)孔流出，因其不會在頂部形成小的死區(qū)，氣體緊貼分布板吹出，不致使板面溫度過高，避免發(fā)生燒結(jié)和分布板磨蝕現(xiàn)象，避免了直孔型分布板的特點。錐帽是澆鑄并經(jīng)車床簡單加工做成的，故施工、安裝、檢修都比較方便。（a）條型側(cè)縫分布板（b）錐型側(cè)縫分布板（c）錐型側(cè)孔分布板（d）泡帽側(cè)縫分布板（e）泡帽側(cè)孔分布板圖3-18側(cè)流式分布板無分布板的旋流式噴嘴。氣體通過六個方向上傾斜10°的噴嘴噴出，托起顆粒，

4、使顆粒激烈攪動。中部的二次空氣噴嘴均偏離徑向20°25°,造成了向上旋轉(zhuǎn)的氣流。這種流態(tài)化方式一般應(yīng)用于對氣體產(chǎn)品要求不嚴的粗粒流態(tài)化床中。圖3-19無分布板的旋流式噴嘴（4）密孔型分布板密孔型分布板又稱燒結(jié)板，被認為是氣體分布均勻、初生氣泡細小、流態(tài)化質(zhì)量最好的一種分布板。但因易被堵塞，并且堵塞后不易排出，加上造價較高，所以工業(yè)中較少使用。（5）填充式分布板填充式分布板是在多孔板和金屬絲網(wǎng)上間隔地鋪上石英砂、卵石，再用金屬絲網(wǎng)壓緊。其結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，并能達到均勻分布氣體的要求，流態(tài)化質(zhì)量較好。但在操作過程中，固體顆粒一旦進入填充層就很難被吹出，容易造成燒結(jié)。另外經(jīng)過長

5、期使用后，填充層常有松動，造成移位，降低了布氣的均勻程度。圖3-20填充式分布板6）短管式分布板短管式分布板是在整個分布板上均勻設(shè)置了若干根短管，每根短管下部有一個氣體流入的小孔?？讖綖?-10mm,約為管徑的1/4-1/3,開孔率約為0.2%。短管長度為200mm。短管及其下部的小孔可以防止氣體渦流，有利于均勻布氣，使流化床操作穩(wěn)定。圖3-21短管式分布板（7）多管式氣流分布板器圖3-22多管式氣流分布器多管式氣流分布板器是近年來發(fā)展起來的一種新型分布器，由一個主管和若干帶噴射管的支管組成，由于氣體向下射出，可消除床層死區(qū)，也不存在固體泄漏問題，并且可以根據(jù)工藝要求設(shè)計成均勻布氣或非均勻布氣

6、的結(jié)構(gòu)。另外分布器本身不同時支撐床層，可做成薄型結(jié)構(gòu)。選擇和確定分布板型式，首先應(yīng)考慮的是要有較好的流化質(zhì)量，對于高溫反應(yīng)，還應(yīng)注意分布板的材料和結(jié)構(gòu)的選擇，盡量避免高溫變形影響氣流分布，同時其壓降要小，在操作過程中不易被堵塞和磨蝕。2. 分布板開孔率的計算分布板開孔率是指板上布孔的截面積與流化床床層截面積之比，以“申”表示，若流化床總壓降不隨氣速而變化，對應(yīng)的開孔率稱作臨界開孔率。分布板開孔率的大小，直接影響流化質(zhì)量、氣體的壓力降以及過程操作的穩(wěn)定性。布孔截面積床層截面積x100%F/p/Cg/DE0A0lgu圖3-23分布板總壓降與流速的關(guān)系如果分布板開孔率超過一定值后，總壓降將隨流速的增

7、加而減小，總壓降減小到一定數(shù)值后又會上升，如圖ADE線所示。這是因為在流化初期，分布板壓降隨流速增加而增加的值抵消不了床層壓降隨流速增加而減小的值，所以當流速達到一定數(shù)值后，總壓降又會上升。這種能使總壓降具有極小點的大開孔率分布板，稱為低壓降分布板。若減小分布板的開孔率，則可使系統(tǒng)總壓降一直隨流速增加而上升，并不出現(xiàn)極小值，這種分布板稱為高壓降分布板。在上述兩種開孔率之間，存在著一個值，此時總壓降不隨氣速而變化，此開孔率稱為臨界開孔率，以“：.：-”表示，如圖3-23中ABC線所示。能否保持床層良好的穩(wěn)定流化條件，取決于分布板上流化床層的狀態(tài)。分布板的阻力只有大于分布板上繼續(xù)保持均勻布氣所消耗

8、的阻力，才能克服不穩(wěn)定的聚式流態(tài)化，使已經(jīng)建立起來的良好的起始流化條件穩(wěn)定地保持下去。否則，床層中布氣不均，將引起床層流速局部增大，以致相互影響最后使床層形成嚴重的溝流，破壞了操作的穩(wěn)定性。所以，一般不宜采用低壓降(即開孔率過大)分布板。但壓降過大(即開孔率過小)，將無益地消耗動力，經(jīng)濟上不合理。因此，最經(jīng)濟最合理的分布板是具有臨界開孔率的分布板。確定開孔率，實際上就是決定分布板壓力降A(chǔ)P,的大小。兩者密切相關(guān)，其關(guān)系式定義為：dAPd壬3-30)pu2f02p2式中：E-分布板阻力系數(shù)，其值為1.5-2.5，對于錐帽側(cè)縫分布板，取2.0。分布氣臨界壓力降：AP=分布板阻力損失+氣流重排阻力損

9、失。dcpu2AP二AP/+AP=10CAP+AP=10g/1(3-31)dcdcdcdcdc2穩(wěn)定性臨界壓力降：AP=10%AP(3-32)dc.s計算結(jié)果比較：壓力降取大值，開孔率取小值，然后由(3-30)求9。概念：a：臨界壓力降，分布板即能起均勻布氣，又能使床層具有良好的穩(wěn)定性的最小壓降；b：穩(wěn)定性臨界壓力降，分布板阻力大于分布板上繼續(xù)保持均勻布氣所消耗的阻力，才能保持床層良好的穩(wěn)定流化條件，克服不穩(wěn)定聚式或流態(tài)化；c：布氣臨界壓力降，布氣均勻?qū)Ψ植及鍓毫档囊?，由氣體在分布板前的流型決定，其大小與預(yù)分布器有關(guān)。布氣均勻與良好穩(wěn)定性對分布板壓力降要求，不僅數(shù)值有差別，而且本質(zhì)也不同。

10、目前，國內(nèi)流化床反應(yīng)器分布板開孔率多取0.4%-1.4%。參見下表3-5。表3-5一些丁業(yè)流化床催化反應(yīng)器的開孔率產(chǎn)品開孔率/%備注丁烯氧化脫氫14錐帽以直孔計異戊二烯2.87凹形板，循環(huán)流化石油催化裂化(再生器)0.46凹形板，循環(huán)流化苯酐0.48以中心管開孔計苯酐1.25以中心管開孔計苯酐1.12以中心管開孔計三氯氫硅1.3以中心管開孔計（4）間距和數(shù)目開孔排列多為三角形、同心圓等，開孔間距為帽徑的1.5倍左右，開孔的數(shù)目按照下面公式計算（DY數(shù)目：n二申一（3-35）其中：n-為開孔數(shù)目，,-中心管直徑3氣體預(yù)分布器的選擇分布板前氣體的引入狀態(tài)對均勻布氣起重要的作用。一般都在氣體進入流化

11、床反應(yīng)器錐底前先通過預(yù)分布器，然后進入分布板，以防氣流直沖分布板，影響均勻布氣。常用氣體預(yù)分布器的結(jié)構(gòu)型式見下圖3-24。（a）彎官式（b）同心圓殼式（c）帽式（d）充填式（e）開口式圖3-24氣體預(yù)分布器（二）擋板和擋網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定氣固相催化反應(yīng)在流化床中進行，對保持恒溫反應(yīng)、強化傳熱以及催化劑的連續(xù)再生等都具有獨特的優(yōu)點。但由于固體顆粒不但運動，使氣體返混，再加上生成的氣泡不斷長大以及顆粒密集的原因，造成氣固接觸不良和氣體的短路，并且隨著設(shè)備直徑的增大，情況更加惡化，降低了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，而這也成為流化床反應(yīng)器的嚴重缺點。為了提高流化床反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率，提高反應(yīng)器的生產(chǎn)能力，必須增強氣泡和連

12、續(xù)相間的氣體交換，減少氣體返混，使氣泡破碎以便增加氣固相間接觸。實踐證明，在床內(nèi)設(shè)置內(nèi)部構(gòu)件是目前改善流化床操作的重要方法之一。內(nèi)部構(gòu)件有垂直內(nèi)部構(gòu)件（如在床層中均勻配置直立的換熱器）和水平內(nèi)部構(gòu)件（如柵格、波紋擋板、多孔板或換熱管，而最常用的是擋板和檔網(wǎng)）。1.斜片擋板的結(jié)構(gòu)與特性工業(yè)上采用的百葉窗式斜片擋板分為單旋導向擋板和多旋導向擋板兩種。在氣速較低（門的流化床層，采用擋板或檔網(wǎng)的效果差別不大。由于擋板的導向作用使氣固兩相劇烈攪動，催化劑的磨損較大，故在氣速低而催化劑強度不高時，一般多采用擋網(wǎng)，反之則采用擋板。（1）單旋導向擋板單旋導向擋板使氣流只有一個旋轉(zhuǎn)中心，隨著斜片傾斜方向不同，氣

13、流分別產(chǎn)生向心和離心兩種旋轉(zhuǎn)方向。向心斜片使粒子的分布為床中心稀而近壁處濃。離心斜片使粒子的分布為在半徑的二分之一處濃度小，床中心和近壁處濃度大。因此，單旋擋板使粒子在床層中分布不均勻，這種現(xiàn)象對于較大床徑更為顯著。為解決這一問題，在大直徑流化床中都采用多旋導向擋板。（a）內(nèi)旋擋板（b）外旋擋板圖3-25單旋導向擋板圖3-26多旋導向擋板（2）多旋導向擋板由于氣流通過多旋導向擋板后產(chǎn)生幾個旋轉(zhuǎn)中心，使氣固兩相充分接觸與混合，并使粒子的徑向濃度分布趨于均勻，因而提高了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。但是，由于多旋導向擋板較大的限制了催化劑的軸向混合，因而增大了床層的軸向溫度差。同時，多旋導向擋板結(jié)構(gòu)復雜，加工不便。

14、2.擋板和檔網(wǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)擋板和擋網(wǎng)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有擋板斜片的尺寸，擋板或擋網(wǎng)的直徑，擋板或擋網(wǎng)的間距及配置等。實踐證明，只有正確選擇這些參數(shù)，才能發(fā)揮擋板或擋網(wǎng)的作用。（1）擋板和擋網(wǎng)的的結(jié)構(gòu)尺寸斜片擋板的葉片厚度應(yīng)能保證一定強度和滿足加工方便的要求，一般取2-6mm；葉片的傾角0在生產(chǎn)上一般采用，目前多采用-='o傾角過小，葉片上會發(fā)生積料，在高溫時導致燒結(jié)，還會使阻力增大；傾角過大，會削弱擋板的導向作用。葉片高度應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)要求恰當?shù)倪x擇，根據(jù)床徑大小不同，葉片寬度一般選擇為30、丁工二，相應(yīng)的葉片高度h為20二。葉片間距a對床層阻力、軸向溫度等都有影響，一般使前一片上端投影與后一片

15、的下端剛好重合或稍微錯開些，這樣效果會更好。如用擋網(wǎng)，網(wǎng)眼通常為15mm'：15mm或25mm'：25mm,絲網(wǎng)直徑為3.0"3.5mm。（2）擋板和檔網(wǎng)直徑、間距擋板和擋網(wǎng)在流化床中既有有利的作用，又有不利的影響。它能阻止顆粒的縱向混合，使顆粒沿床層的高度產(chǎn)生分級，軸向溫度差增大，惡化了流化質(zhì)量。為了解決這一問題，可以將擋板、擋網(wǎng)的直徑設(shè)計得比反應(yīng)器的內(nèi)徑小一些，從而在床壁與擋板間留出環(huán)隙空道，使顆粒得以上下循環(huán)混合。但如果環(huán)隙量過大，便顆粒軸向循環(huán)量過大，會引起反應(yīng)推動力降低和發(fā)生二次反應(yīng)，而且容易造成氣流短路?？梢?，環(huán)隙的大小，影響顆粒的軸向循環(huán)量及流化質(zhì)量。擋

16、板比擋網(wǎng)的分級作用強，易造成軸向溫度差過大，故擋板環(huán)隙量宜略大于擋網(wǎng)。目前，我國工業(yè)生產(chǎn)中所采用的環(huán)隙為1050mm。一些工廠流化床生產(chǎn)過程采用的環(huán)隙尺寸見表3-6。表3-6擋板、擋網(wǎng)環(huán)隙尺寸和間距產(chǎn)品床徑q/mm擋板、擋網(wǎng)直徑q/mm環(huán)隙/mm間距/mm苯酐3000290050400苯酐1800176020150丙烯腈1200117015150丁二烯80076020100從工藝方面分析，擋板或擋網(wǎng)的間距大小，將直接影響氣固兩相流動和接觸，影響流化質(zhì)量。從設(shè)備方面看，過小的間距將增多擋板或擋網(wǎng)的數(shù)目，提高造價，并給安裝和檢修帶來不方便。因此必須合理選擇板間距。在流化床反應(yīng)器中，床層不同截面應(yīng)要

17、求外界提供不同的運動條件，因此，在床層不同高度上加設(shè)間距不等的擋板或擋網(wǎng)更為合理。例如，有些生產(chǎn)過程在流化床下部易產(chǎn)生氣泡，并在上升過程中增大，破壞了流化質(zhì)量的穩(wěn)定性，因此在床層下部設(shè)置較密的擋板或擋網(wǎng)，以防止氣泡的生成和長大，改善氣固相接觸，增加反應(yīng)效果；另外一些生產(chǎn)過程主要解決的問題不是消除氣泡，而是需要消除較大的軸向溫度差，為此應(yīng)將床層下部擋板或擋網(wǎng)間距增大，以增加顆粒的軸向混合量，消除軸向溫度差，保證產(chǎn)品質(zhì)量?？梢妼Σ煌纳a(chǎn)過程應(yīng)進行具體分析，采用適當?shù)陌彘g距。某些產(chǎn)品生產(chǎn)過程采用的擋板、擋網(wǎng)不等間距尺寸參見下表3-7。表3-7不同產(chǎn)品牛產(chǎn)過程釆用的擋板、擋網(wǎng)不等間距產(chǎn)品擋板、擋網(wǎng)總

18、數(shù)擋板、擋網(wǎng)間距/mm醋酸乙烯9400,600，500，500，1000，1000，1000苯胺6250，250，300，300，300丁二烯44下面10層為150,上面34層為1003）擋板、擋網(wǎng)的配置方式擋網(wǎng)、擋板在床層中的配置方式在工業(yè)上有以下幾種：向心擋板或離心擋板分別使用；向心擋板和離心擋板交錯使用；擋網(wǎng)單獨使用；擋板、擋網(wǎng)重疊使用。對于多旋導向擋板，每一組合件同為同旋，但還有左旋、右旋的區(qū)別，上下兩板的配置方位也有不同。其中以采用單旋導向擋板向心排列的流化床反應(yīng)器較多。至于哪一種配置方式更好，還需進一步研究。（三）氣固分離裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定流化床中被氣流夾帶上去的固體顆粒，從經(jīng)濟或

19、環(huán)境方面考慮，應(yīng)當予以捕集回收。流化床回收固體顆粒的最通用設(shè)備是內(nèi)過濾管和旋風分離器。1.內(nèi)過濾管的選擇有些生產(chǎn)過程被帶出床外的固體顆粒很細小，為使帶出的粒子盡量小，一般多采用內(nèi)過濾器來分離氣體中的固體顆粒。內(nèi)過濾器一般做成管式，材料有素瓷管、燒結(jié)陶瓷管、開孔鐵管和金屬絲網(wǎng)管等。在開孔鐵管或金屬絲網(wǎng)管的外面包扎數(shù)層玻璃纖維布，許多過濾管組成了過濾器。氣體從玻璃纖維布的細孔隙中通過，被夾帶的絕大部分固體顆?？杀贿^濾下來。內(nèi)過濾管的分離效果高，離開反應(yīng)器的氣體純凈，但阻力較大，必須安設(shè)反吹裝置，以便定時吹落積聚在過濾管上的粉塵，以減小氣體流動阻力。過濾器結(jié)構(gòu)尺寸的選擇，主要考慮過濾面積和過濾管開孔

20、率，一般均按生產(chǎn)經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定。對小型流化床反應(yīng)器，過濾面積取為其床層截面積的8-10倍，對大的流化床反應(yīng)器取其床層截面積4-5倍。得出過濾面積后，便可按管總外表面積求過濾管的開孔率?；蛳却_定總開孔率、管徑和管數(shù)，再計算求的總過濾面積。對分離要求不太高或固體顆粒與氣體分離不甚困難的生產(chǎn)過程，或者為避免因床層溫度控制不當，而在過濾管表面發(fā)生催化反應(yīng)，引起過濾管溫變甚至燃燒時以及必須保持較小壓降操作時，可不用過濾管，而改用內(nèi)旋風分離器。2.旋風分離器結(jié)構(gòu)尺寸的確定I排氣圖3-27旋風分離器結(jié)構(gòu)示意圖（1）旋風分離器的作用旋風分離器設(shè)備的主要功能是盡可能除去輸送介質(zhì)氣體中攜帶的固體顆粒雜質(zhì)和液滴，達到

21、氣固液分離，以保證管道及設(shè)備的正常運行。按離心力作用原理分析，氣速大，圓柱體直徑小，則離心力大，分離效果好。但是進口氣速過大，除使阻力顯著增加外，還容易將已沉降粒卷起，反而降低了分離效果。因此，必須選擇適宜的進口氣速，通常，選擇范圍為1425m/s。含塵量高時，取1828m/s更為適宜，超過25m/s除塵效率幾乎不再增加，而阻力卻劇增。氣速過小時，除塵效率降低，同時在進氣管中就會有固體顆粒沉積，嚴重時造成堵塞。（2）工作原理及結(jié)構(gòu)旋風分離器由簡體、引入管、項帽、溢流環(huán)、簡底導葉和底板等部件組成。旋風分離器是一種分離效果很好的汽水分離設(shè)備。其工作原理及工作過程是：較高流速的汽水混合物，經(jīng)引入管切

22、向進入簡體而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，在離心力的作用下，將水滴拋向筒壁，使汽水初步分離。分離出來的水通過筒底四周導葉，流人汽包水容積中。飽和蒸汽在筒體內(nèi)向上流動，進入頂帽的波形板間隙中曲折流動，在離心力和慣性力的作用下，小水滴被拋到波形板上，在附著力作用下形成水膜下流，經(jīng)簡壁流入汽包水容積，使汽水進一步分離，而飽和蒸汽從頂帽上方或四周引入汽包蒸汽空間。電站鍋爐隨參數(shù)容量的不同，其汽包內(nèi)部裝置也不完全一樣，現(xiàn)以高壓和超高壓鍋爐的汽包為例，介紹其內(nèi)部裝置、它們的布置及主要作用。沿汽包長度在兩側(cè)裝設(shè)若干旋風分離器，每個旋風分離器筒體頂部配置有百頁窗（波形板）分離器，它們的主要作用是將由上升管引入的汽水混合物進行汽和水的初步分離。在汽包內(nèi)的中上部，水平裝沒蒸