流態(tài)化基本概念-流態(tài)化基本概念

三流化床反應(yīng)器特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)2.1.1流態(tài)化的基本概念流化床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)固體物料的連續(xù)輸入和輸出；很高的傳熱效率，溫度分布均勻;氣固相有很大的接觸面積；便于進(jìn)行催化劑再生和循環(huán)操作。使用流化床反應(yīng)器：

硫鐵礦沸騰焙燒、石油催化裂化、丙烯腈、苯胺、醋酸乙烯等等的生產(chǎn)。3.1流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)流化床反應(yīng)器：利用氣/液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的反應(yīng)器將固體顆粒懸浮于運(yùn)動(dòng)的流體中，從而使顆粒具有類似于流體的某些宏觀特性，這種流固接觸狀態(tài)稱為固體流態(tài)化。

(a)(b)(c)(d)

固定床臨界流化床流化床氣流輸送床圖不同流速時(shí)床層的變化3.1流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)固定床反應(yīng)器與流化床反應(yīng)器特點(diǎn)的對(duì)比特點(diǎn)反應(yīng)速率傳熱特征催化劑顆粒尺寸反應(yīng)效果催化劑更換固定床返混小，反應(yīng)速率較快傳熱較差，催化劑載體往往是熱的不良導(dǎo)體催化劑顆粒大，以避免壓降過大，催化劑利用率下降停留時(shí)間和溫度分布可控，可達(dá)高選擇性和轉(zhuǎn)化率催化劑不易磨損，更換時(shí)必須停產(chǎn)，且更換勞動(dòng)強(qiáng)度大，因而對(duì)催化劑使用壽命要求高流化床返混大，反應(yīng)速率較慢傳熱強(qiáng)度高，整個(gè)床層處于恒溫狀態(tài)，可在最佳溫度點(diǎn)操作催化劑顆粒較小，可消除內(nèi)助力，充分發(fā)揮其效能，減少用量產(chǎn)品選擇性和轉(zhuǎn)化率，且由于溝流等存在，設(shè)備要求比較高催化劑容易磨損，但失活催化劑可迅速再生3.1.1流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)1--殼體；2—擴(kuò)大段；

3—旋風(fēng)分離器；4—進(jìn)氣口；

5—換熱管；6—物料入口

7—物料出口；8—?dú)怏w分布器

9—冷卻水進(jìn)；10—冷卻水出

11—內(nèi)部構(gòu)件一般流化床反應(yīng)器都是由殼體、氣體分布板、內(nèi)部構(gòu)件（比如擋板、擋網(wǎng)等）、內(nèi)換熱器、氣固分離裝置和固體顆粒加入和卸出裝置所組成.工業(yè)生產(chǎn)中常見流化床反應(yīng)器形式工業(yè)生產(chǎn)中常見流化床反應(yīng)器形式3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)(1)殼體殼體的作用主要是保證流化過程局限在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行，保證熱量不散失或少散失。

3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)

（2）氣體分布裝置

包括氣體預(yù)分布器和氣體分布板兩部分。

預(yù)分布器由外殼和導(dǎo)向板組成，是連接鼓風(fēng)設(shè)備和分布板的部件。

預(yù)分布器的作用是使氣體的壓力均勻，使氣體均勻進(jìn)入分布板，從而減少氣體分布板在均勻分布?xì)怏w方面的負(fù)荷。充填式分布器開口式分布器彎管式分布器氣體預(yù)分布器

3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)

其作用是使氣體均勻分布，以形成良好的初始流化條件，同時(shí)支承固體顆粒。以下為常見氣體分布板形式：

凹型篩孔板

氣體分布裝置：

3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)單個(gè)直孔泡帽氣體分布板流化床的氣體分布板是保證流化床具有良好而穩(wěn)定流態(tài)化的至關(guān)重要的構(gòu)件，它應(yīng)滿足下列基本要求：具有均勻分布?xì)饬鞯淖饔茫瑫r(shí)其壓降要小。能使流化床有一個(gè)良好的起始流態(tài)化狀態(tài)，避免形成“死角”。操作過程中不易被堵塞和磨蝕。分布板對(duì)整個(gè)流化床的直接作用范圍僅0.2～0.3m，然而它對(duì)整個(gè)床層的流態(tài)化狀態(tài)卻具有決定性的影響。工業(yè)生產(chǎn)中使用的氣體分布板的型式很多，主要有：密孔板，直流式、側(cè)流式和填充式分布板，旋流式噴嘴和分枝式分布器等，而每一種型式又有多種不同的結(jié)構(gòu)。

3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)氣體分布板①密孔板（燒結(jié)板）：

密孔板氣體分布器通常采用粉末冶金壓制和微孔陶瓷燒制而成，一般它多用在實(shí)驗(yàn)室和小型裝置上，被認(rèn)為氣體分布均勻、原生氣泡小、流化質(zhì)量高，對(duì)于做機(jī)理性實(shí)驗(yàn)尤為適合。然而，在少數(shù)工業(yè)中長期使用時(shí)，因氣流中的微量固體可將分布器的微孔堵塞，導(dǎo)致分布器壓降大大增加。微孔一旦被堵住就很難消除，因此在工業(yè)生產(chǎn)中很少應(yīng)用。

3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)氣體分布板②直流式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)制造，制造和安裝成本低。但氣流方向正對(duì)床層，易使床層形成溝流，小孔易于堵塞，停車時(shí)又易漏料。所以除特殊情況外，一般不使用直流式分布板。

3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)有時(shí)壓降比正常操作時(shí)低，說明氣體形成短路，床層產(chǎn)生了溝流現(xiàn)象。觀察流化床的壓力降變化可以判斷流化質(zhì)量。①現(xiàn)象：氣體通過床層時(shí)形成短路，床層內(nèi)密度分布不均勻，氣、固接觸不良，部分床層變成死床。②危害：產(chǎn)生死床，造成催化劑燒結(jié)，降低催化劑使用壽命，降低轉(zhuǎn)化率和生產(chǎn)能力。③造成原因：顆粒太細(xì)，潮濕，易粘結(jié)；床層??；氣速過低或氣流分布不合理；氣體分布板不合理。③消除方法：加大氣速；干燥顆粒；加內(nèi)部構(gòu)件；改善分布板。

3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)氣體分布板③填充式：在多孔板（或柵板）和金屬絲網(wǎng)上間隔地鋪上卵石、石英砂、卵石，再用金屬絲網(wǎng)壓緊，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，并能達(dá)到均勻布?xì)獾囊螅鲬B(tài)化質(zhì)量較好。但在操作過程中，固體顆粒一旦進(jìn)入填充層就很難被吹出，特別是當(dāng)停工檢修時(shí)需卸固體或催化劑時(shí)將造成很大的麻煩，也容易造成燒結(jié)。另外經(jīng)過長期使用后，填充層常有松動(dòng)，造成移位，降低了布?xì)獾木鶆虺潭?。因此，目前已很少采用?/p>

3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)氣體分布板④側(cè)流式：是在分布板孔中裝有錐形風(fēng)帽，氣流從錐帽底部的側(cè)縫或錐帽四周的側(cè)孔流出，是應(yīng)用最廣，效果較好的一種分布板。其中側(cè)縫式錐帽因其不會(huì)在頂部形成小的死區(qū)，氣體緊貼分布板板面吹出，適當(dāng)氣速下也可以消除板面上的死區(qū)，從而大大改善床層的流態(tài)化質(zhì)量，避免發(fā)生燒結(jié)和分布板磨蝕現(xiàn)象，因此應(yīng)用更廣。

3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)

氣體分布裝置：泡帽側(cè)縫分布板泡帽側(cè)孔分布板條形側(cè)縫分布板錐型側(cè)縫分布板

3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)氣體分布板

⑤旋流式噴嘴：常用于流態(tài)化煤氣發(fā)生爐。氣體通過六個(gè)向上傾斜l0度的噴嘴噴出，拖起煤粒并使其攪動(dòng)，中部的二次空氣噴嘴均偏離徑向20度～25度，形成了向上旋轉(zhuǎn)的氣流，該結(jié)構(gòu)經(jīng)常用于對(duì)產(chǎn)品要求不嚴(yán)的流態(tài)化床中。

3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)氣體分布板⑥短管式：在整個(gè)分布板上均勻設(shè)置了若干根短管，有的在每個(gè)短管下部開一個(gè)直徑為9-12mm的小孔(開孔率約為0.2％)，氣體通過小孔的速率約：100-150m/s，短管長約200mm，有的在短管下部做成文氏管式，圓頂式的噴嘴；有的水平布置，也有的垂直布置。短管及其下部的小孔可以防止氣體渦流，增加分布器的壓降，有利于均勻布?xì)猓沽骰膊僮鞣€(wěn)定。

3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)

3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)氣體分布板⑦多管式氣流分布器：是近年來發(fā)展起來的一種新型分布器，由一個(gè)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(jì)成均勻布?xì)饣蚍蔷鶆虿細(xì)獾慕Y(jié)構(gòu)。

3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)（3）內(nèi)部構(gòu)件

有水平構(gòu)件和垂直構(gòu)件；擋板和擋網(wǎng)是最常用的內(nèi)部構(gòu)件形式，主要用來破碎氣泡，改善氣固接觸，減少返混，從而提高反應(yīng)速率和反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。外旋擋板多旋擋板內(nèi)旋擋板3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)（4）換熱裝置

床內(nèi)換熱器夾套式換熱器作用：及時(shí)移走或供給熱量。換熱方式間接換熱列管式單管式套管式管束式鼠籠式蛇管式蛇管式換熱器套管式換熱器

換熱裝置3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)3.1.1

流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)（5）氣固分離裝置

流化床在運(yùn)行過程中，由于固體顆粒強(qiáng)烈的擾動(dòng)，一些細(xì)小的顆?？傄S氣體溢出流化床外，氣固分離裝置的作用就是回收這部分細(xì)小顆粒使其返回床層。常用的氣固分離裝置有旋風(fēng)分離器和內(nèi)過濾器兩種。流化床反應(yīng)器類型按固體顆粒是否在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)分

（1）單器流化床（2）雙器流化床按床層的外型分

(1)圓筒形(2)圓錐形

按床層中是否置有內(nèi)部構(gòu)件分

(1)自由床(2)限制床按反應(yīng)器內(nèi)層數(shù)的多少分

(1)單層(2)多層3.1.2

流化床反應(yīng)器的分類3.1.2

流化床反應(yīng)器的分類1固體顆粒是否在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)

單器流化床在工業(yè)應(yīng)用最廣泛，多用于催化劑使用壽命較長的氣固催化反應(yīng)過程如丙烯氨化氧化反應(yīng)器、乙烯氧化反應(yīng)器和萘氧化制苯酐反應(yīng)器等3.1.2

流化床反應(yīng)器的分類雙器流化床多用于催化劑壽命較短容易再生的氣固催化反應(yīng)過程，如石油加工過程中的催化裂化裝置，采用硅鋁催化劑完成反應(yīng)。為什么要用雙器流化床？重油在催化劑上裂解獲得輕質(zhì)油和氣態(tài)烴，同時(shí)發(fā)生結(jié)焦反應(yīng)，催化裂化過程不能繼續(xù)，必須將沉積在催化劑表面上的焦炭燒去，此燒焦過程在再生器中進(jìn)行，再生后的催化劑帶著顯熱為裂化過程提供所需的熱量。催化劑在反應(yīng)器和再生器間循環(huán)，是靠控制兩器的密度差形成壓差實(shí)現(xiàn)的。催化劑在兩器間的定量定向流動(dòng)，同時(shí)也完成了催化反應(yīng)和再生燒焦的連續(xù)操作過程。3.1.2

流化床反應(yīng)器的分類2床層外形圓筒形

圓錐形流化床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造容易設(shè)備容積利用率高結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜制造比較困難設(shè)備利用率較低3.1.2

流化床反應(yīng)器的分類

圓錐形流化床應(yīng)用（1）適用于催化劑粒度分布較寬的體系由于圓錐床底部速度大，可保證較大顆粒的流化，防止了分布板上的阻塞現(xiàn)象，而上部速度低，可減少小顆粒的夾帶，也減輕了氣固分離設(shè)備的負(fù)荷。（2）圓錐形床層底部氣體和固體顆粒的劇烈湍動(dòng)，可使氣體分布均勻，因而可大大簡(jiǎn)化氣體分布板的設(shè)計(jì)。（3）圓錐形床層底部氣體和固體顆粒的劇烈湍動(dòng)可強(qiáng)化傳熱，對(duì)于反應(yīng)速率快和熱效應(yīng)大的反應(yīng)，可使反應(yīng)不致過分集中在底部，減少底部過熱、堵塞和燒結(jié)現(xiàn)象。（4）適用于氣體體積增大的反應(yīng)過程，氣體在床層中上升，隨著靜壓力的減小，體積會(huì)相應(yīng)增大，采用錐形床選擇一定的錐角，可適應(yīng)這種氣體體積增大的特點(diǎn)，使流化更趨于平穩(wěn)。3.1.2

流化床反應(yīng)器的分類3反應(yīng)器層數(shù)單層：氣固催化反應(yīng)主要采用單層流化床，床中催化劑單層放置，床層溫度、粒度分布和氣體濃度都趨于均一。多層流化床：當(dāng)過程對(duì)溫度和濃度的分布有特別的要求或?qū)崮艿幕厥沼休^高的要求時(shí)，就要采用多層流化床。多層流化床:石灰石焙燒第一、二、三層溫度分別為500℃、730℃和850℃。第四層為煅燒室,溫度1015℃，底層為空氣預(yù)熱段，也是石灰冷卻段，溫度約360℃。3.1.2

流化床反應(yīng)器的分類4床層中是否設(shè)置內(nèi)部構(gòu)件自由床：床中不專門設(shè)置內(nèi)部構(gòu)件以限制氣體和固體的流動(dòng)的稱為自由床。限制床：專門設(shè)置內(nèi)部構(gòu)件以限制氣體和固體的流動(dòng)的稱為限制床。

想一想設(shè)置內(nèi)部構(gòu)件的目的是什么？3.1.2

流化床反應(yīng)器的分類5是否催