常州工程职院化学反应过程与设备课件12流化床反应器

¢固体流态化的基本概念¢流化床反应器的结构流化床反应器è固体流态化的基本概念流态化——固体粒子象流体一样进行流动的现象。除重力作用外，一般是依靠气体或液体的流动来带动固体粒子运动的。n流态化的形成：　　流体自上而下流过催化剂床层时，根据流体流速的不同，床层经历三个阶段：Ø固定床阶段：u0＜umf时，固体粒子不动，床层压降随u增大而增大。Ø流化床阶段：umf≤u0≤ut时,固体粒子悬浮湍动,床层分为浓相段和稀相段，u增大而床层压降不变。Ø输送床阶段：u0＞ut时,粒子被气流带走,床层上界面消失,u增大而压降有所下降。•umf——临界流化速度，是指刚刚能够使固体颗粒流化起来的气体空床流速度，也称最小流化速度。•ut­——带出速度，当气体速度超过这一数值时，固体颗粒就不能沉降下来，而被气流带走，此带出速度也称最大流化速度。n散式流化和聚式流化Ø散式流化db/dp＜1db——气泡直径dp——颗粒直径对于l-s系统，流体与粒子的密度相差不大，故umf一般很小，流速进一步提高时，床层膨胀均匀且波动很小，粒子在床内的分布也比较均匀，故称作散式流化态。颗粒越细，流体与固体的△ρ值越小，则越接近理想流化，流化质量也就越好。Ø聚式流化db/dp＞10对于g-s系统，一般在气速超过Umf后，将会出现气泡，气速越高，气泡造成的扰动也越剧烈，使床层波动频繁，这种形态的流化床称聚式流化床。è流化床中常见的异常现象n沟流Ø定义：气体通过床层时，其流速虽超过umf，但床内只形成一条狭窄，大部分庆层仍处于固定状态，这种现象称为沟流。沟流分局部沟流和贯穿沟流。Ø危害：产生死床，造成催化剂烧结，降低催化剂使用寿命，降低转化率和生产能力。Ø造成原因：颗粒太细、潮湿、易粘结；床层薄；气速过低或气流分布不合理；气体分布板不合理。Ø消除方法：加大气速；干燥颗粒；加内部构件；改善分布板。n大气泡和腾涌Ø定义：聚式流化床中，气泡上升途中增至很大甚至于接近床径，使床层被分成数段呈活塞状向上运动，料层达到一定高度后突然崩裂，颗粒雨淋而下，这种现象称为大气泡和腾涌。Ø危害：影响产品的收率和质量；增加了固体颗粒的机械磨损和带出；降低催化剂的使用寿命；床内构件易磨损。Ø造成原因：L/D较大；u较大Ø消除方法：床内设内部构件；降低un压降：当dp/D＜1/20，L0/D＜2时，床层压降计算式较准确。由式可知：床层处于流化状态时，压降与流化速度无关。)()1()()1(fsfffsmfmfhghpn流化速度u0Ø临界流化速度umfØ带出速度utØ操作速度u0è流化床反应器的结构n流化床反应器类型Ø按固体颗粒是否在系统内循环分（1）单器流化床（2）双器流化床Ø按床层的外型分(1)圆筒形(2)圆锥形Ø按床层中是否置有内部构件分(1)自由床(2)限制床Ø按反应器内层数的多少分(1)单层(2)多层n工业生产中常见流化床反应器形式n工业生产中常见流化床反应器形式n工业生产中常见流化床反应器形式n流化床反应器结构Ø反应器主体扩大段分离段浓相段锥底Ø锥底：一般锥角为90°或60°作用：对进入气体起预分布作用、卸催化剂。Ø床层（浓相段）：床高与催化剂的装填量、气速有关，是反应器的有效体积。通常催化剂填充层的静止高度与流化床直径的比值很少超过1，一般接近于1。Ø分离段Ø扩大段n流化床反应器结构包括气体预分布器和气体分布板。其作用是使气体均匀分布，以形成良好的初始流化条件，同时支承固体颗粒。以下为常见气体分布板形式：凹型筛孔板单个直孔泡帽¢气体分布装置：泡帽侧缝分布板泡帽侧孔分布板¢气体分布装置：条形侧缝分布板直孔泡帽分布板直孔筛板锥型侧缝分布板锥型侧孔分布板锥型侧缝分布板¢气体预分布器同心圆锥壳式分布器帽式分布器充填式分布器开口式分布器弯管式分布器¢气体预分布器包括档网、档板和填充物等。　　作用：破碎气体在床层中产生的大气泡，增大g-s相间的接触机会，减少返混，从而增加反应速度和提高转化率。¢内部构件：多旋挡板内旋挡板¢内部构件：间接换热列管式　单管式　　　　　套管式　　　换热方式　　　　　　　管束式　　　鼠笼式　　　蛇管式直接换热——直接向床内喷水（如丁烯氧化脱氢流化床，效果很好）¢换热装置横排管束换热器蛇管式换热器套管式换热器¢换热装置n气固分离器作用：回收上升气流中不仅带的细粒和粉尘，并避免带出的粉尘影响产品的纯度。流化床反应器内的传质流化床反应器内的传热流化床反应器的工艺计算n　流化床反应器内的传质Ø颗粒与流体间的传质气体进入床层后，部分通过乳化相流动，其余则以气泡形式通过床层。乳化相中的气体与颗粒接触良好，而气泡中的气体与颗粒接触较差，原因是气泡中几乎不含颗粒，气体与颗粒接触的主要区域集中在气泡与气泡晕的相界面和尾涡处。n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。è流化床反应器内的传热流化床反应器具有温度分布均匀和传热速率高的特点，特别适于产生大量反应热的化学反应，同时换热器的传热面积可以减小，结构更紧凑。n传热的三种基本形式：Ø固体颗粒与固体颗粒之间的传热Ø固体颗粒与流体间的传热Ø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。n床层对器壁给热系数的计算采用相似法或因次分析法得出准数方程式è流化床反应器的工艺计算要求：确定床径和床高确定床内构件计算传热面积n直径Ø反应器主体直径D1v0-----操作条件下的气体体积流量Ø扩大段直径D2vd-­-----扩大段的气体体积流量0014uvDtduvD412n流化床的高度总高度分：床层（浓相段）高度hf　　　分离段（稀相段）高度h1　　　扩大段高度h2　　　锥底高度h3Ø浓相段高度hf床层高度由静床高h0和膨胀比R确定或h0=τuu：气体停留时间其中催化剂体积VS和催化剂质量GS的确定方法与固定床相同。22044DGDVhBSSØ分离段高度h1由D1及u0，查图4-31得h1/D1h1=(h1/D1)*D1Ø扩大段高度h2经验取：h2=D24．锥底高h3一般锥角θ=60度或90度H=hf+h1+h2+h322113ctgDh