任务2-4流化床反应器操作指导.ppt

项目二 气固相反应器选型与操作,任务2-1 固定床反应器仿真操作 任务2-2 确定气固相反应器类型 任务2-3 固定床反应器操作指导 任务2-4 流化床反应器操作指导 任务2-5 流化床反应器仿真操作,项目二 气固相反应器选型与操作,任务2-4 流化床反应器操作指导 主讲人：杨艳玲,固定床反应器,固定床反应器： 床层温度难以控制，热效应大的反应难以防止局部过热； 固体物料或催化剂的更换或高温下输送较难。,温度,最高温度,请关注：,什么是流化床反应器？ 流化床反应器的特点？ 流化床反应器的结构？,一 、流态化现象 二、流化床反应器的基本结构 三、流化床反应器的床型 四、流化床反应器主体尺寸的确定 五、流化床反应器的操作指导 六、仿真实训工艺流程,请关注：,一、流态化现象,定义：,使固体颗粒悬浮于流动的流体中，并使整个系统具有类似流体的性质。,适用范围：,催化反应、颗粒物料燃烧汽化、干燥、焙烧以及输送等过程。,1、流态化的形成,理想流化床的压降与流速,操作速度,实际生产中，通常采用的操作气速在0.150.5m/s。对热效应不大、反应速率慢、催化剂粒度小、筛分宽、床内无内部构件和要求催化剂带出量少的情况，宜选用较低气速。反之，则宜用较高的气速。,驼峰,降速时,umf ut,流态化的形成过程,流化数,流化数一般在1.510的范围内，也有高达几十甚至几百的。如制苯酐的流化数k1040，石油催化裂化k=3001000。,2、实际流态化现象,散式流态化（液固系统）：固体颗粒均匀分散在液体中，颗粒间无显著的干扰，有一稳定的上界面。理想流态化,聚式流态化（气固系统）：极不稳定的沸腾床，处于流态化的颗粒群是连续的，称连续相，气泡是分散的，叫分散相。在床层的空穴处，气体涌向空穴，流速增大，并夹带少量颗粒以气泡的形式不连续地通过床层，在上升时逐渐长大、合并或破裂，使床层极不稳定、极不均匀。,两种流态化p与u的关系,现象：操作速度大于临界流化速度时，床层内只形成一条或几条狭窄的通道，大部分床层仍处于固定床阶段。,3、不正常流态化,沟流,后果：床层中气固接触不均匀，产生死床，降低了设备的生产能力。,原因分析：颗粒粒度小，潮湿且易黏结；气流速度小；气体分布板设计不完善，通气孔数少。,处理方法：预先干燥物料并适当加大气速，在床内加内部构件及改善分布板结构等,大气泡和腾涌,现象：聚式流化床中生成的气泡在上升中不断碰撞合并而增大，至接近容器直径，床内物料呈活塞状向上运动，床层被分成几段。当到达某一高度时，气泡破裂，颗粒层也随之崩裂，颗粒层被崩离床层，然后落下。,后果：气固接触不良，降低设备生产能力，增加颗粒的磨损和带出，甚至能造成床内部构件损坏。,原因分析：床层高径比比较大；颗粒粒度大，气流速度较高。,处理方法：在床内加设内部构件，以防止大气泡的产生，或在可能的情况下减小气速和床层高径比,二、流化床反应器的操作维护知识,结构 构成,浓相段 稀相段 扩大段 锥底,壳体 气体分布装置 换热装置 气固分离装置 内部构件（挡板档网、 气体预分布器）等。,2、流化床反应器的基本结构 P131、P135,动画,1-加料口 2-气固分离装置 3-壳体 4-换热器 5-内部构件 6-卸料口 7-气体分布装置,2、流化床反应器的基本结构,气体预分布器 气体分布板,气体分布装置,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。,弯管式预分布器,同心圆壳式分布器,帽式分布器,充填式分布器,开口式分布器,气体分布板的作用,支撑：床层上的固体颗粒不至于漏下 分流：使气体分布均匀，造成良好的起始 流化条件 导向：抑制气固恶性聚式流态化 类型：直孔型、直流型、侧流型、密孔型、填充型、短管式分布板以及多管式气流分布器等,(1)直孔型分布板,泡帽侧缝分布板 泡帽侧孔分布板,(3)侧流型分布板,条形侧缝分布板,直孔泡帽分布板,锥型侧缝分布板,锥型侧孔分布板,锥型侧缝分布板,内部构件：挡板或挡网,作用：改善流化操作质量 （1）减少气体返混； （2）使气泡破碎，增强气固相间接触； （3）降低流化床层的高度，减少颗粒的带出。,工业上气速较低时，可选用金属丝挡网。一般用挡板。,内旋挡板,外旋挡板,多旋挡板,缺点：颗粒沿床高产生分级，床层纵向的温度梯度增大，颗粒的磨损也增大。,气固分离装置,作用：回收细粒 形式：设置分离段 设置收尘器 旋风分离器、过滤管,流化床内换热器：控温、不妨碍流化,列管式换热器：单管式和套管式 管束式换热器：直列和横列 鼠笼式换热器 蛇管式换热器,流化床外换热器：夹套,列管式换热器：单管式,列管式换热器：套管式,立式管束式,横排管束式换热器,鼠笼式换热器,蛇管式换热器,气固相反应器的选择,三、流化床反应器的床型,四、流化床反应器主体尺寸的确定,流化床直径的计算 流化床高度的确定,扩大段,稀相段（分离段）,浓相段,锥底,（1）流化床直径的计算,式中 D反应器直径，m； qv操作条件下的气体体积流量，m3/s； u0操作空床气速，m/s。,扩大段直径,流化床基本结构,结构 构成,浓相段 稀相段 扩大段 锥底,壳体 气体分布装置 换热装置 气固分离装置 内部构件（挡板档网、 气体预分布器）等。,流化床高度的确定,1流化床层高度(浓相段高度)h1 2分离段高度h2 3扩大段高度h”2 4锥底部分高度h3 流化床总高度 h=h1+h2+h”2+h3,五、流化床反应器的操作指导,（一）颗粒粒度和组成的控制 （二）压力的测量与控制 （三）温度的测量与控制 （四）流量控制 （五）开停车及防止事故的发生,（一）颗粒粒度和组成的控制,对流态化质量和化学反应转化率有重要影响。 氨氧化制丙烯腈的反应器： 要求粒径小于44m的“关键组分”粒子占20%-40%， 措施：安装 “造粉器”。 造粉：当发现床层内粒径小于44m的粒子小于12%时，就启动造粉器。造粉器实际上就是一个简单的气流喷枪。它是用压缩空气以大于300m/s的流速喷入床层，黏结的催化剂粒子即被粉碎，从而增加了粒径小于44m离子的含量。 检测：在造粉过程中，要不断从反应器中取出固体颗粒样品，进行粒度和含量的分析，直到细粉含量达到要求为止。,（二）压力的测量与控制,了解流化床各部位是否正常工作较直观的方法 对于实验室规模的装置，常用U型管压力计，通常压力计的插口需配置过滤器，以防止粉尘进入U型管。工业装置上采用带吹扫气的金属管作测压管。测压管直径一般为12-25. 4 mm ，为了确保管线不漏气，所有丝接的部位最后都是焊接的，同时也要确保阀门不漏气。 由于流化床呈脉冲式运动，需要安装有阻尼的压力指示仪表，如压差计、压力表等。有经验的操作者常常能通过测压仪表的运动预测或发现操作故障。,（三）温度的测量与控制,目标：床内温度分布均匀，符合工艺要求的温度范围，化学反应的最优反应温度。 测量手段：标准的热敏元件，如适应各种范围温度测量的热电偶。 床层轴向和径向的分布数据,死区 反应过于剧烈 换热设备发生故障,高 温 区,可及时调整气体流量来改变流化状态，从而消除 可以通过调节反应物流量或配比加以改变。 加以排除,（四）流量控制,保证最优流化状态下，有较高的反应转化率。 一般原则是气量达到最优流态化所需的气速后，应在不超过工艺要求的最高反应温度或不低于工艺要求的最低反应温度的前提下，尽可能提高气体流量，以获得最高的生产能力。 气体流量的测量一般采用孔板流量计，要求被测的气体是清洁的。当气体中含有水、油和固体粉尘时，通常要先净化，然后再进行测量。系统内部的固体颗粒运动，通常是被控制的，但一般并不计量。它的调节常常在一个推理的基础上，如根据温度、压力、催化剂活性、气体分析等要求来调整。在许多煅烧操作中，常根据煅烧物料的颜色来控制固体的给料。,（五）开停车及防止事故的发生,粗颗粒： 细颗粒：容易团聚，尤其是用未经脱油、脱湿的气体流化时,正常的开车程序是：,1先用被间接加热的空气加热反应器，以便赶走反应器内的湿气，使反应器趋于热稳定状态。,2当反应器达到热稳定状态后，用热空气将催化剂由贮罐输送到反应器内，直至反应器内的催化剂量足以封住一级旋风分离器料腿时，才开始向反应器内送入速度超过临界流化速度不太多的热风（热风进口温度应大于400），直至催化剂量加到规定量的1/21/3时，停止输送催化剂，适当加大流态化热风。对于热风的量，应随着床温的升高予以调节，以不大于正常操作气速为度。,（五）开停车及防止事故的发生,粗颗粒： 细颗粒：容易团聚，尤其是用未经脱油、脱湿的气体流化时,正常的开车程序是：,3当床温达到可以投料反应的温度时，开始投料。如果是放热反应，随着反应的进行，逐步降低进气温度，直至切断热源，送入常温气体。如果有过剩的热能，可以提高进气温度，以便回收高值热能的余热，只要工艺许可，应尽可能实行。,4当反应和换热系统都调整到正常的操作状态后，再逐步将未加入的1/21/3催化剂送入床内，并逐渐把反应操作调整到要求的工艺状况。,三、仿真实训操作流程,工艺流程？,1、生产原理 主要原料：乙烯、丙烯、具有剩余活性的干均聚物（聚丙 烯）、氢气（改善共聚物的本征粘度）。 主 产 物：高抗冲击共聚物（具有乙烯和丙烯单体的共聚物）。 副 产 物：无。 反应方程式： 70，一定的压力1.35Mpa n C2H4 + n C3H6 C2H4C3H6n。,2、设备一览,A401：R401的刮刀 C401：R401循环压缩机 E401：R401气体冷却器 E409：夹套水加热器 P401：开车加热泵 R401：共聚反应器 S401：R401旋风分离器,（二）装置的操作规程,1、冷态开车规程 1.1、开车准备 1.2、干态运行开车 1.3、共聚反应物的开车 1.4、稳定状态的过渡,2、正常操作规程 3、停车操作规程 3.1、降反应器料位 3.2、关闭乙烯进料，保压 3.3、关丙烯及氢气进料 3.4、氮气吹扫,4、仪表及报警一览表,（三）事故设置一览,1、泵P401停 原因：运行泵P401停。 现象：温度调节器TC451急剧上升，然后TC401随之 升高。 处理：(1)调节丙烯进料阀FV404，增加丙烯进料量。 (2)调节压力调节器PC402，维持系统压力。 (3)调节乙烯进料阀FV403，维持C2/C3比。,2、压缩机C-401停 原因：压缩机C-401停。 现象：系统压力急剧上升。 处理：(1)关闭催化剂来料阀TMP20。 (2)手动调节PC402，维持系统压力。 (3)手动调节LC401，维持反应器料位。,3、丙烯进料停 原因：丙烯进料阀卡。 现象：丙烯进料量为0.0。 处理：(1)手动关小乙烯进料量，维持C2/C3比。 (2)关催化剂来料阀TMP20。 (3)手动关小PV402，维持压力。 (4)手动关小LC401，维持料位。,4、乙烯进料停 原因：乙烯进料阀卡。 现象：乙烯进料量为0.0。 处理：(1)手动关丙烯进料，维持C2/C3比。 (2)手动关小氢气进料，维持H2/C2比。,5、D301供料停 原因：D301供料阀TMP20关。 现象：D301供料停止。 处理：(1)手动关闭LV401。 (2)手动关小