任务24流化床反应器操作指导

任务24流化床反应器操作指导第1页/共75页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。温度最高温度第2页/共75页请关注：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？第3页/共75页一、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：第4页/共75页一、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。第5页/共75页第6页/共75页第7页/共75页1、流态化的形成

第8页/共75页第9页/共75页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0.15～0.5m/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umfut第10页/共75页流态化的形成过程第11页/共75页流化数流化数一般在1.5～10的范围内，也有高达几十甚至几百的。如制苯酐的流化数k≥10～40，石油催化裂化k=300～1000。第12页/共75页2、实际流态化现象第13页/共75页散式流态化（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。第14页/共75页

两种流态化Δp与u的关系第15页/共75页

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第16页/共75页大气泡和腾涌现象：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第17页/共75页二、流化床反应器的操作维护知识第18页/共75页结构

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动画第19页/共75页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第20页/共75页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。第21页/共75页弯管式预分布器第22页/共75页同心圆壳式分布器第23页/共75页帽式分布器第24页/共75页充填式分布器第25页/共75页开口式分布器第26页/共75页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第27页/共75页(1)直孔型分布板第28页/共75页泡帽侧缝分布板泡帽侧孔分布板(3)侧流型分布板第29页/共75页条形侧缝分布板直孔泡帽分布板第30页/共75页锥型侧缝分布板锥型侧孔分布板锥型侧缝分布板第31页/共75页内部构件：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。第32页/共75页内旋挡板第33页/共75页外旋挡板第34页/共75页多旋挡板缺点：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。第35页/共75页气固分离装置作用：回收细粒形式：设置分离段设置收尘器旋风分离器、过滤管第36页/共75页第37页/共75页第38页/共75页流化床内换热器：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：夹套第39页/共75页列管式换热器：单管式第40页/共75页列管式换热器：套管式第41页/共75页立式管束式第42页/共75页横排管束式换热器第43页/共75页鼠笼式换热器第44页/共75页第45页/共75页蛇管式换热器第46页/共75页气固相反应器的选择第47页/共75页三、流化床反应器的床型第48页/共75页四、流化床反应器主体尺寸的确定①流化床直径的计算②流化床高度的确定扩大段稀相段（分离段）浓相段锥底第49页/共75页（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。第50页/共75页扩大段直径第51页/共75页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。第52页/共75页流化床高度的确定1．流化床层高度(浓相段高度)h12．分离段高度h’23．扩大段高度h”24．锥底部分高度h3流化床总高度h=h1+h’2+h”2+h3第53页/共75页五、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第54页/共75页（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44μm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44μm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44μm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。第55页/共75页（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12-25.4mm，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。第56页/共75页（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。—加以排除第57页/共75页（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。第58页/共75页（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1/2～1/3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。第59页/共75页（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1/2～1/3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。第60页/共75页三、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

nC2H4+nC3H6→[C2H4—C3H6]n。第61页/共75页第62页/共75页第63页/共75页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旋风分离器第64页/共75页（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、稳定状态的过渡第65页/共75页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、氮气吹扫第66页/共75页4、仪表及报警一览表第67页/共75页（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。第68页/共75页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。第69页/共75页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