流态化基本概念-流态化基本概念

三流化床反应器特点与结构2.1.1流态化的基本概念流化床反应器的优点实现固体物料的连续输入和输出；很高的传热效率，温度分布均匀;气固相有很大的接触面积；便于进行催化剂再生和循环操作。使用流化床反应器：

硫铁矿沸腾焙烧、石油催化裂化、丙烯腈、苯胺、醋酸乙烯等等的生产。3.1流化床反应器的特点流化床反应器：利用气/液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态的反应器将固体颗粒悬浮于运动的流体中，从而使颗粒具有类似于流体的某些宏观特性，这种流固接触状态称为固体流态化。

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

固定床临界流化床流化床气流输送床图不同流速时床层的变化3.1流化床反应器的特点固定床反应器与流化床反应器特点的对比特点反应速率传热特征催化剂颗粒尺寸反应效果催化剂更换固定床返混小，反应速率较快传热较差，催化剂载体往往是热的不良导体催化剂颗粒大，以避免压降过大，催化剂利用率下降停留时间和温度分布可控，可达高选择性和转化率催化剂不易磨损，更换时必须停产，且更换劳动强度大，因而对催化剂使用寿命要求高流化床返混大，反应速率较慢传热强度高，整个床层处于恒温状态，可在最佳温度点操作催化剂颗粒较小，可消除内助力，充分发挥其效能，减少用量产品选择性和转化率，且由于沟流等存在，设备要求比较高催化剂容易磨损，但失活催化剂可迅速再生3.1.1流化床反应器的结构流化床反应器的基本结构1--壳体；2—扩大段；

3—旋风分离器；4—进气口；

5—换热管；6—物料入口

7—物料出口；8—气体分布器

9—冷却水进；10—冷却水出

11—内部构件一般流化床反应器都是由壳体、气体分布板、内部构件（比如挡板、挡网等）、内换热器、气固分离装置和固体颗粒加入和卸出装置所组成.工业生产中常见流化床反应器形式工业生产中常见流化床反应器形式3.1.1

流化床反应器的基本结构(1)壳体壳体的作用主要是保证流化过程局限在一定的范围内进行，保证热量不散失或少散失。

3.1.1

流化床反应器的基本结构

（2）气体分布装置

包括气体预分布器和气体分布板两部分。

预分布器由外壳和导向板组成，是连接鼓风设备和分布板的部件。

预分布器的作用是使气体的压力均匀，使气体均匀进入分布板，从而减少气体分布板在均匀分布气体方面的负荷。充填式分布器开口式分布器弯管式分布器气体预分布器

3.1.1

流化床反应器的基本结构

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

气体分布装置：

3.1.1

流化床反应器的基本结构单个直孔泡帽气体分布板流化床的气体分布板是保证流化床具有良好而稳定流态化的至关重要的构件，它应满足下列基本要求：具有均匀分布气流的作用，同时其压降要小。能使流化床有一个良好的起始流态化状态，避免形成“死角”。操作过程中不易被堵塞和磨蚀。分布板对整个流化床的直接作用范围仅0.2～0.3m，然而它对整个床层的流态化状态却具有决定性的影响。工业生产中使用的气体分布板的型式很多，主要有：密孔板，直流式、侧流式和填充式分布板，旋流式喷嘴和分枝式分布器等，而每一种型式又有多种不同的结构。

3.1.1

流化床反应器的基本结构气体分布板①密孔板（烧结板）：

密孔板气体分布器通常采用粉末冶金压制和微孔陶瓷烧制而成，一般它多用在实验室和小型装置上，被认为气体分布均匀、原生气泡小、流化质量高，对于做机理性实验尤为适合。然而，在少数工业中长期使用时，因气流中的微量固体可将分布器的微孔堵塞，导致分布器压降大大增加。微孔一旦被堵住就很难消除，因此在工业生产中很少应用。

3.1.1

流化床反应器的基本结构气体分布板②直流式：结构简单，易于设计制造，制造和安装成本低。但气流方向正对床层，易使床层形成沟流，小孔易于堵塞，停车时又易漏料。所以除特殊情况外，一般不使用直流式分布板。

3.1.1

流化床反应器的基本结构有时压降比正常操作时低，说明气体形成短路，床层产生了沟流现象。观察流化床的压力降变化可以判断流化质量。①现象：气体通过床层时形成短路，床层内密度分布不均匀，气、固接触不良，部分床层变成死床。②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。③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。③消除方法：加大气速；干燥颗粒；加内部构件；改善分布板。

3.1.1

流化床反应器的基本结构气体分布板③填充式：在多孔板（或栅板）和金属丝网上间隔地铺上卵石、石英砂、卵石，再用金属丝网压紧，其结构简单，制造容易，并能达到均匀布气的要求，流态化质量较好。但在操作过程中，固体颗粒一旦进入填充层就很难被吹出，特别是当停工检修时需卸固体或催化剂时将造成很大的麻烦，也容易造成烧结。另外经过长期使用后，填充层常有松动，造成移位，降低了布气的均匀程度。因此，目前已很少采用。

3.1.1

流化床反应器的基本结构气体分布板④侧流式：是在分布板孔中装有锥形风帽，气流从锥帽底部的侧缝或锥帽四周的侧孔流出，是应用最广，效果较好的一种分布板。其中侧缝式锥帽因其不会在顶部形成小的死区，气体紧贴分布板板面吹出，适当气速下也可以消除板面上的死区，从而大大改善床层的流态化质量，避免发生烧结和分布板磨蚀现象，因此应用更广。

3.1.1

流化床反应器的基本结构

气体分布装置：泡帽侧缝分布板泡帽侧孔分布板条形侧缝分布板锥型侧缝分布板

3.1.1

流化床反应器的基本结构气体分布板

⑤旋流式喷嘴：常用于流态化煤气发生炉。气体通过六个向上倾斜l0度的喷嘴喷出，拖起煤粒并使其搅动，中部的二次空气喷嘴均偏离径向20度～25度，形成了向上旋转的气流，该结构经常用于对产品要求不严的流态化床中。

3.1.1

流化床反应器的基本结构气体分布板⑥短管式：在整个分布板上均匀设置了若干根短管，有的在每个短管下部开一个直径为9-12mm的小孔(开孔率约为0.2％)，气体通过小孔的速率约：100-150m/s，短管长约200mm，有的在短管下部做成文氏管式，圆顶式的喷嘴；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气体涡流，增加分布器的压降，有利于均匀布气，使流化床操作稳定。

3.1.1

流化床反应器的基本结构

3.1.1

流化床反应器的基本结构气体分布板⑦多管式气流分布器：是近年来发展起来的一种新型分布器，由一个主管和若干带喷射管的支管组成。由于气体向下射出，可消除床层死区，也不存在固体泄漏问题，并且可以根据工艺要求设计成均匀布气或非均匀布气的结构。

3.1.1

流化床反应器的基本结构3.1.1

流化床反应器的基本结构（3）内部构件

有水平构件和垂直构件；挡板和挡网是最常用的内部构件形式，主要用来破碎气泡，改善气固接触，减少返混，从而提高反应速率和反应转化率。外旋挡板多旋挡板内旋挡板3.1.1

流化床反应器的基本结构（4）换热装置

床内换热器夹套式换热器作用：及时移走或供给热量。换热方式间接换热列管式单管式套管式管束式鼠笼式蛇管式蛇管式换热器套管式换热器

换热装置3.1.1

流化床反应器的基本结构3.1.1

流化床反应器的基本结构（5）气固分离装置

流化床在运行过程中，由于固体颗粒强烈的扰动，一些细小的颗粒总要随气体溢出流化床外，气固分离装置的作用就是回收这部分细小颗粒使其返回床层。常用的气固分离装置有旋风分离器和内过滤器两种。流化床反应器类型按固体颗粒是否在系统内循环分

（1）单器流化床（2）双器流化床按床层的外型分

(1)圆筒形(2)圆锥形

按床层中是否置有内部构件分

(1)自由床(2)限制床按反应器内层数的多少分

(1)单层(2)多层3.1.2

流化床反应器的分类3.1.2

流化床反应器的分类1固体颗粒是否在系统内循环

单器流化床在工业应用最广泛，多用于催化剂使用寿命较长的气固催化反应过程如丙烯氨化氧化反应器、乙烯氧化反应器和萘氧化制苯酐反应器等3.1.2

流化床反应器的分类双器流化床多用于催化剂寿命较短容易再生的气固催化反应过程，如石油加工过程中的催化裂化装置，采用硅铝催化剂完成反应。为什么要用双器流化床？重油在催化剂上裂解获得轻质油和气态烃，同时发生结焦反应，催化裂化过程不能继续，必须将沉积在催化剂表面上的焦炭烧去，此烧焦过程在再生器中进行，再生后的催化剂带着显热为裂化过程提供所需的热量。催化剂在反应器和再生器间循环，是靠控制两器的密度差形成压差实现的。催化剂在两器间的定量定向流动，同时也完成了催化反应和再生烧焦的连续操作过程。3.1.2

流化床反应器的分类2床层外形圆筒形

圆锥形流化床结构简单制造容易设备容积利用率高结构比较复杂制造比较困难设备利用率较低3.1.2

流化床反应器的分类

圆锥形流化床应用（1）适用于催化剂粒度分布较宽的体系由于圆锥床底部速度大，可保证较大颗粒的流化，防止了分布板上的阻塞现象，而上部速度低，可减少小颗粒的夹带，也减轻了气固分离设备的负荷。（2）圆锥形床层底部气体和固体颗粒的剧烈湍动，可使气体分布均匀，因而可大大简化气体分布板的设计。（3）圆锥形床层底部气体和固体颗粒的剧烈湍动可强化传热，对于反应速率快和热效应大的反应，可使反应不致过分集中在底部，减少底部过热、堵塞和烧结现象。（4）适用于气体体积增大的反应过程，气体在床层中上升，随着静压力的减小，体积会相应增大，采用锥形床选择一定的锥角，可适应这种气体体积增大的特点，使流化更趋于平稳。3.1.2

流化床反应器的分类3反应器层数单层：气固催化反应主要采用单层流化床，床中催化剂单层放置，床层温度、粒度分布和气体浓度都趋于均一。多层流化床：当过程对温度和浓度的分布有特别的要求或对热能的回收有较高的要求时，就要采用多层流化床。多层流化床:石灰石焙烧第一、二、三层温度分别为500℃、730℃和850℃。第四层为煅烧室,温度1015℃，底层为空气预热段，也是石灰冷却段，温度约360℃。3.1.2

流化床反应器的分类4床层中是否设置内部构件自由床：床中不专门设置内部构件以限制气体和固体的流动的称为自由床。限制床：专门设置内部构件以限制气体和固体的流动的称为限制床。

想一想设置内部构件的目的是什么？3.1.2

流化床反应器的分类5是否催