流化床反应器操作与控制-流化床反应器的特点及结构

流化床反应器的气固回收装置《化学反应器操作与控制》流化床的内部构件流化床反应器壳体气体分布装置内部构件换热装置气固分离装置气固分离装置流化床中常用的气固分离装置有内过滤器和内旋风分离器两种。内过滤器一般做成管式，管子有素烧瓷管、开孔铁管和金属丝网管等。在开孔铁管和金属丝网管的外面包扎数层玻璃纤维布。内过滤器就是由许多这样的管子组成的，气体从玻璃纤维布的细孔隙中通过，而将绝大部分的固体颗粒过滤下来。

(1)内过滤器气固分离装置缺点：阻力大内旋风分离器目前在流化床反应器中已得到了广泛的应用，内旋风分离器包括旋风分离器、料腿和料腿密封装置三个部分。

(2)内旋风分离器气固分离装置旋风分离器是利用惯性离心力的作用从气流中分离出所含尘粒的设备。含尘气体以相当高的线速度沿且线方向进入旋风分离器的壳体内，形成螺旋形运动，在旋转过程中产生的离心力将悬浮于气流中的固体颗粒甩向器壁，与器壁碰撞后失去动能而下沉落入灰斗，在通过料腿落入反应器中。净制后的气体从中心的气体排出管排除。

(2)内旋风分离器气固分离装置气固分离装置料腿密封装置《化学反应器操作与控制》流化床反应器的基本结构流化床反应器醋酸乙烯合成工段流化床反应器

旋风分离器流化气体入口内部构件气体分布器扩大段壳体换热管催化剂排出口一、流化床反应器的基本结构及作用流化床反应器壳体换热装置气固分离装置内部构件气体分布装置一、流化床反应器的基本结构——壳体流化床反应器各部分作用锥底浓相段稀相段扩大段作用：提供反应所需空间一、流化床反应器的基本结构——气体分布装置预分布器气体分布板气体分布装置作用：使气体均匀分布，以形成良好的初始流化条件，同时支承固体催化剂颗粒。一、流化床反应器的基本结构——气体分布装置一、流化床反应器的基本结构——内部构件水平构件垂直构件内部构件作用：破碎气体在床层中产生的大气泡，增大气固相间的接触机会；减少返混。一、流化床反应器的基本结构——内部构件一、流化床反应器的基本结构——换热装置内部换热器夹套换热换热装置作用：是用来取出或供给反应所需要的热量。一、流化床反应器的基本结构——换热装置套管式换热器蛇管式换热器横排管束换热器一、流化床反应器的基本结构——气固分离装置内过滤器旋风分离器气固分离装置作用：回收催化剂细粒使其返回床层，并避免带出粉尘影响产品的纯度。一、流化床反应器的基本结构——气固分离装置内过滤器旋风分离器结构示意图《化学反应器操作与控制》流化床反应器的气体分布装置一、流化床反应器的基本结构及作用流化床反应器壳体换热装置气固分离装置内部构件气体分布装置

保证流化床具有良好而稳定的流化状态的重要构件。气体分布装置预分布器气体分布板气体分布装置作用：使气体均匀分布，以形成良好的初始流化条件，同时支承固体催化剂颗粒。气体分布板气体分布板直流式侧流式填充式密孔式旋流式喷嘴分枝式分布器气体分布板直流式直孔式分布板凹形分布板直孔泡帽分布板气体分布板直孔式分布板凹形分布板直孔泡帽分布板工业上一般不使用此类型分布板气体分布板填充式分布板卵石石英砂卵石多孔板或栅板缺点较多，工业上不适用气体分布板侧流式分布板缺点较多，工业上不适用

侧缝式锥帽分布板侧孔式锥帽分布板气体分布板短管式分布板容易出现气体分布不均气体分布板无分布板的旋流式喷嘴应用于对气体产品要求不严的粗粒流化床中气体分布板密孔型分布板最早用于实验室，造价高，工业生产较少使用直孔筛板二、流化床反应器的气体预分布器使气体进入分布板前有一个大致均匀的分布，从而减轻分布板均匀布气的负荷。气体预分布器气体预分布器气体预分布器帽式分布器同心圆锥壳式分布器气体预分布器气体预分布器气体预分布器充填式分布器帽式分布器开口式分布器流化床反应器的分类《化学反应器操作与控制》流化床反应器的分类流化床反应器的结构形式很多，一般可分为以下几种类型。(1)按固体颗粒是否在系统内循环分类分为单器流化床和双器流化床。流化床反应器的分类单器流化床多用于催化剂使用寿命较长的气固相催化反应过程。流化床反应器的分类双器流化床多用于催化剂使用寿命较短容易失活的气固相催化反应过程，催化剂在反应器和再生器之间的循环是通过控制两器的密度差来实现的。流化床反应器的分类(2)按床层外形分类分为圆筒形和圆锥形流化床。圆筒形流化床结构简单，制造容易，设计容积利用率高。流化床反应器的分类圆锥形流化床结构比较复杂，制作比较困难，但由于它的截面自下而上逐渐扩大，也具有很多突出的优点。流化床反应器的分类(3)按反应器层数分类可分为单层流化床和多层流化床。单层流化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。当过程对温度和浓度的分布有特定的要求或热能的回收有较高的要求时，就需要采用多层流化床。流化床反应器的分类（4）按床层中是否设置内部构件分类分为自由床和限制床。流化床反应器的分类床中不专门设置内部构件以限制气体和固体流动的称自由床。流化床反应器的分类床中设置内部构件以限制气体和固体流动的称为限制床。内部构件可增进气固接触效率，较少气体返混，改善气体的停留时间分布。许多流化床多采用挡板、挡网等作为内部构件。流化床反应器的特点《化学反应器操作与控制》流化床反应器的特点流体自下而上通过固体颗粒床层，到流体速度增加到一定程度时，颗粒被流体托起作悬浮运动，这种现象叫固体流态化。利用流态化技术进行化学反应的装置称为流化床反应器。流化床反应器的特点流化床反应器在工业中的应用可分为催化过程和非催化剂过程两大类，催化过程的主要特点是固体颗粒为催化剂。催化剂的活性随反应而下降，需取出再生或补充新的催化剂以维持器内催化剂的平均活性；非催化过程的主要特点是固体颗粒为反应原料。矿物加工为非催化反应过程，多采用流化床反应器。如硫铁矿焙烧、氧化铁矿石还原、石灰石焙烧等。一、流化床反应器的特点从对催化剂的要求看，流化床可采用小颗粒且粒度范围较宽的催化剂，从而增大了气固相间的接触面积。一、流化床反应器的特点从传热上看，由于流化床采用小颗粒催化剂，流体与催化剂颗粒间的传热面积很大，加之快速循环的催化剂颗粒的冲刷作用，使得催化剂颗粒之间、床层与器壁及换热器壁之间的给热系数增大，传热速率加快，所需传热面积较小。另外由于流体与颗粒间的剧烈搅动混合，使床层温度均匀。一、流化床反应器的特点从传质上看，由于催化剂颗粒和流体处于剧烈搅动状态，气固相界面不断更新，使传质系数增大；加之催化剂粒度小，单位体积催化剂具有很大的表面积，使传质速率加快。一、流化床反应器的特点从操作上看，由于流化床中的固体颗粒有类似于流体的流动性，所以从床层中取出颗粒和加入新的颗粒都很方便，对于催化剂易于失活的反应，可使反应过程和催化剂再生过程连续化，且易于实现自动控制。一、流化床反应器的特点从生产规模上看，流化床传热良好，设备结构简单，投资省，适合于大规模生产。一、流化床反应器的特点流化床由于气流和固体颗粒间的剧烈搅动也产生一些缺点：由于颗粒的剧烈湍动，造成固体颗粒与流体的严重返混，导致反应物浓度下降，转化率下降。对气固流化床，常发生气体短路和沟流，严重降低了气固相接触效率，使反应转化率下降。一、流化床反应器的特点催化剂颗粒之间的剧烈碰撞，造成催化剂破碎率增大，增加了催化剂的损耗。需增设回收装置。由于催化剂颗粒与器壁的剧烈碰撞，易于造成设备及管道的磨损，增大了设备损耗。流化床的内部构件《化学反应器操作与控制》流化床的内部构件流化床反应器壳体气体分布装置内部构件换热装置气固分离装置流化床内的气固相反应大多属于聚式流态化，床内气固分布极不均匀。通过实践证明，在床内加设内部构件可以把分布板造成的良好起始流化条件扩展到床层。内部构件内部构件水平构件垂直构件流化床中加设水平挡板或挡网，可增强气固接触效率，提高反应转化率。和自由床相比，挡板、挡网床有如下优点：减小了上升气泡的尺寸，使流化均匀；气体短路现象得以抑制，气固接触得到改善；气体停留时间分布趋于一致，从而使转化率得以提高；床层料面波动大大减小，操作趋于稳定。内部构件挡网(1)水平构件目前我国工业流化床的挡板多为百页窗式