流化床反应器设计

流化床反应器设计

2024/4/121黄春红反应器分类催化剂颗粒及流态化域分类主要颗粒流化性能参数主要流化工程主要内件实例2024/4/122

反应器分类1、反应器分类2、常用反应器适用范围和优缺点2024/4/123

反应器分类操作方式连续反应器间歇反应器2024/4/124

反应器分类换热方式等温反应器绝热反应器非等温非绝热反应器2024/4/125

反应器分类反应器结构管式反应器釜式反应器鼓泡搅拌釜搅拌釜式浆态反应器有固体颗粒床层的反应器固定床反应器移动床反应器流化床反应器塔式反应器填充塔板式塔鼓泡塔喷射反应器2024/4/126

反应器分类适用范围：液液、气液、液固、气液固优点：设备简单、操作灵活、适用性广釜式反应器缺点：间歇式：产品质量不稳定；连续式：返混严重2024/4/127固定床反应器适用范围：气固、液固、气液固缺点：传热差、操作过程中催化剂不能更换

反应器分类2024/4/128优点：返混小、催化剂机械磨损小、结构简单

反应器分类移动床反应器适用范围：气固、液固优点：固体和流体的停留时间可以在较大范围内改变、返混较小缺点：控制固体颗粒的均匀下移比较困难2024/4/129

反应器分类流化床反应器适用范围：气固、液固优点：固体物料可连续输入和输出、床层内部温度均匀，便于控制、催化剂可连续再生缺点：产品分布不均匀、反应转化率降低、催化剂易损失、床层内传递现象复杂2024/4/1210

催化剂颗粒及流态化域分类1、颗粒的物理特性2、颗粒的分类3、气固流态化域2024/4/1211

催化剂颗粒及流态化域分类筛分尺寸dp:通过最小方筛孔的宽度尺寸。

2、颗粒密度和空隙率骨架密度ρs:颗粒骨架本身所具有的密度，即颗粒的质量与骨架实体所占体积之比，FCC通常为2000~2400kg/m3。颗粒密度ρp:单位颗粒（含孔隙）体积的质量，FCC通常为900~1800kg/m3。堆积密度ρB：单位堆集颗粒体积（包括颗粒之间的空隙）的质量。

空隙率:颗粒之间空隙的体积/（颗粒体积+颗粒之间空隙的体积）

1、颗粒尺寸2024/4/1212

催化剂颗粒及流态化域分类2024/4/1213

催化剂颗粒及流态化域分类颗粒的流化性能与颗粒的粒径、密度等性质有关。A类颗粒典型颗粒为FCC催化剂B类颗粒典型颗粒为硅砂C类颗粒典型颗粒为面粉、进入三旋的FCC催化剂D类颗粒典型颗粒为麦粒、碎玻璃2024/4/1214

催化剂颗粒及流态化域分类流态化是指固体粒子像流体一样进行流动的现象。A类颗粒随着床层表观气速的增加可分为6种状态。2024/4/1215

催化剂颗粒及流态化域分类2024/4/1216固定床固体颗粒相互接触，层堆积状态。散式流化床固体颗粒脱离接触，颗粒接触均匀，颗粒间充满流体，无颗粒与流体的聚集状态。鼓泡床固体颗粒脱离接触，流化介质出现气泡，气泡在床层表面破裂，将部分颗粒带到稀相空间，稀密相有非常明显的界限。湍动床气泡不稳定，分裂成更多小气泡，气泡较鼓泡床分布均匀，床层表面颗粒夹带量增大，稀密相界面模糊不清，稀相空间内细粉颗粒聚集成絮团。快速床密相床层靠固体循环量来维持，无循环量时，床层中固体颗粒全部被气体带走，密相床中出现絮团。输送床靠循环量无法维持床层，达到气力输送阶段。

催化剂颗粒及流态化域分类2024/4/1217

催化剂颗粒及流态化域分类2024/4/1218

主要颗粒流化性能参数1、起始流化速度umf2、起始鼓泡速度umb3、颗粒带出速度ut4、气固滑动速度Usl5、颗粒乳化相脱气速度uD和流化因子FP2024/4/1219起始流化速度是指刚刚能使固定床中的颗粒流化起来的气体空床线速，也可看作颗粒处于流化状态的最小气速。在起始流化速度下床层中各力达到平衡，整个床层被悬浮起来，固体颗粒自由运动。

1、起始流化速度umf

主要颗粒流化性能参数dp——颗粒平均粒径——颗粒密度——流化介质密度——流化介质粘度流化介质密度、粘度越大，起始流化速度越小，反之越大。FCC中再生条件下umf约1mm/s，反应条件下umf约3mm/s。2024/4/1220或2、起始鼓泡速度umb流化床中开始出现气泡或纯气体洞穴时的表观空床线速为起始鼓泡速度。

主要颗粒流化性能参数F45——小于45μm颗粒重量分率dpi、Xi——分别为小于平均粒径的各细粒子的粒径与重量分率催化剂中细粒子越多，起始鼓泡速度越大，反之越小。FCC中通常3umf≥umb≥2umf2024/4/12213、颗粒带出速度ut在流化床中，如果向上运动的气速超过颗粒的自由沉降速度，固体颗粒就会被气流带出，这时的气速叫做颗粒的带出速度。对于A类颗粒的气固流化床，颗粒之间存在一定的相互作用，带出速度常用床层中颗粒群的带出速度utt表示。DT——床层直径流化介质粘度越大，颗粒带出速度越小，反之越大。颗粒群带出速度比单一颗粒带出速度大很多，实际线速高于颗粒群带出线速时依然有密相床层存在。

主要颗粒流化性能参数2024/4/12224、气固滑动速度Usl一般来说，由于受气流的作用，颗粒在气流中运动的实际速度Us总与气体的真实速度Uf有一个差值，这一差值称为气固相对速度Usl。对于密相气力输送，常用滑落系数Ksl滑落系数随气速增加和固体质量流速的增加而减小。提升管反应器中约为1.25~1.6。

主要颗粒流化性能参数2024/4/12235、颗粒乳化相脱气速度uD和流化因子FP用床层塌落试验来测定颗粒乳化相脱气性能，定义颗粒沉积阶段中单位时间内床层高度的降低值为颗粒乳化相脱气速度uD对于A类颗粒而言，uD应在umf与umb之间，即值越大，散式流化范围就越大，颗粒流化输送越易稳定。总结生产经验发现，流化因子FP≈uD/umf

L——距离分布板的高度

主要颗粒流化性能参数2024/4/1224

★一般认为，一个性能良好的催化剂应具备的条件是：1）uD/umf>1，umb/umf≥2；2）有一定的细粉含量，F40≥3%；3）平均颗粒直径小于80μm。

主要颗粒流化性能参数2024/4/12251、流态化域的判断2、气泡直径3、床层膨胀高度4、输送分离高度及气相饱和夹带量5、分布器6、提升管气速7、催化剂输送管线

主要流化工程2024/4/1226

1、流态化域的判断

1）鼓泡床向湍动床转变速度uc2）湍动床向快速床流化速度uTFuTF是湍动床向快速床转变的速度，不仅与气固特性有关，也与颗粒输送强度和床层直径有关，FCC催化剂快速床流化速度约为1.25m/s。

主要流化工程床层直径越大，鼓泡床向湍动床转变速度越小，越容易形成湍动床。2024/4/12272、气泡直径对于A类颗粒，当uf大于umb时，在床层内出现气泡，人们常把气泡与气泡以外的密相床部分称作泡相与乳相。在气泡沿着床高向上运动过程中，不断出现气泡的聚并和破碎，对于鼓泡床，气泡的聚并占主要地位，气泡当量直径Dbe随行程的长度增加而增加；对于湍动床，气泡破碎占主导地位，在气速增时，气泡数量增加，但Dbe几乎不随床高而变化。对鼓泡床对湍动床

主要流化工程气泡云2024/4/12283、床层膨胀高度Lf对反应器对再生器Ws——床层催化剂藏量，kgAT——床层截面积，m2表观气速越高，床层直径越小，床层膨胀高度越大，反之，越小。

主要流化工程2024/4/12294、输送分离高度TDH和饱和夹带量ρ*当气泡在密相床中上升到床层表面破裂时，将大量催化剂抛向稀相空间，但随着距离密相床表面高度的增加，气流越来越均匀，夹带量越来越少，直至稀相的颗粒夹带量保持不变，此时的高度就叫输送分离高度TDH，相应的稀相中的颗粒浓度就成为气相饱和夹带量。或或床层直径越大，需要的输送分离高度越大，反之，越小。

主要流化工程2024/4/12305、分布器

主要流化工程1）具有均匀分布气体的作用，同时希望压降较低；2）使流化床具有一个良好的流化状态，输入床层的颗粒应迅速完全流化，并在分布器附近创造一个良好的气固接触条件，防止经分布器筛除大颗粒；3）在操作条件下有足够的强度，以抗变形，并能承受静床的负荷，能经受热膨胀等作用力，能长期操作不堵塞，耐腐蚀和不漏料，易于启用；4）尽可能减少颗粒的粉碎；；5）具有一定的抗催化剂冲蚀能力，必要时设计耐磨衬里。2024/4/1231

主要流化工程稳定性临界压降参数一般来说，分布器压降至少为床层压降的40%，如床层高度在8~10m之间，则应为床层压降的50%~60%，可用稳定性临界参数F值判断床层压降是否合理，经验F值应在0.75以上为宜。分布器的压降ξ——分布器的阻力系数Ae——分布器开孔总面积，m22024/4/12326、稀相输送气速提升管反应是在很高的气速下操作，如果降低气速，固体浓度会增加，当气速降低到一定程度时，固体颗粒会不均与且不稳定，于是颗粒团崩溃会形成腾涌状态，该点称为噎噻点，该点气速为噎噻速度ugc，相应的空隙率为FCC提升管反应器气速通常在10m/s左右。

主要流化工程2024/4/1233

主要流化工程7、催化剂输送管线1、立管输送气固混合物在管线中垂直向下流动时称为立管输送。2、斜管、淹流管和溢流管淹流管和溢流管都是催化剂导出再生器的一种结构，淹流管设在密相床较高处的为高淹流管，设在分布器附近的为低淹流管；溢流管的高度通常略低于床层料面。2024/4/1234

主要流化工程2024/4/1235

主要内件1、分布器2、旋风分离器3、翼阀4、塞阀2024/4/12361、分布器

主要内件2024/4/1237

主要内件2024/4/1238