流化床反應(yīng)器設(shè)計(jì)

流化床反應(yīng)器設(shè)計(jì)

2024/4/121黃春紅反應(yīng)器分類催化劑顆粒及流態(tài)化域分類主要顆粒流化性能參數(shù)主要流化工程主要內(nèi)件實(shí)例2024/4/122

反應(yīng)器分類1、反應(yīng)器分類2、常用反應(yīng)器適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)2024/4/123

反應(yīng)器分類操作方式連續(xù)反應(yīng)器間歇反應(yīng)器2024/4/124

反應(yīng)器分類換熱方式等溫反應(yīng)器絕熱反應(yīng)器非等溫非絕熱反應(yīng)器2024/4/125

反應(yīng)器分類反應(yīng)器結(jié)構(gòu)管式反應(yīng)器釜式反應(yīng)器鼓泡攪拌釜攪拌釜式漿態(tài)反應(yīng)器有固體顆粒床層的反應(yīng)器固定床反應(yīng)器移動床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器塔式反應(yīng)器填充塔板式塔鼓泡塔噴射反應(yīng)器2024/4/126

反應(yīng)器分類適用范圍：液液、氣液、液固、氣液固優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單、操作靈活、適用性廣釜式反應(yīng)器缺點(diǎn)：間歇式：產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；連續(xù)式：返混嚴(yán)重2024/4/127固定床反應(yīng)器適用范圍：氣固、液固、氣液固缺點(diǎn)：傳熱差、操作過程中催化劑不能更換

反應(yīng)器分類2024/4/128優(yōu)點(diǎn)：返混小、催化劑機(jī)械磨損小、結(jié)構(gòu)簡單

反應(yīng)器分類移動床反應(yīng)器適用范圍：氣固、液固優(yōu)點(diǎn)：固體和流體的停留時間可以在較大范圍內(nèi)改變、返混較小缺點(diǎn)：控制固體顆粒的均勻下移比較困難2024/4/129

反應(yīng)器分類流化床反應(yīng)器適用范圍：氣固、液固優(yōu)點(diǎn)：固體物料可連續(xù)輸入和輸出、床層內(nèi)部溫度均勻，便于控制、催化劑可連續(xù)再生缺點(diǎn)：產(chǎn)品分布不均勻、反應(yīng)轉(zhuǎn)化率降低、催化劑易損失、床層內(nèi)傳遞現(xiàn)象復(fù)雜2024/4/1210

催化劑顆粒及流態(tài)化域分類1、顆粒的物理特性2、顆粒的分類3、氣固流態(tài)化域2024/4/1211

催化劑顆粒及流態(tài)化域分類篩分尺寸dp:通過最小方篩孔的寬度尺寸。

2、顆粒密度和空隙率骨架密度ρs:顆粒骨架本身所具有的密度，即顆粒的質(zhì)量與骨架實(shí)體所占體積之比，F(xiàn)CC通常為2000~2400kg/m3。顆粒密度ρp:單位顆粒（含孔隙）體積的質(zhì)量，F(xiàn)CC通常為900~1800kg/m3。堆積密度ρB：單位堆集顆粒體積（包括顆粒之間的空隙）的質(zhì)量。

空隙率:顆粒之間空隙的體積/（顆粒體積+顆粒之間空隙的體積）

1、顆粒尺寸2024/4/1212

催化劑顆粒及流態(tài)化域分類2024/4/1213

催化劑顆粒及流態(tài)化域分類顆粒的流化性能與顆粒的粒徑、密度等性質(zhì)有關(guān)。A類顆粒典型顆粒為FCC催化劑B類顆粒典型顆粒為硅砂C類顆粒典型顆粒為面粉、進(jìn)入三旋的FCC催化劑D類顆粒典型顆粒為麥粒、碎玻璃2024/4/1214

催化劑顆粒及流態(tài)化域分類流態(tài)化是指固體粒子像流體一樣進(jìn)行流動的現(xiàn)象。A類顆粒隨著床層表觀氣速的增加可分為6種狀態(tài)。2024/4/1215

催化劑顆粒及流態(tài)化域分類2024/4/1216固定床固體顆粒相互接觸，層堆積狀態(tài)。散式流化床固體顆粒脫離接觸，顆粒接觸均勻，顆粒間充滿流體，無顆粒與流體的聚集狀態(tài)。鼓泡床固體顆粒脫離接觸，流化介質(zhì)出現(xiàn)氣泡，氣泡在床層表面破裂，將部分顆粒帶到稀相空間，稀密相有非常明顯的界限。湍動床氣泡不穩(wěn)定，分裂成更多小氣泡，氣泡較鼓泡床分布均勻，床層表面顆粒夾帶量增大，稀密相界面模糊不清，稀相空間內(nèi)細(xì)粉顆粒聚集成絮團(tuán)?？焖俅裁芟啻矊涌抗腆w循環(huán)量來維持，無循環(huán)量時，床層中固體顆粒全部被氣體帶走，密相床中出現(xiàn)絮團(tuán)。輸送床靠循環(huán)量無法維持床層，達(dá)到氣力輸送階段。

催化劑顆粒及流態(tài)化域分類2024/4/1217

催化劑顆粒及流態(tài)化域分類2024/4/1218

主要顆粒流化性能參數(shù)1、起始流化速度umf2、起始鼓泡速度umb3、顆粒帶出速度ut4、氣固滑動速度Usl5、顆粒乳化相脫氣速度uD和流化因子FP2024/4/1219起始流化速度是指剛剛能使固定床中的顆粒流化起來的氣體空床線速，也可看作顆粒處于流化狀態(tài)的最小氣速。在起始流化速度下床層中各力達(dá)到平衡，整個床層被懸浮起來，固體顆粒自由運(yùn)動。

1、起始流化速度umf

主要顆粒流化性能參數(shù)dp——顆粒平均粒徑——顆粒密度——流化介質(zhì)密度——流化介質(zhì)粘度流化介質(zhì)密度、粘度越大，起始流化速度越小，反之越大。FCC中再生條件下umf約1mm/s，反應(yīng)條件下umf約3mm/s。2024/4/1220或2、起始鼓泡速度umb流化床中開始出現(xiàn)氣泡或純氣體洞穴時的表觀空床線速為起始鼓泡速度。

主要顆粒流化性能參數(shù)F45——小于45μm顆粒重量分率dpi、Xi——分別為小于平均粒徑的各細(xì)粒子的粒徑與重量分率催化劑中細(xì)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、顆粒帶出速度ut在流化床中，如果向上運(yùn)動的氣速超過顆粒的自由沉降速度，固體顆粒就會被氣流帶出，這時的氣速叫做顆粒的帶出速度。對于A類顆粒的氣固流化床，顆粒之間存在一定的相互作用，帶出速度常用床層中顆粒群的帶出速度utt表示。DT——床層直徑流化介質(zhì)粘度越大，顆粒帶出速度越小，反之越大。顆粒群帶出速度比單一顆粒帶出速度大很多，實(shí)際線速高于顆粒群帶出線速時依然有密相床層存在。

主要顆粒流化性能參數(shù)2024/4/12224、氣固滑動速度Usl一般來說，由于受氣流的作用，顆粒在氣流中運(yùn)動的實(shí)際速度Us總與氣體的真實(shí)速度Uf有一個差值，這一差值稱為氣固相對速度Usl。對于密相氣力輸送，常用滑落系數(shù)Ksl滑落系數(shù)隨氣速增加和固體質(zhì)量流速的增加而減小。提升管反應(yīng)器中約為1.25~1.6。

主要顆粒流化性能參數(shù)2024/4/12235、顆粒乳化相脫氣速度uD和流化因子FP用床層塌落試驗(yàn)來測定顆粒乳化相脫氣性能，定義顆粒沉積階段中單位時間內(nèi)床層高度的降低值為顆粒乳化相脫氣速度uD對于A類顆粒而言，uD應(yīng)在umf與umb之間，即值越大，散式流化范圍就越大，顆粒流化輸送越易穩(wěn)定?？偨Y(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，流化因子FP≈uD/umf

L——距離分布板的高度

主要顆粒流化性能參數(shù)2024/4/1224

★一般認(rèn)為，一個性能良好的催化劑應(yīng)具備的條件是：1）uD/umf>1，umb/umf≥2；2）有一定的細(xì)粉含量，F(xiàn)40≥3%；3）平均顆粒直徑小于80μm。

主要顆粒流化性能參數(shù)2024/4/12251、流態(tài)化域的判斷2、氣泡直徑3、床層膨脹高度4、輸送分離高度及氣相飽和夾帶量5、分布器6、提升管氣速7、催化劑輸送管線

主要流化工程2024/4/1226

1、流態(tài)化域的判斷

1）鼓泡床向湍動床轉(zhuǎn)變速度uc2）湍動床向快速床流化速度uTFuTF是湍動床向快速床轉(zhuǎn)變的速度，不僅與氣固特性有關(guān)，也與顆粒輸送強(qiáng)度和床層直徑有關(guān)，F(xiàn)CC催化劑快速床流化速度約為1.25m/s。

主要流化工程床層直徑越大，鼓泡床向湍動床轉(zhuǎn)變速度越小，越容易形成湍動床。2024/4/12272、氣泡直徑對于A類顆粒，當(dāng)uf大于umb時，在床層內(nèi)出現(xiàn)氣泡，人們常把氣泡與氣泡以外的密相床部分稱作泡相與乳相。在氣泡沿著床高向上運(yùn)動過程中，不斷出現(xiàn)氣泡的聚并和破碎，對于鼓泡床，氣泡的聚并占主要地位，氣泡當(dāng)量直徑Dbe隨行程的長度增加而增加；對于湍動床，氣泡破碎占主導(dǎo)地位，在氣速增時，氣泡數(shù)量增加，但Dbe幾乎不隨床高而變化。對鼓泡床對湍動床

主要流化工程氣泡云2024/4/12283、床層膨脹高度Lf對反應(yīng)器對再生器Ws——床層催化劑藏量，kgAT——床層截面積，m2表觀氣速越高，床層直徑越小，床層膨脹高度越大，反之，越小。

主要流化工程2024/4/12294、輸送分離高度TDH和飽和夾帶量ρ*當(dāng)氣泡在密相床中上升到床層表面破裂時，將大量催化劑拋向稀相空間，但隨著距離密相床表面高度的增加，氣流越來越均勻，夾帶量越來越少，直至稀相的顆粒夾帶量保持不變，此時的高度就叫輸送分離高度TDH，相應(yīng)的稀相中的顆粒濃度就成為氣相飽和夾帶量。或或床層直徑越大，需要的輸送分離高度越大，反之，越小。

主要流化工程2024/4/12305、分布器

主要流化工程1）具有均勻分布?xì)怏w的作用，同時希望壓降較低；2）使流化床具有一個良好的流化狀態(tài)，輸入床層的顆粒應(yīng)迅速完全流化，并在分布器附近創(chuàng)造一個良好的氣固接觸條件，防止經(jīng)分布器篩除大顆粒；3）在操作條件下有足夠的強(qiáng)度，以抗變形，并能承受靜床的負(fù)荷，能經(jīng)受熱膨脹等作用力，能長期操作不堵塞，耐腐蝕和不漏料，易于啟用；4）盡可能減少顆粒的粉碎；；5）具有一定的抗催化劑沖蝕能力，必要時設(shè)計(jì)耐磨襯里。2024/4/1231

主要流化工程穩(wěn)定性臨界壓降參數(shù)一般來說，分布器壓降至少為床層壓降的40%，如床層高度在8~10m之間，則應(yīng)為床層壓降的50%~60%，可用穩(wěn)定性臨界參數(shù)F值判斷床層壓降是否合理，經(jīng)驗(yàn)F值應(yīng)在0.75以上為宜。分布器的壓降ξ——分布器的阻力系數(shù)Ae——分布器開孔總面積，m22024/4/12326、稀相輸送氣速提升管反應(yīng)是在很高的氣速下操作，如果降低氣速，固體濃度會增加，當(dāng)氣速降低到一定程度時，固體顆粒會不均與且不穩(wěn)定，于是顆粒團(tuán)崩潰會形成騰涌狀態(tài)，該點(diǎn)稱為噎噻點(diǎn)，該點(diǎn)氣速為噎噻速度ugc，相應(yīng)的空隙率為FCC提升管反應(yīng)器氣速通常在10m/s左右。

主要流化工程2024/4/1233

主要流化工程7、催化劑輸送管線1、立管輸送氣固混合物在管線中垂直向下流動時稱為立管輸送。2、斜管、淹流管和溢流管淹流管和溢流管都是催化劑導(dǎo)出再生器的一種結(jié)構(gòu)，淹流管設(shè)在密相床較高處的為高淹流管，設(shè)在分布器附近的為低淹流管；溢流管的高度通常略低于床層料面。2024/4/1234

主要流化工程2024/4/1235

主要內(nèi)件1、分布器2、旋風(fēng)分離器3、翼閥4、塞閥2024/4/12361、分布器

主要內(nèi)件2024/4/1237

主要內(nèi)件2024/4/1238