反应过程与设备 教学课件 作者 雷振友 主编流化床.ppt

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1、项目二流化床反应器的设计和操作流化床反应器任务一认识流化床反应器原料气以一定的流动速度使催化剂呈悬浮湍动，并在催化剂作用下进行化学反应的设备。一、流化床反应器流化床反应器流化床反应器二、流化床反应器的特点及工业应用流化床的优点：1颗粒流动类似液体，易于处理，控制；2固体颗粒迅速混合，整个床层等温；3颗粒可以在两个流化床之间流动、循环，使大量热、质有可能在床层之间传递；4宜于大规模操作；5气体和固体之间的热质传递较其它方式高；6流化床与床内构件的给热系数大。6流化床的缺点：气体的流动状态难以描述，偏离平推流，气泡使颗粒发生沟流，接触效率下降；颗粒在床层迅速混合，

2、造成停留时间分布不均匀；脆性颗粒易粉碎被气流带走；颗粒对设备磨损严重；对高温非催化操作，颗粒易于聚集和烧结。（1）热效应很大的放热或吸热过程；（2）要求有均一的催化剂温度和需要精确控制温度的反应；（3）催化剂寿命比较短，操作较短时间就需要换（或活化）的反应；（4）有爆炸危险的反应，某些能够比较安全地在高浓度下操作的氧化反应，可以提高生产能力，减少分离和精制的负担。流化床反应器比较适用于：（1）要求高转化率的反应；（2）要求催化剂层有温度分布的反应。流化床反应器一般不适用：三、流化床反应器的结构主体气体分布装置内部构件换热装置气固分离装置（一）基本结构：壳体（按床

3、层中的介质密度分为浓相段和稀相段）、锥底，有些流化床上部设有扩大段，用以增强固体颗粒的沉降。流化床反应器非循环操作的流化床（单器）循环操作的流化床（双器）乙烯氧化反应器催化裂化反应装置（双器流化床）在工业上应用最为广泛，多用于催化剂使用寿命较长的气固催化反应过程。多用于催化剂寿命较短容易再生的气固催化反应过程。1.按照固体颗粒是否在系统内循环分类(二)流化床反应器分类（1）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（2）限制床床中设置内部构件以限制气体和固体的流动的称为限制床。设置内部构件可增进气固接触效率，减少气体返混，改善气体的停留时间分

4、布，提高床层稳定性，从而使高床层和高流速称为可能，许多流化床反应器都采用挡网、挡板等作为内部构件。2.按照床层中是否设置内部构件分类（1）单层流化床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。（2）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。3.按照反应器层数分类石灰石锻烧炉4.按照床层外形分类圆筒形流化床圆锥形流化床圆筒形流化床反应器结构简单，制造容易，设备容积利用率高。丙烯氨化氧化反应器圆锥形流化床结构比较复杂，制造比较困难，设备利用率较低，但因为其截面自下而

5、上逐渐扩大，所以也具有很多优点：圆锥形流化床乙炔与醋酸合成醋酸乙烯反应器（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。对于低速操作的工艺过程可获得较好的流化质量。（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

6、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。（1）气固催化流化床反应器反应过程使用催化剂，以一定的流动速度使催化剂颗粒呈悬浮湍动，此类反应的设备为气固相流化床催化反应器。（2）气固非催化反应器非催化过程不需要使用催化剂，可采用非催化流化床反应器，原料气直接与悬浮湍动的固体原料发生化学反应，矿务加工多为非催化过程，如石灰石焙烧、硫铁矿焙烧等。5.按照是否催化反应分类作用是使气体分布均匀，以形成良好的流化条件，同时支承固体催化剂颗粒。气体分布装置气体预分布器气体分布板（三）气体分布装置流化

7、床反应器弯管式预分布器帽式分布器流化床反应器同心圆壳式分布器流化床反应器充填式分布器流化床反应器帽式分布器流化床反应器开口式分布器流化床反应器凹型筛孔板直孔筛板单个直孔泡帽流化床反应器流化床反应器内部构件一般设置在浓相段，主要用来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，从而增加反应速率和提高转化率。在气流速率较低、催化反应对于产品要求不高时可以不设置内部构件。内部构件挡网挡板填充物（四）内部构件内旋挡板外旋挡板多旋挡板流化床反应器用来取出或供给反应所需要的热量。由于流化床反应器的传热速率远高于固定床，所需的换热装置要比固定床中的换热装置小

8、得多。根据需要分为外夹套