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流化床反应器内部结构、特点和应用

流化床反应器的发展
 

流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。

在用于气固系统时，又称沸腾床反应器。流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉；但现代流化反应技术的开拓，是以40年代石油催化裂化为代表的。

流化床反应器的结构
 

        流化床反应器的结构有两种形式：①有固体物料连续进料和出料装置，用于固相加工过程或催化剂迅速失活的流体相加工过程。例如催化裂化过程，催化剂在几分钟内即显著失活，须用上述装置不断予以分离后进行再生。②无固体物料连续进料和出料装置，用于固体颗粒性状在相当长时间（如半年或一年）内，不发生明显变化的反应过程。　

床层壳体
 
作用是装载固体颗粒和保证流态化在所规定的范围内进行，这是最基本的作用。
 
内部装置
 
气体再分布器和内部构件，他们的作用是主要改善流化床的流化态。
（1）气体分布器

具有支承催化剂，均布气体，气体整流，稳定操作，强化传热传质等作用。

（2）内部构件
作用在于破碎并限制气泡长大，减少气固体返混，改变气体固体颗粒在床中的停留时间分布等。

其主要形式有管束（垂直管束和水平管束）和挡板（多孔挡板、导向挡板和档网等）。

换热装置
 
包括反应壳体器壁和浸没与床内的管束，其换热面积由过程本身的热效应大小决定。

气固分离装置
 
流化过程中，小颗粒总不免被流体带到反应器的上部或者外面，尤其在气速较大的操作下。为了回收这部分颗粒，在流化床中心必须有气固分离装置。
 
气固分离装置主要有：
 

（1）旋风分离，通过依靠离心力作用是气流中的气体和固体颗粒分离。

（2）在反应器上部连接一个扩大段，使气速降低，部分颗粒自由沉降分离，安装一些使气流或固体颗粒改变流动方向的折流挡板或者其他快速分离装置。其中锥底一般锥角为90°或60°。作用是对进入气体起预分布作用、卸催化剂。
 

流化床反应器分类
 
按固体颗粒是否在系统内循环分 
（1）单器流化床，或称作非循环操作的流化床
（2）双器流化床，或称作循环操作的流化床
 
按床层的外型分 
（1）圆筒形流化床反应器
（2）圆锥形流化床反应器 
 
按床层中是否置有内部构件分
（1）自由床流化床反应器 
（2）限制床流化床反应器 
 
按反应器内层数的多少分
 （1）单层流化床反应器 

（2）多层流化床反应器 

流化床反应器特点
与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是：
 
（1）可以实现固体物料的连续输入和输出；
 
（2）流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制，特别适用于强放热反应；
 
（3）便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程的进行，石油馏分催化流化床裂化的迅速发展就是这一方面的典型例子。
 
 然而，由于流态化技术的固有特性以及流化过程影响因素的多样性，对于反应器来说，流化床又存在很明显的局限性：
 
（1）由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动，无论气相或固相都存在着相当广的停留时间分布，导致不适当的产品分布，降低了目的产物的收率；
 
（2）反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了反应转化率；
 
（3）由于固体催化剂在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使催化剂加速粉化，加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量细粒催化剂的带出，造成明显的催化剂流失；
 
（4）床层内的复杂流体力学、传递现象，使过程处于非定常条件下，难以揭示其统一的规律，也难以脱离经验放大、经验操作。
 
 
流化床实际应用
锦州石化将流化床反应器应用于丁烯氧化脱氢制丁二烯新工艺中。

在催化裂化反应装置，还有一些气固相催化反应，如萘氧化、丙烯氨氧化和丁烯氧化脱氢等也采用流化床反应器。

目前，流化床反应器已在化工、石油、冶金、核工业等部门得到了广泛应用。

 

 

发布时间：2023-04-10