任务24流化床反应器操作指导
反应操作单元(固定床、流化床、釜式、管式、塔式反应器)机械化自动化设计指导方案
反应操作单元（固定床、流化床、釜式、管式、塔式反应器）机械化、自动化设计指导方案目录1反应物系的相态化学反应是指分子破裂成原子，原子重新排列组合生成新分子的过程。
按反应物系的相态来分类，化学反应分为均相反应和多相反应，其中均相反应分为气相均相、液相均相、固相均相三类；多相反应分为气-固、气-液、液-液、液-固、固-固、气-液-固等六类。
2反应器类型反应器是一种实现反应过程的设备，根据不同特性，有不同的分类，工业生产中常用的五种反应器有固定床反应器、流化床反应器、釜式反应器、管式反应器、塔式反应器。
2.1固定床反应器化学工业中最为常用的气固相反应器主要是固定床反应器。
凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器,其中尤以用气态的反应物料通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气-固相催化反应器占最主要的地位。
如炼油工业中的催化重整，异构化，基本化学工业中的氨合成、天然气转化，石油化工中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙苯脱氢制苯乙烯等等。
此外还有不少非催化的气-固相反应，如水煤气的生产，氮与电石反应生成石灰氮(CaCN2)以及许多矿物的焙烧等，也都采用固定床反应器。
2.2流化床反应器流态化技术是一种强化流体(气体或液体)与固体颗粒间相互作用的操作，可使操作连续，生产强化，过程简化。
具有传热效率较高、床层温度分布均匀、相间接触面积很大、固体粒子输送方便等优点。
流态化的过程与流化床的结构紧密联系，要根据生产任务正确识别流化床反应器及其附属设备。
流化床反应器是将流态化技术应用于流体（通常指气体）、固相化学反应的设备。
有气-固相流化床催化反应器和气-固相流化床非催化反应器两种。
以-定的流动速率使固体催化剂颗粒呈悬浮湍动，并在催化剂作用下进行化学反应的设备称为气-固相流化床催化反应器（常简称为流化床），它是气-固相催化反应常用的一种。
流化床反应器的结构形式很多，除单器外，还有双器流化床反应器。
流化床单元操作手册
文档编号:TSS_FLUID.DOC流化床反应器单元仿真培训系统操作说明书北京东方仿真软件技术有限公司二〇〇六年十月目录一、工艺流程说明 (3)1、工艺说明 (3)2、反应机理 (3)3、设备一览 (4)4、参数说明 (4)二、装置的操作规程 (4)1、冷态开车规程 (4)2、正常操作规程 (6)3、停车操作规程 (6)4、仪表一览表 (8)三、事故设置一览表 (9)四、仿真界面 (10)附：思考题 (12)一、工艺流程说明1、工艺说明该流化床反应器取材于HIMONT工艺本体聚合装置，用于生产高抗冲击共聚物。
具有剩余活性的干均聚物（聚丙烯），在压差作用下自闪蒸罐D-301流到该气相共聚反应器R-401。
在气体分析仪的控制下，氢气被加到乙烯进料管道中，以改进聚合物的本征粘度，满足加工需要。
聚合物从顶部进入流化床反应器，落在流化床的床层上。
流化气体（反应单体）通过一个特殊设计的栅板进入反应器。
由反应器底部出口管路上的控制阀来维持聚合物的料位。
聚合物料位决定了停留时间，从而决定了聚合反应的程度，为了避免过度聚合的鳞片状产物堆积在反应器壁上，反应器内配置一转速较慢的刮刀，以使反应器壁保持干净。
栅板下部夹带的聚合物细末，用一台小型旋风分离器S401除去，并送到下游的袋式过滤器中。
所有末反应的单体循环返回到流化压缩机的吸入口。
来自乙烯汽提塔顶部的回收气相与气相反应器出口的循环单体汇合，而补充的氢气，乙烯和丙烯加入到压缩机排出口。
循环气体用工业色谱仪进行分析，调节氢气和丙烯的补充量。
然后调节补充的丙烯进料量以保证反应器的进料气体满足工艺要求的组成。
用脱盐水作为冷却介质，用一台立式列管式换热器将聚合反应热撤出。
该热交换器位于循环气体压缩机之前。
共聚物的反应压力约为1.4Mpa(表)，70℃，注意，该系统压力位于闪蒸罐压力和袋式过滤器压力之间，从而在整个聚合物管路中形成一定压力梯度，以避免容器间物料的返混并使聚合物向前流动。
流化床反应器课件ppt
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一、流态化
（一）流态化的形成 （二）散式流态化和聚式流态化 （三）流化床中常见的异常现象 （四）流化速度 （五）膨胀比和空隙率 （六）流化床的压力降
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流态化
固体颗粒象流体一样进行流动的现象。 散式流态化：
液～固系统，两者密度相差不大，流速 增大时波动小，粒子分布均匀。 聚式流态化：
气体预分布器 气体分布板 挡板和挡网 旋风分离器
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列管式换热器：单管2021/3/10
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立式管束式
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横排管束式换热器
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鼠笼式换热器
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蛇管式换热器
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三、流化床反应器的计算
（一）流化床直径的计算 （二）流化床高度的确定
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A Q Kt m
（四）流化床换热器传热面积的计算
A Q Kt m
式中 A——传热面积，m2； Q——传热速率，W； K——总传热系数，W/m2·K；
Δtm——平均传热温度差，K
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（三）流化床内换热器的结构型式
列管式换热器：单管式和套管式 管束式换热器：直列和横列 鼠笼式换热器 蛇管式换热器
气～固系统，两者密度相差较大，流速 增大时，出现很大不稳定。 流态化中的异常现象：沟流、大气泡和腾涌
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沟流
操作速度大于临界 流化速度时，床层 内只形成一条或几 条狭窄的通道，大 部分床层仍处于固 定床阶段。
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流化床反应器安全操作规定
流化床反应器安全操作规定摘要流化床反应器在化工行业中应用广泛，但操作风险较高。
本文将从操作前的准备工作出发，详细介绍流化床反应器的安全操作规定，以确保操作人员能够在最安全的环境下进行操作。
第一部分：操作前准备工作在操作流化床反应器之前，必须仔细检查所有设备并准备好所有必要的工具和设备。
应注意以下事项：1.检查流化床内部是否干净，如有残留物应及时清理。
2.检查床层状态，如果床层不均匀或异常，应及时调整或修复。
3.检查排放管道是否正常，排放口是否畅通。
4.检查进料管道和转换器是否正常。
5.准备清洁工具和安全装备，如手套，护目镜等。
第二部分：操作规定在操作流化床反应器时，需要严格遵守以下规定：1.操作前应将进料阀门完全关闭，并确保所有液体和气体的容器处于关闭状态。
2.在开启进料阀门之前，需要先将反应器内部加热到所需的反应温度，然后温度保持一段时间以确保温度均匀。
3.当进料阀门开启时，必须慢慢释放其内部的压力，以避免过度压力和温度的波动。
4.在进料过程中，应严格监测反应器内部的压力和温度，以避免压力过大或过小，或者温度过高或过低。
5.如需要停止操作，应立即关闭进料阀门并同时切断电源和压力源。
第三部分：应急处理规定在紧急情况下，应采取以下应急处理措施：1.发现异常情况时，应立即关闭进料阀门并向操作主管汇报。
2.在气体泄漏的情况下，应身穿防毒面具并立即切断压力源。
3.在气体泄漏的情况下，应立即向安全总监汇报，并进行相应的应急处理措施，如撤离人员等。
4.在发生火灾或爆炸时，应立即拉响警报器并按照公司应急计划执行。
结论在操作流化床反应器时，必须向操作人员强调操作规定，遵循以上规定可以保证操作的最大安全性和高效性。
同时，操作人员应定期进行技术培训和演习，以进一步降低操作风险。
化学反应工程-24-第八章-流化床反应器
2 ρumf ∆P = Lmf λ ' d S
1 − ε mf ε 3 mf
1.75 d P u mf ρ 150(1 − ε mf + 3 2 3 ϕ S ε mf µ ϕ S ε mf
2
) d
u
2 mf
ϕS dP ρP − ρ 3 = ⋅ ⋅ gε mf ⋯⋯ (3) ρ 1.75
ε mf ：可从相关图形读出（见陈甘棠主编《化学反应工程》，第一版
P257页图7-2-2）； 若该值不知道，则可近似地取： 1 − ε mf 1 ， 2 3 ≅ 11 ≅ 14 3
ϕ S ε mf
ϕ S ε mf
u
2 mf
d P (ρ P − ρ ) = g ⋯⋯ (3') 24.5 ρ
Re P > 1000 时：
2、带出速度ut 、带出速度 ⑴两种曳力——表面和形体曳力 两种曳力 表面和形体曳力 当流体以速度u绕过一静止颗粒，流体作用于颗粒表面上任 何一点的力可分解为与表面相切及垂直的两个分力，即剪应 力τW和压强P。
在颗粒表面上任取一微元面积dA，作用于其上的剪力为τWdA、压力 为pdA，设所取微元面积与流动方向成夹角α，则剪力在流动方向上 的分力为τWdAsinα。 则表面曳力： 表面曳力：
∫τ
A
W
sin αdA
同样压力pdA在流动方向上的分力为pdAcosα，将此力 在整个颗粒表面积分可得：
∫ P cosαdA = ∫ Γ cosαdA − ∫
⑵沟流 若床层直径大，由于颗粒堆积不匀或气体初始分布不良，可 能在床层内局部地方形成沟流，此时大量气体经过沟流区域上 升，其余部分则未被流化仍处于固定床状态。
流化床反应器操作与控制
• 对象和类 • 关联和链 • 层次结构
动态模型
• 动态模型是与时间和变化有关的系统性质。该模型描述了系统的 控制结构，它表示了瞬间的、行为化的系统控制。它关心的是系 统的控制、操作的执行顺序，它从对象的事件和状态的角度出发， 表现了对象的相互行为。
面向对象的模型
• 模型是对实体的特征和变化规律的一种表示或抽象，即把对象实 体通过适当的过滤，用适当的表现规则描绘出的模仿品。该模型 主要关心系统中对象的结构、属性和操作，它是分析阶段三个模 型的核心，是其他两个模型的框架。
• 在面向对象的开发中，有对象模型、动态模型和功能模型这三种 常用模型。
对象模型
面向对象的设计
• 面向对象的设计（Object Oriented Design，OOD），是根据OOA中 确定的类和对象，设计软件系统，以作为面向对象的编程的基础。 整个设计过程分为系统设计和对象设计。
• 系统设计过程包括：
• 系统分解 • 确定并发性 • 设计人机交互子系统 • 设计任务管理子系统 • 设计数据管理子系统
• 这些定义蕴含了类层次的存在，父类的属性和操作被子类继承， 而子类也可以加入自己“私有的”属性和方法。
属性
• 属性依附于类和对象，并且以某种方式描述类或对象。 Champeaux及其同事给出了如下的关于属性的讨论：
• 现实的实体经常用指明其稳定特性的词来描述。大多数物理对象 具有形状、重量、颜色和材料类型等特性；人具有生日、父母、 名字、肤色等特性，特性可被视为在类和某确定域之间的二元关 系。
流化床反应器的操作与控制—流化床反应器的操作与控制
• 任务描述 : 在仿真实训室进行对高抗冲击共聚物的HIMONT聚丙烯生产本体聚合装置的流化
床反应器工艺进行实际操作与控制。 要求： （1）能掌握工艺原理及流程； （2）能编写操作规程； （3）能进行开、停车操作 （4）对关键工艺参数进行调节； 2．分析与思考 分析操作过程中出现的异常现象的原因与解决方案
干态运行开车
旨在聚合物进入之前，共聚集反应系统具备合适的单体浓度，另外通过该 步骤也可以在实际工艺条件下，预先对仪表进行操作和调节。
共聚反应物的开车
(1)确认系统温度TC451维持在70度左右。 (2)当系统压力升至1.2Mpa（表）时，开大HC403开度在40%和LV401在20-
25%，以维持流态化。 (3)打开来自D-301的聚合物进料阀。 (4)停低压加热蒸汽，关闭HV451。
稳定状态的过渡
• 反应器的液位 • 反应器压力和气相组成控制
正常操作
停车操作
降反应器料位 关闭乙烯进料，保压 关丙烯及氢气进料 氮气吹扫
事故设置
1、泵P401停 2、压缩机C-401停 3、丙烯进料停 4、乙烯进料停 5、D301供料停
流化床中常见异常现象
• 沟流
流化床中常见异常现象
• 大气泡 流化床中生成的气泡在上升过程中不断合并和长大，直到床面破裂，若
大气泡很多，床层波动大，操作不稳定。
• 腾涌 在大气泡状态下继续增大气速，当气泡直径大到与床层直径相等时，将
床层分为几段，变成一段气泡一段颗粒的相互间隔状态。
总结评价
• 学生分组回报操作过程的心得 • 仿真软件实训成绩 • 自评、互评 • 教师教师评价、给工作成绩
应用化工技术专业《流化床反应器的操作和日常维护》
流化床反响器的操作和日常维护2.6.1 流化床反响器的操作流化床反响器最早用于煤造气，后来在石油加工、矿石焙烧等方面得到广泛应用。
按气固物料在反响中所起的作用，可分为催化反响和非催化反响。
不管是何种反响，其运行与操作都是通过优化工艺条件，提高转化率和产品质量。
本节以流化床催化反响器为例介绍流化床反响器的操作。
对于一般的流化床反响器，需要控制和测量的参数主要有颗粒粒度、颗粒组成、床层压力和温度、流量等。
这些参数的控制除了受到所进行的化学反响的限制外，还受到流态化要求的影响。
实际操作中是通过安装在反响器上的各种测量仪表来了解流化床中的各项指标，以便采取正确的控制步骤到达反响器的正常工作。
1.颗粒粒度和组成的控制流化床操作中，颗粒粒度和组成对流态化质量以及化学反响转化率有重要影响。
下面介绍一种简便而常用的控制粒度和组成的方法。
比方在氨氧化制丙烯腈的反响器内，采用的催化剂粒度和组成中，为了保持<44mμ的“关键组分〔即对流态化质量起关键作用的较小粒度的颗粒。
〕〞粒子在202140％之间，在反响器上安装了一个“造粉器〞，当取样分析发现床层内<44mμ的粒子小于12％时，就启动造粉器。
造粉器实际上就是一个简单的气流喷枪，它是用压缩空气以大于300m/s的流速喷入床层，粘结的催化剂粒子即被粉碎，从而增加了小于44μm粒子的含量。
在造粉过程中，要不断从反响器中取出固体颗粒样品，进行粒度和含量的分析，直到细粉含量到达要求为止。
流化床正常运转中，从床层取固体颗粒样品，虽然简单，但又要特别注意并且妥善处理好。
如图2-31所示的是王尊孝提出的取样器。
在平时，锥形活动堵头3是关闭的，阀6是开启的，取样器本体内充满了压力高于床层内压力的枯燥空气，以防止反响产物渗入取样器内，造成启动时的困难〔例如苯酐反响器，当温度低于150℃时，苯酐呈液体析出；当温度低于130.8℃时，苯酐变成固体，如果没有反吹气，取样器将因苯酐冻结而堵死〕。
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1．流化床层高度(浓相段高度)h1 2．分离段高度h’2 3．扩大段高度h”2 4．锥底部分高度h3 流化床总高度
h=h1+h’2+h”2+h3
（一）颗粒粒度和组成的控制 （二）压力的测量与控制 （三）温度的测量与控制 （四）流量控制 （五）开停车及防止事故的发生
• 对流态化质量和化学反应转化率有重要影响。 • 氨氧化制丙烯腈的反应器： • 要求粒径小于44μm的“关键组分”粒子占20%-40%， • 措施：安装 “造粉器”。 • 造粉：当发现床层内粒径小于44μm的粒子小于12%时，就启动造粉
两种流态化Δp与u的关系
3、不正常流态化
沟流
现象：操作速度大于临
界流化速度时，床层内
只形成一条或几条狭窄
的通道，大部分床层仍 处于固定床阶段。
处理方 法：预先
后果：床层中气固接触 不均匀，产生死床，降 低了设备的生产能力。
干燥物料 并适当加 大气速， 在床内加
内部原构因件分析：颗粒粒度小，潮湿且
及改易善黏分结；气流速度小；气体分布
布板板结设构计不完善，通气孔数少。
大气泡和腾涌
现象：聚式流化床中生成的气泡在上
升中不断碰撞合并而增大，至接近
容器直径，床内物料呈活塞状向处上理方法：在床内加
运动，床层被分成几段。当到设达内某部构件，以防止大
一高度时，气泡破裂，颗粒层气也泡随的产生，或在可能
之崩裂，颗粒层被崩离床层，的然情后况下减小气速和床
条形侧缝分布板
直孔泡帽分布板
锥型侧孔分布板
锥型侧缝分布板
锥型侧缝分 布板
作用：改善流化操作质量 （1）减少气体返混； （2）使气泡破碎，增强气固相间接触； （3）降低流化床层的高度，减少颗粒的带出。
工业上气速较低时，可选用金属丝挡网。一般用挡板。
缺点：颗粒沿床 高产生分级， 床层纵向的温 度梯度增大， 颗粒的磨损也 增大。
作用：回收细粒 形式：设置分离段
设置收尘器 旋风分离器、过滤管
流化床外换热器：夹套 流化床内换热器：控温、不妨碍流化
① 列管式换热器：单管式和套管式 ② 管束式换热器：直列和横列 ③ 鼠笼式换热器 ④ 蛇管式换热器
列管式换热器：单管式
三、流化床反应器的床型
四、流化床反应器主体尺寸的确定
对于实验室规模的装置，常用U型管压 力计，通常压力计的插口需配置过滤器， 以防止粉尘进入U型管。工业装置上采 用带吹扫气的金属管作测压管。测压管 直径一般为12-25. 4 mm ，为了确保 管线不漏气，所有丝接的部位最后都是 焊接的，同时也要确保阀门不漏气。
➢一 、流态化现象 ➢二、流化床反应器的基本结构 ➢三、流化床反应器的床型 ➢四、流化床反应器主体尺寸的确定 ➢五、流化床反应器的操作指导 ➢六、仿真实训工艺流程
一、流态化现象
• 定义：
使固体颗粒悬浮于流动的流体中，并使整个系 统具有类似流体的性质。
• 适用范围：
催化反应、颗粒物料燃烧汽化、干燥、焙烧以 及输送等过程。
落下。
层高径比
后果：气固接触不良，降低设备生产 能力，增加颗粒的磨损和带出，甚 至能造成床内部构件损坏。
原因分析：床层高径比比较大；颗粒 粒度大，气流速度较高。
二、流化床反应器的操作维护知识
2、流化床反应器的基本结构 P131、P135
动画
• 结构
浓相段 稀相段 扩大段 锥底
壳体 气体分布装置
• 构成 换热装置
1、流态化的形成
操作速度
驼峰 降速时
umf
ut
实际生产中，通常采用的操作气速在0.15～0.5m/s。对热
效应不大、反应速率慢、催化剂粒度小、筛分宽、床内无
内部构件和要求催化剂带出量少的情况，宜选用较低气速。
反之，则宜用较高的气速。
流态化的形成过程
流化数
k u0 u mf
流化数一般在1.5～10的范围内，也有高达几十甚至几百的。如制苯酐的流化 数k≥10～40，石油催化裂化k=300～1000。
气固分离装置 内部构件（挡板档网、
气体预分布器）等。
2、流化床反应器的基本结构
1-加料口 2-气固分离装置 3-壳体 4-换热器 5-内部构件 6-卸料口 7-气体分布装置
气体分布装置
包括气体预分布器和气体分布板。其作用是使气体均匀分布，以形成良 好的初始流化条件，同时支承固体颗粒。
• 气体预分布器
• 气体分布板
• 支撑：床层上的固体颗粒不至于漏下 • 分流：使气体分布均匀，造成良好的起始
流化条件 • 导向：抑制气固恶性聚式流态化 • 类型：直孔型、直流型、侧流型、密孔型、填
充型、短管式分布板以及多管式气流分布器等
(1)直孔型分布板
(3)侧流型分布板
泡帽侧缝分布板
泡帽侧孔分布板
①流化床直径的计算 ②流化床高度的确定
D 4qv u0
扩大段 稀相Байду номын сангаас（分离段） 浓相段
锥底
Dd
4 q vd ut
式中 D——反应器直径，m；
qv——操作条件下的气体体积流量，m3/s；
u0——操作空床气速，m/s。
流化床基本结构
• 结构
浓相段 稀相段 扩大段 锥底
• 构成
壳体 气体分布装置 换热装置 气固分离装置 内部构件（挡板档网、
器。造粉器实际上就是一个简单的气流喷枪。它是用压缩空气以大于 300m/s的流速喷入床层，黏结的催化剂粒子即被粉碎，从而增加了粒 径小于44μm离子的含量。
• 检测：在造粉过程中，要不断从反应器中取出固体颗粒样品，进行粒 度和含量的分析，直到细粉含量达到要求为止。
了解流化床各部位是否正常工作较直观 的方法
项目二 气固相反应器选型与操作
任务2-4
流化床反应器操作指导
主讲人：杨艳玲
固定床反应器
固定床反应器： ① 床层温度难以控制，热效应大的反应难
以防止局部过热； ② 固体物料或催化剂的更换或高温下输送
较难。
最高温度
温度
请关注：
➢什么是流化床反应器？ ➢流化床反应器的特点？ ➢流化床反应器的结构？
请关注：
2、实际流态化现象
散式流态化（液固系统）：固体颗粒均匀分散在液体中，颗粒 间无显著的干扰，有一稳定的上界面。——理想流态化
聚式流态化（气固系统）：极不稳定的沸腾床，处于流态化 的颗粒群是连续的，称连续相，气泡是分散的，叫分散相。 在床层的空穴处，气体涌向空穴，流速增大，并夹带少量颗 粒以气泡的形式不连续地通过床层，在上升时逐渐长大、合 并或破裂，使床层极不稳定、极不均匀。