应用化工技术专业《流化床反应器的不正常现象》
应用化工技术专业《流化床反应器的分类》
流化床反响器的分类1固体颗粒是否在系统内循环分为非循环操作的流化床〔单器［和循环操作的流化床其结 构如图2-11〔双器〕。
单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响过程，如丙烯氨化氧化反 响器、乙烯氧化反响器和蔡氧化制苯酐反响器等，其结构如图2 一8,图2 — 9、2-10。
双器流化床多用于催化剂寿命较短容易 再生的气固催化反响过程，如石油加工过程中的催化裂化装置， 采用硅铝催化剂完成反响，其结构如图3 — 10。
重油在催化剂上 裂解获得轻质油和气态烃，同时发生结焦反响，这些焦炭沉积在 催化剂的外表，使得催化剂失去活性，催化裂化过程不能继续， 必须将沉积在催化剂外表上的焦炭烧去，此烧焦过程在再生器中 进行，焦炭燃烧时放出的热量加热了催化剂颗粒，再生后的催化 剂带着显热为裂化过程提供所需的热量。
催化剂在反响器和再生 器间循环，是靠控制两器的密度差形成压差实现的。
催化剂在两 向流动，同时 反响和再生烧 过程。
&三级料腿 一二级料腿 一一吸料腿一冷却水管「-气体分散管 4气体分布板 一空气入口器间的定量定也完成了催化 焦的连续操作三级旋风—际由气体出口图2-8丙烯氨化氧化反响器图2-9乙烯氧化反响器图2-10蔡氧化反响器原料油与雾化蒸气进口图2-11催化裂化反响装置〔双器流化床）反应产物新催化制加料口—油热油乙焕醋酸混合气图2-12乙炔与醋酸合成醋酸乙烯反响器诽料进料预热燃烧空气预热空气―图2-13石灰石锻烧炉2床层外形分为圆筒形和圆锥形流化床。
圆筒形流化床反响器如图2—9 所示，结构简单，制造容易，设备容积利用率高。
圆锥形流化床如图2-12所示，结构比拟复杂，制造比拟困难，设备利用率较低，但因为其截面自下而上逐渐扩大，所以也具有很多优点：〔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，也减轻了气固别离设备的负荷。
2017年 7 月中央电大专科《化学反应过程及设备》期末考试题及答案
2017年 7 月中央电大专科《化学反应过程及设备》期末考试题及答案说明：试卷号：2629课程代码：02438适用专业及学历层次：应用化工技术；专科考试：形考（纸质、比例30%）；终考（纸考、比例70%）一、判断题1．液体在搅拌器作用下，在设备内的流动有两个方向，即轴向和径向。
(错)2．除非特殊说明，催化剂在使用之前不需要进行活化。
(错)3．对于平行反应，转化率越大则主产物生成的量越大。
(错)4．影响气含率的因素主要有设备结构、物性参数和操作条件等。
(对)5．流化床的内部构件一般设置在稀相段。
(错)二、名词解释6．反应器优化：是指将反应特点和反应器特点综合起来考虑，以使过程最为经济。
7．均相反应：是指在均一的液相或气相中进行的反应。
8．空隙率：是指催化剂颗粒的微孔体积占整个催化剂颗粒体积的分率。
9．含气率：是指气液混合物中气体所占的体积分率。
三、填空题10.催化剂的中毒分和两类。
暂时性中毒永久性中毒11.固定床反应器主要分为和两类。
绝热式换热式12.降低返混程度的措施主要是对设备进行分割。
分和两种，常用的是分割。
横向纵向横向13.化学反应过程及设备的研究方法主要有、和。
传统研究方法解析法模型法14.单一反应是指。
反应器内只进行一个不可逆的反应15.催化剂的密度有三种，即、和。
真密度假密度堆积密度16．釜式反应器常用的传热方式有和两种。
夹套蛇管17．可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时的状态称状态。
平衡18. 一级反应所需的反应时间仅与有关，而与无关。
转化率初始浓度19.当聚式流化不正常时，有两种状态，即为、。
沟流大气泡和腾涌20.反应级数是指动力学方程中。
浓度项的幂数四、简答题21．在流化床反应器中，气体分布装置的作用有哪些？参考答案：气体分布装置是保证流化床具有良好而稳定的流化状态的重要部件。
气体分布装置的作用有三个：第一，它必须具有均匀分布气体的作用，同时其压降要小；第二，使流化床有一个良好的起始流化状态，保证在分布板附近创造一个良好的气固接触条件，排除形成死床的可能；第三，支撑板上的催化剂，在长期操作过程中，分布板可不被堵塞和磨蚀，而且停车时不漏料。
应用化工技术专业《流化床反应器的不正常现象》
流化床反响器的不正常现象不正常现象在流化床反响器的日常操作与维护中，要重点防止异常现象的发生，下面介绍常见的异常现象：1.沟流现象沟流现象的特征是气体通过床层时形成短路，气体通过床层时，其气速超过了临界流化速度，但床层并不流化，而是大量的气体短路通过床层，床层内形成一条狭窄的通道，此时大局部床层那么处于静止状态，如图2-33所示。
沟流有两种情况，〔a〕图所示的贯穿沟流和〔b〕图所示的局部沟流。
沟流仅发生在局部，成为局部沟流；如果沟流贯穿整个床层，称为贯穿沟流。
沟流现象发生时，大局部气体没有与固体颗粒很好接触就通过了床层，这在催化反响时会引起催化反响的转化率降低。
由于局部颗粒没有流化或流化不好，造成床层温度不均匀，从而引起催化剂的烧结，降低催化剂的寿命和效率。
因为沟流时局部床层为死床，不悬浮在气流中，故在△P-u图上反映出△P始终低于理论值W/A，如图2-34所示。
〔a〕〔b〕图2-33 流化床中的沟流现象图2-34 沟流时△P-u的关系〔a〕贯穿沟流；〔b〕局部沟流沟流现象产生的原因主要与颗粒特性和气体分布板的结构有关。
以下几种情况尤其容易产生沟流：颗粒的粒度很细〔粒径小于40m〕、密度大且气速很低时；潮湿的物料和易于粘结的物料；气体分布板设计不好，布气不均，通气孔太少或各个风帽阻力大小差异较大。
要消除沟流，可适当加大气速、对物料预先进行枯燥，另外分布板的合理设计也是十分重要的。
还应注意风帽的制造、加工和安装，以免通过风帽的流体阻力相差过大而造成布气不均。
2.大气泡现象流化床中生成的气泡在上升过程中不断集合长大，直到床面破裂是正常现象。
但是如果床层中大气泡很多，由于气泡不断搅动和破裂，床层波动大，操作不稳定，气固间接触不好，就会使气固反响效率降低，这种现象称为大气泡现象，应力求防止。
通常床层较高，气速较大时容易产生大气泡现象。
在床层内加设内部构件可以防止产生大气泡，促使平稳流化。
3.腾涌现象腾涌现象，就是在大气泡状态下继续增大气速，当气泡直径大到与床径相等时，就会将床层分为几段，变成一段气泡和一段颗粒的相互间隔状态。
流化床反应器操作维护
换热器是保证稳定反应温度的重要装置，正常情况下用过调 节加热剂或制冷剂的流量就能保证工艺对温度的要求。但是设备 自身出现故障的话，就必须加以排除。最常用的温度测量办法是 采用标准的热敏元件，如适应各种范围温度测量的热电偶。可以 在流化床的轴向和径向安装这样的热电偶组，测出温度在轴向和 径向的分布数据，再结合压力测量，就可以对流化床反应器的运 行状况有一个全面的了解。
（三）温度的测量与控制
流化床催化反应器的温度控制取决于化学反应的最优反应温 度的要求。一般要求床内温度分布均匀，符合工艺要求的范围。 通过温度测量可以发现过高温度区，进一步判断产生的原因是存 在死区，还是反应过于激烈，或者是换热设备发生故障。通常由 于存在死区造成高温，可及时调整气体流量来改变流化状态，从 而消除死区。如果因为反应过于激烈，可以通过调节反应物流量 或配比加以改变。
小孔板是用1mm厚的不锈钢 或钢板制造的，钻0.64~1.0mm 小孔。为了了解在流态化情况下 的床层高度，可用下式推算：
pC p A l lB pC pB
用同样的取样方式，可以推算旋风分离器料腿内的料柱高度。 就是说，为了随时了解旋风分离器料腿内料柱高度及它的稳定工 作情况，可在料腿上也安装三个测压管，同样要接吹扫风。特别 是在用细颗粒催化剂时，旋风分离系统的设计常常是过程能否成 功的关键，应当特别慎重处理。由于流化床呈脉冲式运动，需要 安装有阻尼的压力指示仪表，如压差计、压力表等。有经验的操 作者常常能通过测压仪表的控制
1.开车准备 准备工作包括：系统中用氮气充压，循环加热氮气，随后用 乙烯对系统进行置换（用乙烯置换系统要进行两次）。这一过程 完成后，系统将准备开始单体开车。 （1）系统氮气充压加热 ①充氮：打开充氮阀，用氮气给反应器系统充压，当系统压 力达0.7MPa（表压）时关闭充氮阀。 ②当氮充压至0.1MPa（表压）时，启动共聚循环气体压缩机， 将导流叶片（HIC402)定在40%。 ③环管充液：启动压缩机后，开进水阀V4030给水罐充液， 开氮封阀V4031。 ④当水罐液位大于10%时，开泵P401入口阀V4032，启动泵 P401，调节泵出口阀V4034至60%开度。
《化工原理I》填空试题2222
一填空牛顿粘性定律的数学表达式为，牛顿粘性定律适用于流体。
（；牛顿）气体的粘度随温度的升高而，水的粘度随温度的升高而。
（增大；减小）气体的粘度随温度的升高而；压力升高液体的粘度将。
（增大；不变）某流体的相对密度（又称比重）为0.8，在SI制中，其密度ρ= ，重度γ= 。
（800kg/m3；7848N/m3）4℃水在SI制中密度为1000kg/m3；重度为；在工程单位制中密度为；重度为。
（9810N/m3；102kgf·s2/m4；1000kgf/m3）油品的比重指数°API越大说明油品的比重越。
（小）处于同一水平面高的流体，维持等压面的条件是，，。
（同一种流体；连续；静止）当地大气压为745mmHg，测得一容器内的绝对压强为350mmHg，则真空度为。
测得另一容器内的表压强为1360mmHg，则其绝对压强为。
（395 mmHg；2105 mmHg）如衡算基准以J/kg表示，柏努利方程可表示为；如用N/m2表示，则柏努利方程为。
（；）经典形式的柏努利方程的应用条件是：、、。
（不可压缩；理想流体；无外功）流体流动的连续性方程是；适用于不可压缩流体流动的连续性方程是。
（u1A1ρ1 = u2A2ρ2；u1A1 = u2A2）判断流体流动方向的依据是。
（各截面上总比能的大小）流体在圆管内作层流流动时，速度分布呈，平均流速为管中心最大流速的。
（抛物线；1/2）雷诺数的物理意义为。
（流体流动时的惯性力与粘性力之比）某流体在圆形直管中做层流流动时，其速度分布是型曲线，其管中心最大速度为平均流速的倍，摩擦系数λ与Re的关系为。
（抛物线；2；λ= 64/Re）当Re为已知时，流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数λ= ，在粗糙管内呈湍流时，摩擦系数λ与和有关。
（64/Re；Re；相对粗糙度）流体在管内做湍流流动时（不是阻力平方区），其摩擦系数λ随和而变。
（Re；相对粗糙度ε/d）某流体在圆形直管中作湍流流动时，其摩擦系数λ主要与有关。
2017年 1 月中央电大专科《化学反应过程及设备》期末考试题及答案
2017年 1 月中央电大专科《化学反应过程及设备》期末考试题及答案说明：试卷号：2629课程代码：02438适用专业及学历层次：应用化工技术；专科考试：形考（纸质、比例30%）；终考（纸考、比例70%）一、判断题1．一般地，生成速率为正，消耗速率为负。
(错)2．对同一催化剂来讲：P。
<PB<PP。
(错)3．级数在一定温度范围内保持不变，它的绝对值不会超过3，但可以是分数，也可以是负数。
(对)4．为了达到反应釜快速开车的目的，应该降低进料的温度，提高进料的流量。
(错)5．对于可逆反应，催化剂在加速正反应的同时，对逆反应无影响。
(错)。
二、名词解释6．热稳定性：是指当反应器受到热扰动后有无自行恢复到原热平衡状态的能力。
7．停留时间：从流体元进入反应器开始计时直到离开反应器为止所经历的时间称为该流体元的停留时间。
8．固定床反应器：流体通过静止的固体物料所形成的床层并进行反应的装置称为固定床反应器。
9．催化剂的比表面积：单位质量催化剂具有的表面积称为比表面积。
三、填空题10.一般可以将催化剂的失活分为、、三类。
老化结焦中毒11．返混是物料在时间上的混合。
逆向12．按床层中是否设置内部构件，流化床反应器可以分为和。
自由床限制床13．反应器的操作方式分、和。
间歇式连续式半连续式14.复杂反应大致可以分为、、和四类。
可逆反应平行反应连串反应自催化反应15.间歇反应器的一个操作周期的时间分两部分，即和反应时间辅助时间16. 一般形状系数越大（即越接近圆球体），空隙率越；颗粒表面越光滑，空隙率越；粒度越小，空隙率越；粒度分布越不均匀（即粒径分布越宽），空隙率越。
小小小小17.液体在搅拌器的作用下，在设备内的流动有三个方向，分别对应、和三种流动形态。
轴向流径向流切线流四、简答题18.简述流化床反应器的优点。
参考答案：流化床反应器具有以下优点：①从对催化剂的要求看，流化床可采用小颗粒且粒度范围较宽的催化剂，从而增大了气固相间的接触面积。
化学反应工程习题及答案二
1. 化学反应过程按操作方法分为_______、______、_______操作。
（分批式操作、连续式操作、半间歇式）2. 反应器的型式主要为（釜）式、（管）式、（塔）式、（固定）床和（流化）床。
3. 理想流动模型是指（平推流）模型和（全混流）模型。
5.间歇釜式反应器有效体积不但与（反应时间）有关，还与（非生产时间）有关。
6. 对于平行反应，提高反应物浓度，有利于（级数高）的反应，降低反应物浓度有利于（级数低）的反应。
化工生产中应用于均相反应过程的化学反应器主要有（釜式）反应器和（管式）反应器。
7. 平行反应AP(主)S(副)均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，选择性S p 与_______无关，仅是_______的函数。
（浓度、温度）主-副大于0，是吸热反应！8. 如果平行反应)()(副主S A P A →→均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，提高选择性P S 应_____。
(提高温度)9.理想反应器是指_______、_______。
[理想混合（完全混合）反应器、平推流（活塞流或挤出流）反应器]8.全混流反应器的返混_______。
（最大） 平推流反应器的返混为_______。
（零）9.对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时为_______反应器，而当β→∞时则相当于_______反应器。
10.反应器物料的停留时间的分布曲线是通过物理示踪法来测定的，根据示踪剂的输入方式不同分为_______、_______、_______。
（脉冲法、阶跃法、周期示踪法）11.平推流管式反应器t t =时，E （t ）=_______。
（∞）12.平推流管式反应器t t ≠时，E （t ）=_______。
（0）13.平推流管式反应器t t ≥时，F （t ）=_______。
（1）14.平推流管式反应器t ＜t 时，F （t ）=_______。
（0）15.平推流管式反应器其E （θ）曲线的方差=2θσ_______。
应用化工技术专业《流化床反应器结构尺寸及反应器压力降的计算》
流化床反响器结构尺寸及反响器压力降的计算流化床的床径与床高是工业流化床反响器的两个主要结构尺寸。
对于工业中的化学反响，尤其是催化反响所用的流化装置，首先要用实验来确定主要反响的本征速率，然后才可选择反响器，结合传递效应建立数学模型。
鉴于模型本身存在不确切性，因此还需要进行中间试验。
这里就非催化气固流化床反响器的直径与床高确实定作简要介绍，有关催化流化床可查阅有关资料。
1. 流化床直径当生产规模确定后，通过物料衡算得出通过床层的总气量Q[m 3〔标〕/h]。
用前面介绍的方法，根据反响要求的温度、压力和气固物性，确定操作气速u ，那么有：5210013.1273360041⨯⨯⨯⨯=P T u D Q R π P u TQ P u Q T D R ⋅⋅=⋅⋅⨯⨯⨯⨯⨯=ππ828.9132.4360027310013.145 〔2-30〕式中 Q ——气体的体积流量，m 3/h ；D R ——反响器直径，m ；T ，P ——反响时的绝对温度〔K 〕和绝对压力〔Pa 〕； u ——以T 、P 计的表观气速，m/s ，一般取1/2床高处的P 进行计算。
为了尽量减少气体中带出的颗粒，一般流化床反响器上部设置扩大段，扩大段直径由不允许吹出粒子的最小颗粒直径来确定。
首先根据物料的物性参数与操作条件计算出此颗粒的自由沉降速度，然后按下式计算出扩大段直径L D 。
013.12733600412P T u D Q t L ⋅⋅⋅⋅=π P u TQD t L ⨯⨯⨯=π828.9013.14〔2-31〕2.流化床床高一台完整的流化床反响器高度包括流化床高度、扩大段高度和别离高度。
而流化床高又包括临界流化床高mf L ，流化床高f L 与别离段高度D L 。
临界流化床高mf L ，也称静止床高D L 。
对于一定的流化床直径和操作气速，必须有一定的静止床高。
对于生产过程，可根据产量要求算出固体颗粒的进料量W P 〔kg/h 〕，然后根据要求的接触时间τ〔h 〕，求出固体物料在反响器内的装载量M 〔kg 〕，继而求出临界流化床时的床高mf L 。
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流化床反响器的不正常现象
不正常现象
在流化床反响器的日常操作与维护中，要重点防止异常现象的发生，下面介绍常见的异常现象：
1.沟流现象
沟流现象的特征是气体通过床层时形成短路，气体通过床层时，其气速超过了临界流化速度，但床层并不流化，而是大量的气体短路通过床层，床层内形成一条狭窄的通道，此时大局部床层那么处于静止状态，如图2-33所示。
沟流有两种情况，〔a〕图所示的贯穿沟流和〔b〕图所示的局部沟流。
沟流仅发生在局部，成为局部沟流；如果沟流贯穿整个床层，称为贯穿沟流。
沟流现象发生时，大局部气体没有与固体颗粒很好接触就通过了床层，这在催化反响时会引起催化反响的转化率降低。
由于局部颗粒没有流化或流化不好，造成床层温度不均匀，从而引起催化剂的烧结，降低催化剂的寿命和效率。
因为沟流时局部床层为死床，不悬浮在气流中，故在△P-u图上反映出△P始终低于理论值W/A，如图2-34所示。
〔a〕〔b〕
图2-33 流化床中的沟流现象图2-34 沟流时△P-u的关系
〔a〕贯穿沟流；〔b〕局部沟流
沟流现象产生的原因主要与颗粒特性和气体分布板的结构有关。
以下几种情况尤其容易产生沟流：颗粒的粒度很细〔粒径小于40m
〕、密度大且气速很低时；潮湿的物料和易于粘结的物料；气体分布板设计不好，布气不均，通气孔太少或各个风帽阻力大小差异较大。
要消除沟流，可适当加大气速、对物料预先进行枯燥，另外分布板的合理设计也是十分重要的。
还应注意风帽的制造、加工和安装，以免通过风帽的流体阻力相差过大而造成布气不均。
2.大气泡现象
流化床中生成的气泡在上升过程中不断集合长大，直到床面破裂是正常现象。
但是如果床层中大气泡很多，由于气泡不断搅动和破裂，床层波动大，操作不稳定，气固间接触不好，就会使气固反响效率降低，这种现象称为大气泡现象，应力求防止。
通常床层较高，气速较大时容易产生大气泡现象。
在床层内加设内部构件可以防止产生大气泡，促使平稳流化。
3.腾涌现象
腾涌现象，就是在大气泡状态下继续增大气速，当气泡直径大到与床径相等时，就会将床层分为几段，变成一段气泡和一段
颗粒的相互间隔状态。
此时颗粒层被气泡像活塞一样向上推动，到达一定高度后气泡破裂，引起局部颗粒的分散下落。
腾涌现象发生时，床层密度不均匀，使气固相的接触不良，严重影响产品的产量和质量，并且器壁磨损加剧，引起设备的振动，容易损坏床内零部件。
一般来说，床层越高、容器直径越小、颗粒越大、气速越高，越容易发生腾涌现象。
在采用高床层、大颗粒时，可以增设挡板以破坏气泡的长大，防止腾涌现象发生。
流化床反响器的日常维护
流化床反响器在日常维护中要特别注意以下常见故障的发生，并做到及时妥善处理已发生的故障。
1、旋风别离器的维护
旋风别离器是气固别离的重要部件，为防止细微粉尘随气体逸出造成严重不良影响，因此要随时注意出料气体是否夹带催化剂颗粒，一旦发生，就要调节进料摩尔比及压力、温度，如果无效要做停车处理。
2、回收催化剂管线的畅通
此管线是回收催化剂的重要通道，不能堵塞，当反响器保温不良、换热器内热水温度低或反响器内产生冷凝水而导致催化剂结块都可能造成管线的堵塞，因此要加强反响器的保温效果，提高换热器内热水温度等以保证回收管线的畅通。
3、换热器换热效果好并密封完好
流化床反响器的优点之一就是传热效率高，为了维持适宜的
反响温度，补充或移走反响热都是通过换热装置完成的，因此换热器传热的好坏对反响顺利进行起着极其重要的作用，必须要保证换热器的良好传热，对换热器要注意清洗、检修或及时更换。
4、分布器或挡板通畅
气体分布器或挡板都是保证流化床反响器实现良好流态化的装置，是流化床的重要构件，一旦分布器或挡板被催化剂堵塞即造成流化质量下降，气固接触不均匀，反响无法正常进行，因而要调整好进料摩尔比以保证良好的流化，如果无效果立即停车清理分布板或挡板。