流化床反应器
化工反应过程之硫化床反应器
积
tm T t
流化床反应器内部构件的计算
套管式换热器： tm tD (t2 t1)
换 热
计算B值： B 1 ( 2T t1 t2 )
2 t2 t1
器
传 热
计算R值： R T2 T1
t2 t1
计算Z值：
Z idi odo
面
积 由R、Z值查图5-31，查出E 计算 t值D
由 E值查图5-32，得到
工艺计算或选用流化床反应器首先是选型，再就 是确定床高和床径、内部构件，并计算压力降等。 工业上应用的流化床反应器大多为圆筒形，因为 它具有结构简单、制造方便、设备利用率高等优 点。除了圆筒形外，还有许多其它结构型式的流 化床。具体选型主要应根据工艺过程的特点来考 虑，即化学反应的特点，颗粒或催化剂的性能， 对产品的要求，以及生产规模。
cf
f
计
算
适用范围：
Re dPu0 f 0.01 ~ 100 f
流化床反应器中的传热
水平换热管
给 当 Re dtu0 f 2000
热
f
系 数 的
0dt
0.66(c f f
)0.3[(dt u0 f
)(
P
1 )(
f
)]0.44
t
f
f
f f
计 算
当 Re dtu0 f 2500
f
0dt 420( c f f )0.3[(dt u0 f )( P )(
不正常 流化现象
大气泡和腾涌现象 特征：气泡在上升过程 中不断汇合长大，当气 泡直径大到与床径相等 时，颗粒层气泡像活塞 一样向上推动，达到一 定高度后气泡破裂，引 起部分颗粒的分散下落 后果:导致气固间接触不 好。原因：床高与床层 直径比较大、颗粒直径 较大、气速较高
流化床反应器
CD 10 1 ,
Re
2 p
CD 0.43,
Re p 0.4 0.4 Re p 500 500 Re p 200000
带出速度
–对球形粒子
ut
d
2 p
(
p
18
)g
,
Re p 0.4
ut
[4 225
( p
)2
g2
1
]3
dp,
0.4 Re p 500
d pumf
[33.72
0.0408
d
3 p
(
p
2
)g 1 ]2
• 对小粒子
umf
d
2 p
(
p
)
g,
1650
Re p 20
• 对大粒子
um2 f
dp(p ) g, 24.5
Re p 1000
• 上述各式中，计算结果需用
Re
p
d pumf
第七章 流化床反应器
流化床中的两相运动 流化床中的传热和传质 流化床反应器的模拟和放大
7.1 流化床中的两相运动
概述 颗粒的流化特性 特征流速 气泡及其行为 分布板与内部构件 乳相动态 颗粒的带出和扬析
一、概述
床层颗粒运动形态
–流体自下而上流过床层，改变流体流速， 床层颗粒的运动形态的变化会有如下几种情 形
• 固定床 • 起始流化 • 散式流化（膨胀床） • 聚式流化（鼓泡床） • 节涌床 • 湍流床 • 气流输送
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
流化床反应器的设计
mf U R =1000p d ep ρμ>mf U R =20p d ep ρμ<应器设计流化床反1 操作工艺参数反应温度为：450℃操作空速为：1~5h -1MTO 成型催化剂选用Sr-SAPO-34催化剂粒径范围为：30～80μm催化剂平均粒径为60μm催化剂颗粒密度为1500kg/m 3催化剂装填密度为 750kg/m 33×（32/14）烯烃的生产要求是35000t/a ，甲醇的量为89385/a 。
2 操作气速当流体流过颗粒床层的阻力等于床层颗粒重量时，床层中的颗粒开始流动起来，此时流体的流速称为起始流化速度，记作U mf 起始流化速度仅与流体和颗粒的物性有关，其计算公式如下式所示：对于的小颗粒()2U 1650p p mf d gρρμ-= （1）对于的大颗粒()1/2d U 24.5p p mf g ρρρ⎡⎤-=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ （2） 式中：d p 为颗粒的平均粒径；ρp ，ρ分别为颗粒和气体的密度；μ为气体的粘度假设颗粒的雷诺数R ep <20，将已知数据代入公式（1），校核雷诺数：将U mf带入弗鲁德准数公式作为判断流化形式的依据散式流化，F rmfrmf代入已知数据求得根据判别式可知流化形式为散式流化。
床内流体的速度等于颗粒在流体中的自由沉降速度（即颗粒的重力等于流体对颗粒的曳力）时，颗粒开始从床内带出，此时流体的速度成为颗粒的带出速度U t其最大气速不能超过床层最小颗粒的带出速度U t，其计算公式如下式所示：当UR=0.4dp tepρμ<时，2U18d gp ptρρμ⎛⎫-⎪⎝⎭=（3）当U0.4<R=500dp tepρμ<时，221/34U d225gpt pρρρμ⎡⎤⎛⎫-⎪⎢⎥⎝⎭⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦（4）当UR=500dp tepρμ>时，1/23.1dUgp ptρρρ⎡⎤⎛⎫-⎪⎢⎥⎝⎭=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦（5）流化床正常操作时不希望夹带，床内的最大气速不能超过床层平均粒径颗粒的带出速度U t，因此用d p=60μm计算带出速度。
流化床反应器（1）
1 气固流化床设计基础数据流化床反应器的操作工艺参数为：反应温度为400 ℃，反应压力为 0.3 MPa (绝压)，甲醇操作空速为 1～51h -。
MTO 成型催化剂粒径范围为50～140μm ，平均粒径为 80μm 。
颗粒密度为 1200 kg/m3，堆密度为 700 kg/m3。
甲醇在400℃下的粘度根据常压下气体粘度共线图查得为 0.021m Pa.s ，甲醇 400℃下的密度根据理想气体状态方程估算为 1.715kg/m3。
甲醇原料中水含量为 1%。
流化床催化反应器主要包括以下几个组成部分：反应器壳体尺寸、气体分布装置、换热装置、气固分离装置、内部构件、以及催化剂颗粒的加入和卸出装置。
MTO 反应为放热反应，工业装置中为避免反应器床层温度过高，需设置内取热或外取热器，由于小型固定流化床反应器尺度较小，散热效应较大，应考虑在反应器外设置加热炉保持 MTO 反应温度恒定，不必设置取热器。
我们在确定了操作条件（T ：400 ℃，P ：0.3 MPa ）、反应器内气体原料和固体催化剂物化性质的条件下，计算了催化剂装填量、操作气速和反应器主体尺寸，并对气体分布器、气固分离装置和催化剂加卸料口的设置进行了简要介绍。
2 操作气速2.1 最小流化速度计算当流体流过颗粒床层的阻力等于床层颗粒重量时，床层中的颗粒开始流动起来，此时流体的流速称为起始流化速度，记作mf U 。
起始流化速度仅与流体和颗粒的物性有关，其计算公式如下式所示： 对于p mf ep d U R ρμ=20<的小颗粒2()1650p p mf d gU ρρμ-= （1） 对于1000p mf ep d U R ρμ=>的大颗粒1/2()[]24.5p p mf d gU ρρρ-= （2）式中： p d 为颗粒的平均粒径；.p ρρ分别为颗粒和气体的密度； μ为气体的粘度。
本流化床雷诺数：ep R <20将已知数据代入公式（1），25235()(810)(1200 1.715) 2.210/16501650(2.110)p p mf d gU m s ρρμ----⨯⨯-===⨯⨯⨯558100.0022 1.715202.110p mf ep d U R ρμ--⨯⨯⨯==<⨯ 将mf U 代入弗鲁德准数公式 2mf mf p U F d g =作为判断流化形式的依据。
流化床反应器生产工艺流程
流化床反应器生产工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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流化床反应器简介
流化床分类： 散式流化床聚Biblioteka 流化床液固流化为 散式流化
颗粒与流体之间的密度差是它们的主要 区别
气固流化为 聚式流化
散式流化床
以气泡形式夹带少量颗粒穿过床
层向上运动的不连续的气泡称为 气泡相
图1-1 流化床的模型
聚式流化床
颗粒浓度与空隙率分布 较为均匀且接近初始流 态化状态的连续相，称 为乳化相。
旋风分离器
塞阀
图1-4 塞阀的剖视图
翼阀
翼阀的作用：就是避免由于这 一压差的存在而使催化剂由料 腿倒窜。正常的情况下，翼阀 的翼板和阀座处于良好密阀的 状态。当料腿内的催化剂量蓄 积到料腿内的静压超过旋风器 的压降，以及翼阀上方床层静 压及找开翼阀所需压力这三者 之和时，翼阀及时自行打开， 料腿内的催化剂流入床层。若 料腿内的静压低于上述三者压 力之和时，翼阀自行关闭，防 止催化剂倒窜。
• 分布器 • 换热器 • 旋风分离器 • 塞阀 • 翼阀
分布器
图1-3-1平板型分布板
图1-3-2 拱型分布板
分布器的作用
• 气体分布器是流化床反应器的一个重要的 构件，气体分布器位于流化床底部
• 支撑全部催化剂颗粒，其作用是将反应气 体均匀地送入流化床
• 保证良好的起始流化条件和稳定操作状态， 其引发流化，维持床层颗粒连续运动和均 匀分布气体的作用。
气-固流化床反应器结构
气体 料锁
加料口 换热介质
循环管 换热介质 固体粒子
……….. ………. ..
气体
旋风分离器 壳体
内部构件 换热器 卸料口 气体分布板 预分布器
3
主体设备
壳 体 壳体 主要是保证流化过程局限在一定范围内 进行，对于存在有强烈放热或吸热过程， 保证热量不散失或少散失。
流化床反应器的结构
包括档网、档板和填充物等。
作用：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 而增加反应速度和提高转化率。
挡板
（四）换热装置
套管式换热器
蛇管式换热器
横排管束换热器
（五）气固分离器
作用：回收上升气流中不仅带的细粒和粉尘， 并避免带出的粉尘影响产品的纯度。
流化床反应器的床型
工业生产中常见流化床反应器形式
流化床反应器的分类
流化床反应器类型 (1) 双器流化床 (2) 圆筒形 (3) 圆锥形
流化床反应器床型
流化床反应器的结构
1-加料口； 2-旋风分离器； 3-壳体； 4-换热器； 5-内部构件； 6-卸料口； 7-气体分布版
流 化 床 结 构
流化床反应器的结构
练一练
比较圆筒式流化床、锥式流化床和双体 流化床的不同点。
流化床催化反应的特点
优点： ① 压降低，压降稳定。 ② 传热效果好，而且床层温度均匀一致，便于 调节和控制温度。 ③ 颗粒粒度较固体床小，表面积大，加之气固 不断地运动，有利于传热和传质。 ④ 颗粒平稳流动，加入或卸出床层方便，有利 于催化剂的再生，易于实现连续化和自动化 操作。
流化床催化反应的特点
缺点： ① 床层内气体的返混，从而降低了反应的转 化率 ② 流化固体颗粒剧烈碰撞，造成催化剂的磨 损和粉碎，以及颗粒对设备的磨蚀。
小结
1. 流化床反应器的基本结构；
2．常见的流化床反应器的床型； 3. 流化床催化反应的优缺点。
作业布置
1.流化床反应器的基本结构包括哪几部分，各 部分的作用是什么？ 2.常见的流化床反应器的床型有哪几种？ 3、与固定床反应器比较流化床催化反应的优点 是什么？ 4、流化床催化反应的缺点是什么?
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流化床反应器
流化床反应器是一种在化学反应或固体催化反应中广泛应
用的特殊反应器。
它采用一种称为流化床的技术，通过在
床层中通入气体或液体以使颗粒物质悬浮和流动。
流化床
反应器具有以下特点：
1. 高传质和传热效率：由于颗粒物质在床层中悬浮和流动，流化床反应器能够实现反应物质与催化剂或固体颗粒的充
分接触，从而提高传质和传热效率。
2. 反应条件易于控制：通过调节床层中的气体或液体速度、温度和压力等参数，可以精确控制反应条件，以实现特定
的反应效果。
3. 高催化活性：流化床反应器中的催化剂颗粒可以均匀悬
浮在床层中，不会发生聚集或堵塞现象，从而保证催化剂
的活性和稳定性。
4. 高载体利用率：由于颗粒物质在床层中悬浮和流动，催
化剂的载体利用率较高，不会出现局部堵塞现象。
5. 反应器结构简单：流化床反应器的结构相对简单，易于
操作和维护。
流化床反应器在许多领域中应用广泛，例如石油化工、化
学工程、环保等领域。
它被用于各种气相、液相和固相反应，例如氢化反应、氧化反应、催化裂化、流化床燃烧等。