流化床反应器的结构

固定床、移动床、流化床反应器，这三种反应器被誉为是工业生产中不可或缺的重要设备。

它们虽然都是制造工业生产中的设备，但它们各有所长，各有其优缺点。

一、首先，“床”指的是什么？大量固体颗粒堆积在一起，便形成了具有一定高度的颗粒床层，这就是名称里的"床"。

这些固体颗粒可以是反应物，也可以是催化剂。

二、如何区分固定床、移动床、流化床反应器如果这个颗粒床层是固定不动的，就叫固定床。

如果这个颗粒床层是整体移动的，固体颗粒自顶部连续加入，又从底部卸出，颗粒相互之间没有相对运动，而是以一个整体的状态移动，叫做移动床。

当流体（气体或液体）通过颗粒床层时，进行反应。

如果将流体通过床层的速度提高到一定数值，固体颗粒已经不能维持不变的状态，全部悬浮于流体之中，固体颗粒之间进行的是无规则运动，整个固体颗粒的床层，可以像流体一样流动，这即是流动床。

下面，小七为大家详细的介绍这三种反应器。

三、固定床反应器又称填充床反应器，内部装填有固体催化剂或固体反应物，以实现多相反应。

固体物通常呈颗粒状，堆积成一定高度（或厚度）的床层，床层静止不动，流体通过床层进行反应。

固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。

用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。

涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。

1、优点•催化剂机械磨损小。

•床层内流体的流动接近于平推流，与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。

•由于停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和转化率。

•可在高温高压下操作。

2、缺点•固定床中的传热较差。

•催化剂的再生、更换均不方便，催化剂的更换必须停产进行。

•不能使用细粒催化剂，但固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。

目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。

四种反应器形式比较一、固定床反应器（一）概念凡是流体通过不动的固体物料形成的床层面进行反应的设备都称为固定床反应器。

而其中尤以利用气态的反应物料，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在化工生产中应用最为广泛。

例如石油炼制工业中的加氢裂化、歧化、异构化、加氢精制等；无机化学工业中的合成氨、硫酸、天然气转化等；有机化学工业中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙烯水合制乙醇、乙苯脱氧制苯乙烯、苯加氢制环己烷等。

（二）特点结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优点，是现代化工和反应中应用很广泛的反应器。

1、优点主要表现在以下几个方面：1）在生产操作中，除床层极薄和气体流速很低的特殊情况外，床层内气体的流动皆可看成是理想置换流动，因此在化学反应速度较快，在完成同样生产能力时，所需要的催化剂用量和反应器体积较小。

2）气体停留时间可以严格控制，温度分布可以调节，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性。

3）催化剂不易磨损，可以较长时间连续使用。

4）适宜于高温高压条件下操作。

2、由于固体催化剂在床层中静止不动，相应地产生一些缺点：1）催化剂载体往往导热性不良，气体流速受压降限制又不能太大，导致床层中传热性能较差，也给温度控制带来困难。

对于放热反应，在换热式反应器的入口处，因为反应物浓度较高，反应速度较快，放出的热量往往来不及移走，而使物料温度升高，这又促使反应以更快的速度进行，放出更多的热量，物料温度继续升高，直到反应物浓度降低，反应速度减慢，传热速度超过了反应速度时，温度才逐渐下降。

所以在放热反应时，通常在换热式反应器的轴向存在一个最高的温度点，称为“热点”。

如设计或操作不当，则在强放热反应时，床内热点温度会超过工艺允许的最高温度，甚至失去控制而出现“飞温”。

此时，对反应的选择性、催化剂的活性和寿命、设备的强度等均极不利。

2）不能使用细粒催化剂，否则流体阻力增大，破坏了正常操作，所以催化剂的活性内表面得不到充分利用。

聚乙烯生产装置中流化床反应器的应用分析摘要：对于聚乙烯化工生产来讲，流化床反应器是其生产反应系统中至关重要的设备。

流化床反应器主要是借助气体或流体经过颗粒状固体层，进而使其固体颗粒得以保持悬浮运动，再将其通过气固相反应或液固相反就等过程的反应器。

本文主要围绕聚乙烯生产装置中流化床反应器展开研究与分析。

关键词：流化床；反应器；聚乙烯；过程前言在现代工业早期，流化床反应器主要在粉煤气化的温克勒炉中进行应用，随着现代流化反应技术的进一步深入发展和进步，现阶段的化工、石油、冶金及核工业等领域中也得到了较多的应用，且取得良好应用效果。

在聚乙烯生产装置中流化床反应器是极为重要的一种设备。

一、流化床反应器分类与结构从流化床反应器的应用上可以将其划分为两种不同的类型，一是固体为主要加工对象，比如焙烧矿石也叫做固相加工过程；二是液体为主要加工对象，比如石油催化裂化和酶反应过程等也叫做液体相加工过程。

流化床反应器主要有两种结构形式，一种是既有固体物料连续进料装置又有其出料装置，主要适用固相加工和催化剂迅速失活液体相加工等过程。

如催化裂化过程中催化剂通常会在极短时间内明显失活，同时逐渐分离后再生。

另一种是既没有固体物料连续进料装置也没能出料装置的结构，主要适用在固体颗粒性状在长时间内不会出现明显变化的反应中。

就目前来看，细颗粒和高气速湍流流化床和高速没文化床在工业上已经得到了较为广泛的应用。

当气速大于颗粒夹带速度环境下，以固体循环使床层得以维持，但因气固两相接触得到了强化，使相际传质阻力增大，致使许多固体颗粒被气体夹带出来，这就需要对其土星地分离再循环后才能返回到床层中，可见，其对气固分离有着极高要求。

二、unipo聚乙烯流化床反应系统某unipo TM聚乙烯装置流化床反应系统主要由流化床反应器、产品出料系统、循环气压缩机和冷却器4个工艺设备共同组成。

Unipo1聚乙烯工艺所使用气相流化床反应器，该系统较为简单精致，其与其他使用液相工艺系统有所不同，该工艺设计要相对简单一些，这是因为该工艺不需要对分离、回收溶剂等设备做任何处理。

流化床简介按照床层的外形分类可分为圆筒形和圆锥形流化床。

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。

圆锥形流化床反应器的结构比较复杂，制造比较困难，设备的利用率较低，但因其截面自下而上逐渐扩大，故也具有很多优点： 1、适用于催化剂粒度分布较宽的体系由于床层底部速度大，较大颗粒也能流化，防止了分布板上的阻塞现象，上部速度低，减少了气流对细粒的带出，提高了小颗粒催化剂的利用率，也减轻了气固分离设备的负荷。

这对于在低速下操作的工艺过程可获得较好的流化质量。

2、由于底部速度大，增强了分布板的作用床层底部的速度大，孔隙率也增加，使反应不致过分集中在底部，并且加强了底部的传热过程，故可减少底部过热和烧结现象。

3、适用于气体体积增大的反应过程气泡在床层的上升过程中，随着静压的减少，体积相应增大。

采用锥形床，选择一定的锥角，可适应这种气体体积增大的要求，使流化更趋平稳。

按照床层中是否设置有内部构件分类可分为自由床和限制床。

床层中设置内部构件的称为限制床，未设置内部构件的称为自由床。

设置内部构件的目的在于增进气固接触，减少气体返混，改善气体停留时间分布，提高床层的稳定性，从而使高床层和高流速操作成为可能。

许多流化床反应器都采用挡网、挡板等作为内部构件。

对于反应速度快、延长接触时间不至于产生严重副反应或对于产品要求不严的催化反应过程，则可采用自由床，如石油炼制工业的催化裂化反应器便是典型的一例。

按照反应器内层数的多少分类可分为单层和多层流化床。

对气固相催化反应主要采用单层流化床。

多层式流化床中，气流由下往上通过各段床层，流态化的固体颗粒则沿溢流管从上往下依次流过各层分布板，如用于石灰石焙烧的多层式流化床的结构。

按是否催化反应分类分为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。

以一定的流动速度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是气固相流化床催化反应器，它是气固相催化反应常用的一种反应器。

流化床反应器1. 简介流化床反应器是一种广泛应用于化工领域的反应设备，其特点是颗粒固体在气体流动的作用下呈现流化状态。

流化床反应器具有高传热、高传质、均匀的温度和浓度分布等优点，因此在催化反应、气固反应、气液反应等方面具有重要应用价值。

2. 工作原理流化床反应器由反应器本体、气体分布器、颗粒固体循环器等组成。

在反应器中，气体经过气体分布器均匀地从底部进入反应器，使颗粒固体床呈现流化状态。

底部进入的气体将颗粒固体床推动向上运动，使其呈现明显的液化状态。

在流化床反应器中，颗粒固体的运动状态可以分为床层状态、混合带和床板状态三个区域。

•床层状态：床层状态是指颗粒固体床的顶层，颗粒固体处于相对松散的状态，在底部进气的作用下，床层呈现液化状态，颗粒固体浮在气体流中。

•混合带：混合带是床层状态和床板状态之间的过渡带，颗粒固体在这个区域内的运动状态介于床层状态和床板状态之间。

•床板状态：床板状态是指颗粒固体床的底部，床板上的颗粒固体比较密集，呈现固体状态，床板的作用是支撑颗粒固体床的运动并反应底部进入的气体。

3. 应用领域3.1 催化反应流化床反应器在催化反应方面有着广泛的应用。

其优点是具有较大的接触面积和较高的传质速率，可以提高催化反应的反应速率和转化率。

此外，流化床反应器还具有温度均匀和活性物质的均匀分布等特点，从而有助于提高催化反应的选择性和稳定性。

常见的催化反应包括催化裂化、催化重整、催化加氢等。

3.2 气固反应流化床反应器在气固反应方面也有着重要的应用。

气固反应是指气体与固体之间发生的化学反应。

流化床反应器由于其颗粒固体床的特点，使气体与固体之间的接触充分，从而实现高效的气固反应。

常见的气固反应包括氧化反应、还原反应、氯化反应等。

3.3 气液反应流化床反应器在气液反应方面也有广泛的应用。

气液反应是指气体与液体之间发生的化学反应。

流化床反应器可以通过调节气体和液体的进料速度和浓度，实现气液相的均匀分布和快速混合。

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。

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_______。

流化床反响器的结构流化床反响器的根本结构一般流化床反响器都是由壳体、气体分布板、内部构件〔比方挡板、挡网等〕、内换热器、气固别离装置和固体颗粒参加和卸出装置所组成，如图2－7所示。

该图为一典型圆筒形壳体的流化床反响器示意图:1—壳体； 2—扩大段；3—旋风别离器； 4—进气口；5—换热管；6—物料入口；7—物料出口； 8—气体分布器；9—冷却水进口；10—冷却水出口；11—内部构件图2－7 流化床结构示意图具体部件解释如下：(1) 壳体壳体的作用主要是保证流化过程局限在一定的范围内进行，对于存在强烈的吸热或放热的反响过程，保证热量不散失或少散失，一般壳体由三层组成，由内向外，内层为耐火层，通常由耐火砖构成；中间层为保温层，由耐火纤维和矿渣棉等材料构成；最外层为钢壳，有的在钢壳外还设有保温层。

耐火层和保温层材料的选择和厚度要根据结构设计和传热计算确定，对于常温过程，一般只有一层钢壳即可。

〔2〕气体分布装置包括气体预分布器和气体分布板两局部。

预分布器由外壳和导向板组成〔或其他〕，是连接鼓风设备和分布板的部件。

预分布器的作用是使气体的压力均匀，使气体均匀进入分布板，从而减少气体分布板在均匀分布气体方面的负荷，与分布板相比，预分布器仅仅居于次要地位。

常用气体预分布器的结构形式如图2－7所示。

a 弯管式b 同心圆锥壳式c 帽式d 充填式e 开口式图2-7气体预分布器的结构形式〔3〕内部构件内部构件有水平构件和垂直构件之分，有不同结构形式，挡板和挡网是最常用的形式，主要用来破碎气泡，改善气固接触，减少返混，从而提高反响速率和反响转化率。

大多数反响器设置内部构件，对于自由床〔流化床燃烧器〕那么不设内部构件，床内只有换热管或称为水冷壁和管束。

〔4〕换热装置流化床反响器的换热装置可以装在床层内即床内换热器，也可以使用夹套式换热器，作用是及时移走或供应热量。

〔5〕气固别离装置流化床在运行过程中，由于固体颗粒强烈的扰动，一些细小的颗粒总要随气体溢出流化床外，气固别离装置的作用就是回收这局部细小颗粒使其返回床层，常用的气固别离装置有旋风别离器和内过滤器两种。

流化床反应器简介一、概述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2O世纪2O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4O年代石油催化裂化为代表的。

目前，流化床反应器已在化工、石油、冶金、核工业等部门得到广泛应用。

二、基本流态化现象固定式和临界流化态将一批固体颗粒对方在多孔的分布板上形成床层（图1），使流体自下而上通过床层。

由于流体的流动及其与颗粒表面的摩擦，造成流体通过床层的压力降。

当流体通过床层的表观流速(按床层截面计算的流速)不大时，颗粒之间仍保持静止和互相接触，这种床层称为固定床。

当表观流速增大至起始流化速度时，床层压力降等于单位分布板面积上的颗粒浮重（颗粒的重力减去同体积流体的重力），这时颗粒不再相互支撑，并开始悬浮在流体之中。

进一步提高表观流速，床层随之膨胀，床层压力降近乎不变，但床层中颗粒的运动加剧。

而当流速达到某一限值，床层刚刚能被流体拖动时，床内颗粒就开始流化起来了，这时的流体空床线速称为临界流化速度。

散式流态化和聚式流态化这两种流态化现象，是根据流化床内颗粒和流体的运动状况来区分的。

在散式流态化时，颗粒均匀分布在流体中，并在各方向上作随机运动，床层表面平稳且清晰，床层随流体表观流速的增加而均匀膨胀。

在聚式流态化时，床层内出现组成不同的两个相，即含颗粒甚少的不连续气泡相，以及含颗粒较多的连续乳化相。

乳化相的气固运动状况和空隙率，与起始流化状态相近。

通过床层的流体，部分从乳化相的颗粒间通过，其余以气泡形式通过床层。

增加流体流量时，通过乳化相的气量基本不变，而气泡量相应增加。

气泡在分布板上生成，在上升过程中长大；小气泡会合并成大气泡；大气泡也会破裂成小气泡。

气泡上升至床面时破裂，使床面频繁地波动起伏，同时将一部分固体颗粒抛撒到界面以上，形成一个含固体颗粒较少的稀相区；与此相对应，床面以下的床层称为浓相区。