循环流化床催化反应器的设计及应用

催化裂化装置反应再生及分馏系统工艺设计方案催化裂化装置是石油加工中重要的生产设备之一，可以将重油分解成轻质石油产品，是石油化工行业中重要的石油加工工艺。

催化裂化装置反应再生及分馏系统是催化裂化装置中关键的工艺部分，其设计方案对于催化裂化装置的运行效率起着至关重要的作用。

本文将对催化裂化装置反应再生及分馏系统工艺设计方案进行详细的讨论。

一、反应系统设计方案1.反应器类型：催化裂化装置反应器主要有固定床反应器和流化床反应器两种类型。

固定床反应器适用于生产规模较小的装置，具有投资成本低、操作稳定的优点；而流化床反应器适用于大型装置，具有热传递效率高、活性热阻小的优点。

2.反应器温度和压力：催化裂化反应需要在一定的温度和压力下进行，反应温度要保持在适宜的范围内，以保证反应的高效进行。

反应压力的选择要考虑反应器的强度和催化剂的稳定性。

3.反应催化剂选择：选择合适的反应催化剂是反应系统设计的关键之一、催化裂化反应中常用的催化剂有钌、钼氧化物和钽和小晶粒分子筛等。

选择催化剂时要考虑其稳定性、寿命和性能等因素。

二、再生系统设计方案1.再生气体选择：催化裂化装置再生系统需要使用再生气体来去除催化剂上的积炭物质。

常用的再生气体有空气、氧气和水蒸汽等。

再生气体的选择要综合考虑催化剂的特性和再生设备的技术要求。

2.再生温度和压力：再生温度对催化剂的再生效果有重要影响，要选择合适的再生温度，以保证催化剂的活性能得到有效的恢复。

再生压力的选择要考虑再生设备的设计和操作要求。

3.再生设备选择：再生设备主要有再生炉和再生器两种类型。

再生炉适用于小型装置，具有结构简单、操作方便的优点；再生器适用于大型装置，具有稳定的再生效果和高效的催化剂循环的优点。

三、分馏系统设计方案1.分馏塔类型：催化裂化装置的分馏塔主要有常压塔和减压塔两种类型。

常压塔适用于生产重质油品，具有生产成本低、操作稳定的优点；减压塔适用于生产轻质油品，具有产品质量好、产品收率高的优点。

化学反应工艺的研究及应用随着科技的不断发展，化学反应工艺也在不断创新和改进。

化学反应工艺是分子组成发生变化的过程，其物理、化学和工程方面的研究已有数百年的历史，随着时间的推移，反应工艺技术不断发展，如今已经成为一门独立的学科领域，并在很多领域得到广泛的应用，如工业、医药、农业、环境保护等。

本文将探讨化学反应工艺的研究及应用。

一、化学反应工艺的研究1.1 反应机理研究为了提高反应效率和反应产物质量，需要详细地研究反应机理。

例如，环境中的氮氧化物对大气有害，因此需要研究氮氧化物还原反应机理的研究。

多项研究表明，氮氧化物还原反应的机理包括两种不同的通道：NH3选择性还原和选择性催化还原。

研究者通过对反应机理进行分析研究，在反应温度，催化剂，还原剂，氧分压等条件上进行优化，最终实现了高效率的氮氧化物去除。

1.2 催化剂的研究催化剂在化学反应工艺中起着至关重要的作用。

催化剂的设计和优化可以提高反应速率、改善反应选择性、加强催化剂的稳定性等。

例如，催化剂可以在氧化还原反应过程中起到催化作用，提高反应速率。

在环境保护中，不同的催化剂对某些有害废气的处理效果不同，而且催化剂的设计对废气处理的效率和经济性有重要的影响。

因此，研究催化剂的物理化学性质及其反应机制，对于优化催化剂的设计和制备具有重要的意义。

1.3 新型反应器的研究反应器是化学反应工艺中直接参与反应过程的重要设备。

正常情况下，反应器的设计需要考虑很多方面的因素，如反应物的浓度、反应物的分布、反应温度、催化剂的活性、流体力学等。

在工程化学中，很多新型反应器已经被应用到具体的工业应用中，如循环流化床反应器、微反应器等。

这些新型反应器具有多种优点，如反应速率高、得到高产率的废弃物、能耗低、具有高的制备精度等，而且这些设备一般比常规反应器更易于控制和维护。

二、化学反应工艺的应用2.1 医药领域医药领域是化学反应工艺的广泛应用领域之一。

化学反应工艺可用于药物的合成和制备工作，如药物的所有制法、神经递质合成以及抑菌药物的研究等等。

采购需求：中型循环流化床反应器:1台。

主要要求：催化剂：800ml；反应压力： 0.3 Mpa ；反应温度： 500～600℃；提升管反应时间： 2～4 秒；剂/油比： 2～10 ；流化床反应空速： 2～15 ；再生温度： 600～700 ℃）。

技术指标(详细参数)：一、总体说明循环流化床中型试验装置，在连续或间歇条件下操作。

进料量为1.5-3 kg/h，反应器、再生器催化剂装填量为3-10 kg。

该试验装置包括进料进气系统、反再生系统、产品收集系统和自动化控制系统。

进料进气系统由进料泵、汽提水泵、空气阀、氮气阀和流量控制系统组成。

反再生系统包括密相流化床反应器、分离沉降器、汽提器、待输线、再生沉降器、再生器、再生剂输送线和汽提器底塞阀或滑阀及再生器底塞阀或滑阀组成。

产品收集系统包括气液分离塔（含冷却系统）、裂解气和烟气计量系统。

自控系统采用仪表+PLC+计算机控制。

装置设置气液固三相取样点。

固体催化剂取样系统包括反应器密相床取样、待生剂、再生剂取样。

裂解气采用在线分析，设置离线采样口，烟气采用在线分析系统。

液相取样口设置在气液分离塔下部的液体收集器下部。

设置液体取样罐，收集冷凝下来的液体。

装置要求催化剂循环量控制精确、测定方法准确可靠。

具体分项说明如下：1)进料系统和进气系统控制进料系统的进料精度、连续性和稳定性直接影响到装置运行的稳定性和反应器的反应状态，是该装置设计建造的关键点之一。

为保证装置平稳运行和试验数据的可靠性，进料采用质量流量计与高精度电子秤配合使用，通过计算机控制系统进行闭环控制。

进料入口管线上装有过滤器，采用软连接保证计量精度。

反应器、再生器内催化剂的流化状态、流化质量对反应效果的影响至关重要。

反应器、再生器的流化、再生空气流量控制采用质量流量控制器。

反应器、再生器内设置的差压变送器的反吹风、固体催化剂取样点处的反吹风、松动风及催化剂输送风采用高精度的转子流量计，并在流量计出口安装稳流阀，控制流量，提高装置运行的稳定性。

实验一流化床反应器的特性测定一、实验目的流化床反应器的重要特征是细颗粒催化剂在上升气流作用下作悬浮运动，固体颗粒剧烈地上下翻动。

这种运动形式使床层内流体与颗粒充分搅动混和，避免了固定床反应器中的“热点”现象，床层温度分布均匀。

然而，床层流化状态与气泡现象对反应影响很大，尽管有气泡模型与两相模型的建立，但设计中仍以经验方法为主。

本实验旨在观察和分析流化床的操作状态，目的如下：1、观察流化床反应器中的流态化过程。

2、掌握流化床压降的测定并绘制压降与气速的关系图。

3、计算临界流化速度及最大流化速度，并与实验结果作比较。

二、实验原理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。

流化床存在的局限性：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，阵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。

（1）流态化现象气体通过颗粒床层的压降与气速的关系如图4-1所示。

当流体流速很小时，固体颗粒在床层中固定不动。

在双对数坐标纸上床层压降与流速成正比，如图AB段所示。

此时为固定床阶段。

当气速略大于B点之后，因为颗粒变为疏松状态排列而使压降略有下降。

图1-1 气体流化床的实际ΔP -u关系图该点以后流体速度继续增加，床层压降保持不变，床层高度逐渐增加，固体颗粒悬浮在流体中，并随气体运动而上下翻滚，此为流化床阶段，称为流态化现象。

2016年第35卷第5期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·1263·化 工 进 展流化床-化学气相沉积技术的应用及研究进展刘荣正，刘马林，邵友林，刘兵（清华大学核能与新能源技术研究院，先进核能技术协同创新中心，北京 100084）摘要：流化床-化学气相沉积（FB-CVD ）技术是一种多学科交叉的材料制备技术，兼有流化床传热传质性能良好以及化学气相沉积均匀、产物单一等优点，在工业生产中有着广泛的应用，但因其属于交叉学科，散见于各种研究，没有进行专门的进展评述。

本文拟对FB-CVD 的工业应用进行专题综述，分析其发展和研究趋势。

首先探讨了FB-CVD 的基本原理，分别综述了其在颗粒包覆、一维纳米材料、多晶硅制备、颗粒表面改性及粉体制备等方面的应用，介绍了FB-CVD 的过程模拟及反应器结构优化方面的研究进展。

通过以上讨论，梳理了FB-CVD 研究的科学内涵。

可以看出，该过程具有明显的多尺度特征，即材料制备的微观层次、颗粒流化均匀性的介观层次以及反应器结构设计的宏观尺度。

总结得出：FB-CVD 技术的未来发展取决于3个尺度的耦合分析，其研究重点也应关注尺度间的相互影响效应，如材料制备的均相成核、非均相成核和颗粒流化及运动规律的相互耦合等。

关键词：流化床-化学气相沉积；材料制备；过程分析；多尺度耦合中图分类号：TQ 03-39 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）05–1263–10 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.05.001Application and research progress of fluidized bed-chemical vapordeposition technologyLIU Rongzheng ，LIU Malin ，SHAO Youlin ，LIU Bing（Institute of Nuclear and New Energy Technology ，Collaborative Innovation Center of Advanced Nuclear EnergyTechnology ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China ）Abstract ：Fluidized bed-chemical vapor deposition (FB-CVD) is widely used in industrial production owing to the combined advantages of both fluidized bed and chemical vapor deposition. Providing good heat and mass transfer ，it can obtain a pure product with uniform deposition. Based on its basic principle ，the applications of FB-CVD in areas of particle coating ，preparation of one-dimensional nano-materials ，polycrystalline silicon ，powder synthesis and powder surface modification are reviewed. The progress of process simulation and reactor structure design of FB-CVD is introduced. From the discussion ，the scientific connotation of FB-CVD shows multi-scale features ，namely material preparation at microscopic level ，particle fluidization at mesoscopic level and reactor structure design at macroscopic level. Future development of FB-CVD technology depends on coupling analysis of these three scales ，and research should be focused on the effect of interaction between different scales ，such as coupling between homogeneous nucleation material/non-homogeneous nucleation in materials preparation and particle fluidization in the reactor. Key words ：fluidized bed chemical vapor deposition ；material preparation ；process research ； multi-scale coupling第一作者：刘荣正（1985—），男，助理研究员。

化学反应器的设计化学反应器是化学工业中不可或缺的设备，其主要功能是在一定条件下促进化学反应的进行。

一个优良的化学反应器设计能够提高反应效率、降低生产成本，并确保反应的安全可靠。

本文将探讨化学反应器设计的重要考虑因素以及常见的反应器类型。

一、化学反应器设计的考虑因素1. 反应类型：化学反应可以分为批量反应和连续反应两种类型。

批量反应适用于小规模生产，而连续反应则适用于大规模连续生产。

设计化学反应器时，需要根据反应类型选择合适的反应器形式。

2. 反应动力学：化学反应的速率与温度、压力、浓度等因素有关。

在设计反应器时，需要考虑反应动力学，并确定最适宜的反应条件，以提高反应效率。

3. 反应热效应：某些化学反应会释放大量的热量，而另一些反应则需要吸热才能进行。

在设计反应器时，需要考虑如何控制反应热效应，防止温度过高或过低对反应产生不利影响。

4. 材料选择：化学反应器需要使用耐腐蚀的材料，以抵抗反应物和产物对反应器的腐蚀作用。

根据反应物性质选择合适的材料，可以延长反应器的使用寿命。

5. 反应器搅拌：搅拌对于化学反应的进行至关重要。

搅拌可以均匀分散反应物，提高反应效率。

在设计反应器时，需考虑搅拌方式、搅拌速度等因素。

6. 反应器尺寸：根据所需反应物的量和反应速率，可以确定反应器的尺寸。

一个合理的尺寸可以提高产量，减少能源和原料的消耗。

二、常见的化学反应器类型1. 批量反应器：批量反应器是最常见的反应器类型，适用于小规模生产和实验室研究。

批量反应器通过一次性加入反应物，进行反应，然后清除产物，进行下一批次的反应。

2. 连续流动反应器：连续流动反应器适用于大规模生产。

它将反应物以连续的方式引入反应器中，产物也以连续的方式流出。

与批量反应器相比，连续流动反应器具有更高的反应效率和产量。

3. 催化剂反应器：催化剂反应器是通过添加催化剂来加速反应速率的反应器。

催化剂可以提高反应效率，减少反应温度和压力，降低成本。

常见的催化剂反应器包括固定床反应器和流化床反应器。

石油化工设计中的创新与应用随着科技的不断进步和社会的发展，石油化工行业也在不断地进行创新和应用，以更好地满足人们对能源和化工产品的需求。

石油化工设计是该行业中的重要环节，其创新与应用对整个行业的发展具有重要的推动作用。

本文将介绍石油化工设计中的创新与应用，探讨其在提高生产效率、降低成本、节能环保等方面的作用。

一、新型反应器设计石油化工生产过程中的反应器是关键设备，其设计和运行质量直接影响着产品的质量和产量。

近年来，随着先进材料、计算机仿真等技术的发展，新型反应器的设计得到了很大突破。

采用先进材料制造的催化剂固定床反应器，具有更好的传热性能和抗腐蚀能力，能够提高反应速率和降低能耗，进而提高生产效率和降低成本。

流态化床反应器、循环流化床反应器等新型反应器也在石油化工生产中得到了广泛应用。

这些新型反应器设计能够更好地控制反应条件，提高产品纯度，减少废品率，从而降低生产成本和资源浪费。

二、智能化控制系统随着信息技术和自动化技术的发展，石油化工生产中的智能化控制系统也得到了广泛应用。

这些系统通过实时监测和数据分析，能够更好地控制生产过程，提高生产效率，降低能耗和资源浪费。

智能化生产线能够根据实时数据自动调整生产参数，使得生产过程更加稳定和高效。

智能化控制系统还能够实现远程监控和远程操作，使得生产管理更加便利和精确。

三、新型催化剂设计催化剂在石油化工生产过程中起着至关重要的作用，其性能和稳定性直接影响着生产效率和产品质量。

近年来，石油化工行业在催化剂设计方面也取得了一些创新成果。

采用纳米材料制备的催化剂具有更高的比表面积和更好的催化活性，能够提高反应速率，减少催化剂用量，降低生产成本。

新型酶促催化剂、离子液体催化剂等也在石油化工生产中得到了应用，其独特的催化性能能够带来更高的产量和更高的产品纯度。

四、绿色化工技术随着人们对环境保护意识的提高，绿色化工技术在石油化工生产中也得到了广泛应用。

新型的绿色化工技术能够更好地减少环境污染，提高资源利用率，更好地适应未来可持续发展的要求。