流化床反应器1.

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。

固定床反应器1.概述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.固定床反应器优点1)固定床中催化剂不易磨损；2)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。

3)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，在大生产中尤为重要。

3.固定床反应器缺点1)固定床中的传热较差；2)催化剂的更换必须停产进行。

4.类型固定床反应器形式多种多样，按床层与外界的传热方式分类，可有以下几类：●绝热式固定床反应器●多段绝热式固定床反应器●列管式固定床反应器，●自热式反应器。

（1）绝热式固定床反应器下图是绝热式固定床反应器的示意图。

它的结构简单，催化剂均匀堆置于床内，床内没有换热装置，预热到一定温度的反应物料流过床层进行反应就可以了。

典型的例子是乙苯脱氢制苯乙烯。

反应需供热140kJ／mol，是靠加入高温(710℃)水蒸汽来供应的(乙苯:水蒸汽=1: 2.6(质量))，混合后在630℃入床，离床时降到565℃。

在此，水蒸汽的作用是：a) 可以带入大量的显热；b) 起稀释作用，使反应的平衡向有利于生成苯乙烯的方向移动，提高单程转化率；c) 使催化剂可能产生的结炭随时得到清除，从而保持反应器长期连续运转。

（2）多段绝热式固定床反应器热效应大，常把催化剂床层分成几段(层)，段间采用间接冷却或原料气（或惰性组分）冷激，以控制反应温度在一定的范围内 。

流化床反应器工作原理
流化床反应器的工作原理主要是利用气体或液体通过颗粒状固体层，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。

在气体流化床反应器中，气体从反应器底部进入，通过固体催化剂床层。

气体的流速被控制在一定范围内，使得固体颗粒被气体均匀分散并悬浮于气体中，形成类似于沸腾液体的状态，即流化状态。

在这种状态下，固体颗粒层具有类似于液体的特性，如保持一定水平界面并具有静压力和浮力，以及具有流动性等。

在流化床反应器中，气固相之间的接触面积增大，传质和传热效率提高，从而有利于反应的进行。

此外，由于固体颗粒处于悬浮状态，反应器内的温度分布较为均匀，避免了局部过热或反应不均匀的问题。

流化床反应器可广泛应用于石油、化工、冶金、环保等领域，如石油催化裂化、煤的气化、生物质气化、废气处理等。

根据具体应用需求，流化床反应器可分为固定流化床和循环流化床等不同类型。

流化床1.流化床反应器可以进行：硫铁矿沸腾焙烧、石油催化裂化、丙烯晴生产、苯胺、醋酸乙烯等等的生产。

2.影响临界流化速度的因素：颗粒直径，颗粒密度，流体粘度。

3.气体预分布装置有：弯管式、同心圆锥壳式、帽式、充填式、开口式。

4.气体分离装置有：旋风分离器、内过滤器。

5.流化床中的传质，一般包括：颗粒与流体间的、床层与壁或浸泡物体间的传质以及相间传质。

6.流化床中的传热，与传质类似，包括三种形式：颗粒与颗粒之间的传热、相间即气体与固体颗粒之间的传热、床层与内壁间和床层与浸没于床层中的换热器表面间的传热。

7.常见的流化床内部换热装置：列管式换热器、鼠笼式换热器、管束式换热器、蛇管式换热器8.流化床反应器的计算包括结构尺寸和反应器压力降、内部构件、9.流化床反应器的数学模型：两相模型、鼓泡床模型。

10.一般的流化床反应器，需要控制和测量的参数主要有颗粒粒度和组成、压力、温度、流量。

11.流化床的不正常现象：沟流现象、大气泡现象、腾涌现象。

12.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，此时大部分床层则处于静止状态。

13.大气泡：床层中大气泡很多时，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，就会使气固反应效率降低，这种现象称为大气泡现象。

14.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。

三、名词解释1、固体流态化：将固体颗粒悬浮于运动的流体中，从而使颗粒具有类似于流体的某些宏观特性，这种流固接触状态称为固体流态化。

2、临界流化速度：也称起始流化速度、最低流化速度，是指颗粒层由固定床转为流化床时流体的表观速度。

3、带出速度：流化床中流体速度的上限，也就是流体气速增大到此值时，流体对粒子的曳力与粒子的重力相等，粒子将被气流带走。