流化床反應(yīng)器ppt課件

1、第三章第三章 流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器知識(shí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1;.2教學(xué)內(nèi)教學(xué)內(nèi)容n流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu) n流化床反應(yīng)器的生產(chǎn)原理流化床反應(yīng)器的生產(chǎn)原理 (1)流態(tài)化的形成流態(tài)化的形成 (2)流化床反應(yīng)器的傳熱過程流化床反應(yīng)器的傳熱過程 (3)流化床反應(yīng)器的計(jì)算流化床反應(yīng)器的計(jì)算 n高速流態(tài)化技術(shù)高速流態(tài)化技術(shù)n流化床反應(yīng)器的操作指導(dǎo)流化床反應(yīng)器的操作指導(dǎo) 3第一節(jié)第一節(jié) 流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)定義：原料氣以一定的流動(dòng)速度使催化劑呈懸浮湍動(dòng)，并在催化劑作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備。4流化床基本結(jié)構(gòu)n結(jié)構(gòu)分為：n濃相段、稀相段、擴(kuò)大段、錐底。n內(nèi)部構(gòu)件

2、：n氣體分布板、換熱裝置、氣固分離裝置、擋板檔網(wǎng)、氣體預(yù)分布器等。567流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)n1.床層溫度均勻，避免局部過熱。n2.顆粒處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，表面更新，強(qiáng)化傳質(zhì)。n3.顆粒小，催化劑有效系數(shù)高。n4.流化狀態(tài)，便于操作。n5.傳熱系數(shù)大，換熱面積小。n6.生產(chǎn)強(qiáng)度大。n7.返混嚴(yán)重，一次轉(zhuǎn)化率低。n8.顆粒磨損，要求催化劑強(qiáng)度大。n9.對(duì)設(shè)備磨損嚴(yán)重。8觀察并思考n1.固體顆粒在床層內(nèi)怎樣運(yùn)動(dòng)？n2.流速由小到大產(chǎn)生什么現(xiàn)象？n3.流態(tài)化現(xiàn)象可劃分幾個(gè)階段？n4.研究：流速壓力降的關(guān)系。n5.流體分別為氣體和液體時(shí)，流化現(xiàn)象有何不同？9第二節(jié)第二節(jié) 流化床內(nèi)的生產(chǎn)原理流化床內(nèi)的生產(chǎn)原理n

3、流態(tài)化流態(tài)化n流化床反應(yīng)器的傳熱過程流化床反應(yīng)器的傳熱過程n流化床反應(yīng)器的計(jì)算流化床反應(yīng)器的計(jì)算n內(nèi)部構(gòu)件的選擇及參數(shù)的確定內(nèi)部構(gòu)件的選擇及參數(shù)的確定 10 一、流態(tài)化一、流態(tài)化（一）流態(tài)化的形成（二）散式流態(tài)化和聚式流態(tài)化（三）流化床中常見的異?，F(xiàn)象（四）流化速度（五）膨脹比和空隙率（六）流化床的壓力降11流態(tài)化n固體顆粒象流體一樣進(jìn)行流動(dòng)的現(xiàn)象。n散式流態(tài)化：液固系統(tǒng)，兩者密度相差不大，流速增大時(shí)波動(dòng)小，粒子分布均勻。n聚式流態(tài)化：氣固系統(tǒng)，兩者密度相差較大，流速增大時(shí)，出現(xiàn)很大不穩(wěn)定。n流態(tài)化中的異常現(xiàn)象：溝流、大氣泡和騰涌12溝流n操作速度大于臨界流化速度時(shí)，床層內(nèi)只形成一條或幾條狹窄

4、的通道，大部分床層仍處于固定床階段。1314大氣泡和騰涌n聚式流化床中生成的氣泡在上升中不斷碰撞合并而增大，至接近容器直徑，床內(nèi)物料呈活塞狀向上運(yùn)動(dòng)，床層被分成一段或幾段。151617P U流態(tài)化的形成n1.流速較小，流體從顆?？p隙通過，床層靜止。uP,固定床階段。n2.流速增加，顆粒吹起， uP不變。n3.流速繼續(xù)增加，顆粒被帶出床層，空隙率增加， uP,輸送床階段。 18臨界流化速度U臨n特征： 因?yàn)?U操U臨 流化床階段 所以 U臨 時(shí)， P固 = P流 確定方法 ：半經(jīng)驗(yàn)公式 19帶出速度U帶n操作速度大于帶出速度時(shí)，催化劑顆粒將被帶出流化床反應(yīng)器n確定方法n注意注意原則上：臨界流化速

5、度操作速度帶出速度實(shí)際上：往往偏離這個(gè)范圍。有些工業(yè)反應(yīng)器操作速度大于帶出速度時(shí)，顆粒夾帶并不嚴(yán)重。20操作速度的確定n選擇原則n實(shí)際生產(chǎn)中流化床操作數(shù)據(jù)n流化數(shù)臨操uuk 21流化床的壓力降n顆粒懸浮靜止時(shí)受力顆粒懸浮靜止時(shí)受力 向下：重力 向上：浮力、流體阻力n平衡時(shí)平衡時(shí) 重力=浮力+流體阻力n公式推導(dǎo)：式（公式推導(dǎo)：式（3-6）n說明：說明：床層壓力降與流速無關(guān) 超過帶出速度時(shí)，空隙率增大、壓力降減小。 22膨脹比和空隙率n膨脹比n空隙率n關(guān)系mfffLLVVR0VoVsVoVsVof1fmfR1123二、流化床反應(yīng)器的傳熱過程二、流化床反應(yīng)器的傳熱過程n（一）流化床傳熱過程分析n（二

6、）床層與器壁間的傳熱n（三）流化床內(nèi)換熱器的結(jié)構(gòu)型式n（四）流化床換熱器傳熱面積的計(jì)算24（一）流化床傳熱過程分析（一）流化床傳熱過程分析n（1）床層內(nèi)固體顆粒之間的傳熱 n（2）顆粒與流體間的傳熱 n（3）床層與器壁或換熱器表面的傳熱 25（二）床層與器壁間的傳熱26床層對(duì)器壁給熱系數(shù)分析床層對(duì)器壁給熱系數(shù)分析 n操作速度的影響n顆粒直徑的影響n擋板擋網(wǎng)的影響 n換熱器位置對(duì)給熱系數(shù)的影響n氣、固物性對(duì)給熱系數(shù)的影響27（四）流化床換熱器傳熱面積的計(jì)算（四）流化床換熱器傳熱面積的計(jì)算n式中 A傳熱面積，m2； Q傳熱速率，W； K總傳熱系數(shù)，W/m2K； tm平均傳熱溫度差，K mtKQAm

7、tKQA28 （三）流化床內(nèi)換熱器的結(jié)構(gòu)型式（三）流化床內(nèi)換熱器的結(jié)構(gòu)型式n列管式換熱器：?jiǎn)喂苁胶吞坠苁?n管束式換熱器：直列和橫列n鼠籠式換熱器 n蛇管式換熱器 29列管式換熱器：?jiǎn)喂苁?0列管式換熱器：套管式31立式管束式32橫排管束式換熱器33鼠籠式換熱器34蛇管式換熱器35三、流化床反應(yīng)器的計(jì)算三、流化床反應(yīng)器的計(jì)算n（一）流化床直徑的計(jì)算 n（二）流化床高度的確定36流化床直徑的計(jì)算n式中式中 D反應(yīng)器直徑，m； qv操作條件下的氣體體積流量，m3/s； u0操作空床氣速，m/s。0vuq4D37流化床高度的確定n1流化床層高度(濃相段高度)H0n2分離段高度H1n3擴(kuò)大段高度H2n

8、4錐底部分高度H3n過濾管出口或旋風(fēng)分離器入口至床頂高度H4 n流化床總高度 H=H0+H1+H2+H3+H438四、內(nèi)部構(gòu)件的選擇及參數(shù)的確定四、內(nèi)部構(gòu)件的選擇及參數(shù)的確定n（一）氣體分布板的計(jì)算和預(yù)分布器的選擇n（二） 擋板和擋網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定n（三）氣固分離裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定39流化床反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)流化床反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)n氣體預(yù)分布器氣體預(yù)分布器n氣體分布板氣體分布板n擋板和擋網(wǎng)擋板和擋網(wǎng)n旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器40彎管式預(yù)分布器41同心圓殼式分布器42帽式分布器43充填式分布器44開口式分布器45氣體分布板的作用n支撐：床層上的催化劑或載體n分流：使氣體分布均勻，造成良好的起始 流化條

9、件 n導(dǎo)向：抑制氣固惡性聚式流態(tài)化 46凹型篩孔板47直孔篩板48直孔泡帽分布板49單個(gè)直孔泡帽50擋 板n作用：改善流化操作質(zhì)量 （1）使氣泡破碎，增強(qiáng)氣固相間接觸； （2）減少氣體返混 （3）提高流化床反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率（或生產(chǎn)能力）51內(nèi)旋擋板52外旋擋板53多旋擋板5455第三節(jié)第三節(jié) 高速流態(tài)化技術(shù)高速流態(tài)化技術(shù)提高速度后的流態(tài)化現(xiàn)象n氣固并流上行快速流化床5657高速流態(tài)化與傳統(tǒng)流態(tài)化的比較比較傳統(tǒng)流化床高速流化床氣速m/s0.11.51.516顆粒直徑mm0.0530.050.5空隙率0.60.80.850.98氣體返混部分返混返混大大減少58高速流態(tài)化的優(yōu)缺點(diǎn)n1.氣固為無氣泡接觸

10、，改善了氣固接觸效果。n2.氣固軸向返混減少。n3.操作速度提高，停留時(shí)間可縮短至毫秒級(jí)，特殊適合于以裂解為代表的快速反應(yīng)過程。n4.氣固通量大，傳熱效果好。（強(qiáng)放熱、吸熱反應(yīng)）n5.顆粒的外部循環(huán)，可解決催化劑快速失活問題。n6.顆粒團(tuán)聚傾斜減小，可實(shí)現(xiàn)多段進(jìn)料；設(shè)備放大容易。n7.反應(yīng)器高度增加，投資增大。n8.顆粒的循環(huán)系統(tǒng)增加了設(shè)計(jì)和操作的復(fù)雜性。n9.顆粒性質(zhì)的允許范圍受到一定限制。59高速流態(tài)化的應(yīng)用n1.提升管催化裂化裝置n2.粉煤的高效清潔燃燒n3.磷石膏熱分解技術(shù)n4.烴類選擇性氧化反應(yīng)60快速循環(huán)流化床鍋爐61小結(jié)流化床反應(yīng)技術(shù)流態(tài)化聚式流態(tài)化生產(chǎn)原理形成過程散式流態(tài)化分布板開孔率高 速 流態(tài)化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)反應(yīng)器計(jì)算 反應(yīng)器的傳質(zhì)反應(yīng)器的傳熱計(jì)算umf、ut膨 脹 比 、 空隙率床層壓降床 層 結(jié) 構(gòu) 尺寸型式、直徑、高度異?，F(xiàn)象： 大氣泡、騰涌換 熱 面 積