中文名 | 流化床反應(yīng)器 | 外文名 | fluidized bed reactor |
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按流化床反應(yīng)器的應(yīng)用可分為兩類:一類的加工對象主要是固體,如礦石的焙燒,稱為固相加工過程;另一類的加工對象主要是流體,如石油催化裂化、酶反應(yīng)過程等催化反應(yīng)過程,稱為流體相加工過程。
與固定床反應(yīng)器相比,流化床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是:①可以實(shí)現(xiàn)固體物料的連續(xù)輸入和輸出;②流體和顆粒的運(yùn)動使床層具有良好的傳熱性能,床層內(nèi)部溫度均勻,而且易于控制,特別適用于強(qiáng)放熱反應(yīng);③便于進(jìn)行催化劑的連續(xù)再生和循環(huán)操作,適于催化劑失活速率高的過程的進(jìn)行,石油餾分催化流化床裂化的迅速發(fā)展就是這一方面的典型例子。然而,由于流態(tài)化技術(shù)的固有特性以及流化過程影響因素的多樣性,對于反應(yīng)器來說,流化床又存在很明顯的局限性:①由于固體顆粒和氣泡在連續(xù)流動過程中的劇烈循環(huán)和攪動,無論氣相或固相都存在著相當(dāng)廣的停留時間分布,導(dǎo)致不適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品分布,降低了目標(biāo)產(chǎn)物的收率;②反應(yīng)物以氣泡形式通過床層,減少了氣-固相之間的接觸機(jī)會,降低了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率;③由于固體催化劑在流動過程中的劇烈撞擊和摩擦,使催化劑加速粉化,加上床層頂部氣泡的爆裂和高速運(yùn)動、大量細(xì)粒催化劑的帶出,造成明顯的催化劑流失;④床層內(nèi)的復(fù)雜流體力學(xué)、傳遞現(xiàn)象,使過程處于非定常條件下,難以揭示其統(tǒng)一的規(guī)律,也難以脫離經(jīng)驗放大、經(jīng)驗操作。
近年來,細(xì)顆粒和高氣速的湍流流化床及高速流化床均已有工業(yè)應(yīng)用。在氣速高于顆粒夾帶速度的條件下,通過固體的循環(huán)以維持床層,由于強(qiáng)化了氣固兩相間的接觸,特別有利于相際傳質(zhì)阻力居重要地位的情況。但另一方面由于大量的固體顆粒被氣體夾帶而出,需要進(jìn)行分離并再循環(huán)返回床層,因此,對氣固分離的要求也就很高了。(見流態(tài)化、流態(tài)化設(shè)備)
流化床反應(yīng)器指固體顆粒物料在氣流(或液流)作用下,在設(shè)備內(nèi)呈懸浮運(yùn)動狀態(tài)(即流化狀態(tài))。流化狀態(tài)下的固體顆粒層具有液體的特性,例如,懸浮的固體顆粒層像水一樣能保持一定水平界面并具有靜壓力和浮力,像水一樣具有流動性等。也將這種技術(shù)稱為氣固流態(tài)化技術(shù)。
氣體流經(jīng)固體顆粒構(gòu)成的床料層,當(dāng)氣體流速比較低時,固體沒有相對運(yùn)動,氣體流經(jīng)顆粒之間的間隙流過床層,這是的氣固接觸形式稱為固定床。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高氣體流速,氣體對顆粒的曳力(及氣體流進(jìn)顆粒表面的摩擦力)和浮力之和超過了顆粒的重力,顆粒被懸浮起來,顆粒之間不再有作用力,氣固體系具備了流體的性質(zhì),固體被流化,這時處于初始流態(tài)化狀態(tài)。若進(jìn)一步提高氣體的流速,床層不斷膨脹。當(dāng)更多的氣體進(jìn)入體系,超過初始流態(tài)化需要的氣體流速的氣體,以氣泡的形式穿越床層,這就是鼓泡流態(tài)化。隨著氣速的進(jìn)一步增加,床表面有大量的顆粒被夾帶離開床層,床表面的界面不再清晰,此時對應(yīng)的是湍流床。利用氣固接觸的鼓泡床或湍流床形式進(jìn)行氣固反應(yīng)的反應(yīng)器,稱之為流化床反應(yīng)器。
流化床反應(yīng)器在用于氣固系統(tǒng)時,又稱沸騰床反應(yīng)器。流化床現(xiàn)象最早是德國人Fritz Winkler發(fā)現(xiàn)的,在現(xiàn)代工業(yè)中的早期應(yīng)用為20世紀(jì)20年代出現(xiàn)的粉煤氣化爐,這就是著名的溫克勒爐(見煤氣化爐);其大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用是40年代麻省理工學(xué)院的Warren Lewis等的石油催化裂化。目前,流化床反應(yīng)器已在化工、石油、冶金、核工業(yè)等部門得到廣泛應(yīng)用。
優(yōu)點(diǎn):①能實(shí)現(xiàn)固體物料的連續(xù)輸入和輸出;②特別適用于強(qiáng)放熱反應(yīng);③便于進(jìn)行催化劑的連續(xù)再生和循環(huán)操作。局限性:①目的產(chǎn)物的收率低;②反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較低;③催化劑加速粉化,流失大;④經(jīng)驗性操作,隨意性大。
流化床反應(yīng)器是一種利用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運(yùn)動狀態(tài),并進(jìn)行氣固相反應(yīng)過程或液固相反應(yīng)過程的反應(yīng)器。在用于氣固系統(tǒng)時,又稱沸騰床反應(yīng)器。流化床反應(yīng)器在現(xiàn)代工業(yè)中的早期應(yīng)用為20...
按流化床反應(yīng)器的應(yīng)用可分為兩類:一類的加工對象主要是固體,如礦石的焙燒,稱為固相加工過程;另一類的加工對象主要是流體,如石油催化裂化、酶反應(yīng)過程等催化反應(yīng)過程,稱為流體相加工過程。
流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)有兩種形式:①有固體物料連續(xù)進(jìn)料和出料裝置,用于固相加工過程或催化劑迅速失活的流體相加工過程。例如催化裂化過程,催化劑在幾分鐘內(nèi)即顯著失活,須用上述裝置不斷予以分離后進(jìn)行再生。②無固體物料連續(xù)進(jìn)料和出料裝置,用于固體顆粒性狀在相當(dāng)長時間(如半年或一年)內(nèi),不發(fā)生明顯變化的反應(yīng)過程。
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收稿日期 :2010-06-08 試驗研 究 曝氣生物流化床反應(yīng)器技術(shù)研究 章春生 (煤炭科學(xué)研究總院杭州環(huán)保研究院 浙江杭州 311201) 摘要 :介紹了曝氣生物流化床反應(yīng)器 (ABFT) 的機(jī)理 、結(jié)構(gòu) 、核心技術(shù)及應(yīng)用 。 關(guān)鍵詞 :ABFT ;載體材料 ;深度脫氮 ;中水回用 中圖分類號 :X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :A 文章編號 :1006-8759(2010)05-0017-03 TECHNOLOGY RESEARCH OF AERATION BIOLOGICAL FLUIDIZED TANK ZHANG Chun-sheng (Hangzhou Environmental Protection Research Institute, CCRI,Hangzhou 311201,China) Abstract :The article introduced principle、st
流化床反應(yīng)器控制除對床內(nèi)壓力、進(jìn)料流量、進(jìn)料反應(yīng)物的配比等進(jìn)行控制外,流化床反應(yīng)器的主要控制指標(biāo)是濃相區(qū)溫度分布控制手段為下部 列管換熱器進(jìn)水量。如果冷卻水管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定時,常用反應(yīng)溫度與冷卻水流量串級控制。在質(zhì)量要求較高時,對流化床反應(yīng)器中部換熱器也進(jìn)行 控制。
《流化床反應(yīng)器生產(chǎn)芳腈的方法》所要解決的技術(shù)問題是2011年11月前技術(shù)中氨氧化反應(yīng)溫度難以控制,反應(yīng)熱撤除效果差的問題,提供一種新的用于氨氧化流化床生產(chǎn)芳腈的方法。該方法具有溫度控制穩(wěn)定,反應(yīng)撤熱效率高且方便,還具有反應(yīng)溫度控制自如,節(jié)能降耗,有利于提高產(chǎn)品收率的優(yōu)點(diǎn)。
《流化床反應(yīng)器生產(chǎn)芳腈的方法》采用的技術(shù)方案如下:以C7~C8的芳烴及其衍生物、氨氣和氧氣為原料,其原料摩爾比為1:1~15:2~15,在反應(yīng)溫度350~450℃,反應(yīng)壓力0.005~0.1兆帕,反應(yīng)負(fù)荷0.03~0.08WWH-1的條件下,原料在流化床反應(yīng)器內(nèi)與含釩和鉻的催化劑接觸反應(yīng)生成相應(yīng)的芳腈,通過在流化床反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置撤熱管,并分別通入以水、水蒸汽或有機(jī)溶劑為冷卻劑撤熱控制反應(yīng)溫度,其中撤熱管型式采用U形管或直管。
上述技術(shù)方案中,C7~C8的芳烴及其衍生物選自甲苯、二甲苯、鹵代甲苯和雜環(huán)類甲基化合物,其反應(yīng)產(chǎn)物為所對應(yīng)的腈類。
上述技術(shù)方案中,冷卻劑為水、水蒸汽或有機(jī)溶劑,優(yōu)選為水或水蒸汽。
上述技術(shù)方案中,撤熱管可采用單組單層或多層,或多組單層或多層,優(yōu)選為單層雙組或雙層雙組。
上述技術(shù)方案中,撤熱管型式可為U形管和直管,優(yōu)選為U形管。
上述技術(shù)方案中,催化劑選用以二氧化硅為載體和以原子比計化學(xué)式如下的組合物:V1.0CraAbBcCdOx,式中A為選自鋰、鈉、鉀、銣或銫中的至少一種;B為選自鎂、鈣、鋇、鎢、鈦、鉬、錳、鐵、鈷、鎳或錫中的至少一種;C為選自硼或磷中的至少一種;其中a為0.3~2.0;b為0.01~0.5;c為0.05~1.0;d為0~2.0;x為滿足其它元素化合價所需氧原子數(shù)的總和;催化劑中載體二氧化硅的含量以重量百分比計為30~90%,平均粒徑70~100微米。
上述技術(shù)方案中,氨氧化反應(yīng)溫度為300~500℃,反應(yīng)壓力0.1~0.4兆帕(絕壓)。
《流化床反應(yīng)器生產(chǎn)芳腈的方法》提供設(shè)置的撤熱管交換面積由反應(yīng)器生產(chǎn)能力的放熱量決定,一般是它計算理論面積的5-15倍。設(shè)置充足余量的撤熱管對控制溫度是有利的,其在反應(yīng)器內(nèi)可改善氣相流態(tài)化質(zhì)量,減少流態(tài)化中“氣泡”、“溝流”和“騰涌”等非穩(wěn)定流化現(xiàn)象的出現(xiàn),有利于提高生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定性和反應(yīng)產(chǎn)物的收率。
該發(fā)明提供設(shè)置的撤熱管的組數(shù)可由控制精度決定,一般可設(shè)置液體水組和氣體水組。液體水組通過水汽化成帶壓飽和蒸汽來移去絕大部分的反應(yīng)熱,粗略控制反應(yīng)溫度;溫度的微小變化由氣體水組精確控制,使生產(chǎn)裝置長期穩(wěn)定地運(yùn)行??刂品绞娇捎扇斯せ蛴嬎銠C(jī)集成控制,可用調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)。
該發(fā)明使用的反應(yīng)溫度由使用催化劑和反應(yīng)決定。一般地,適宜的反應(yīng)溫度及其分布能提高產(chǎn)物的收率和選擇性,反之會或使原料發(fā)生深度氧化使選擇性下降,或使反應(yīng)的單程轉(zhuǎn)化率下降,使生產(chǎn)成本上升。
該發(fā)明提供設(shè)置的撤熱管移去的反應(yīng)熱可由飽和蒸汽或過熱蒸汽形式回收利用。一般地由液體水組產(chǎn)生的帶壓蒸汽,其壓力可視情況0.1~4兆帕,可視實(shí)際情況分別回收利用。
采用《流化床反應(yīng)器生產(chǎn)芳腈的方法》的方法生產(chǎn)苯甲腈、鄰氯苯甲腈、間苯二甲腈和3-氰基吡啶等,由于使用U形管,改善了換熱效果和撤熱效率,使其反應(yīng)溫度在較長的時間偏差可控制在±1℃以內(nèi),提高了其產(chǎn)品的收率,取得了較好的技術(shù)效果。
《一種流化床反應(yīng)器的檢測方法》涉及流化床反應(yīng)器的檢測,尤其涉及流化床反應(yīng)器的聲波檢測。