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(dòng)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。
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(shí)間(如半年或一年)內(nèi),不發(fā)生明顯變化的反應(yīng)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:
?。?)可以實(shí)現(xiàn)固體物料的連續(xù)輸入和輸出;
?。?)流體和顆粒的運(yùn)動(dòng)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(duì)于反應(yīng)器來說,流化床又存在很明顯的局限性:
?。?)由于固體顆粒和氣泡在連續(xù)流動(dòng)過程中的劇烈循環(huán)和攪動(dòng),無論氣相或固相都存在著相當(dāng)廣的停留時(shí)間分布,導(dǎo)致不適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品分布,降低了目的產(chǎn)物的收率;
?。?)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(huì),降低了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率;
?。?)由于固體催化劑在流動(dòng)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(dòng)、大量細(xì)粒催化劑的帶出,造成明顯的催化劑流失;
?。?)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(yàn)放大、經(jīng)驗(yàn)操作。