流化床反應器設計:圖表、參數、應用、優缺點

在本文中,將總結名為“流化床反應器設計”的主題以及流化床反應器設計相關的事實,如設計、圖表、參數和應用。

流化床反應器是主要進行範圍廣泛的多相化學反應的一類反應器裝置。 在流化床反應器中,可以保持液態或氣態的流體物質被固體粒狀材料高速通過。 該過程稱為流化。

在工業領域的各種應用中使用流化床反應器。

流化床反應器示意圖:

流化床反應器是用於涉及固體反應物的反應的最流行的反應器配置。 在 FBR 中,流化介質(氣體或液體)以足夠高的速度通過固體反應物床,以使固體懸浮並使其表現得像流體。

流化床反應器的示意圖如下,

  • 流化床反應器是主要進行範圍廣泛的多相化學反應的一類反應器裝置。
  • 在流化床反應器中,可以保持液態或氣態的流體物質被固體粒狀材料高速通過。
  • 作為流化的程序術語,主要對流化床反應器有重要意義。
  •  在工業領域的各種應用中使用流化床反應器。
  • 流化床反應器廣泛用於實驗室的商業規模。
  • 在流化床反應器內部,當流體在固體物質上的速度增加時,床反應器上升到流體力適合調節固體物質重量平衡的時期。 該過程的時期被確定為初始流化並且發生在流化的最低速度處。
  • 在煤氣化中,首先使用流化床反應器。
流化床反應器設計
圖片 - 流化床反應器的基本圖;
圖片來源 - 維基百科

流化床反應器設計參數:

下面列出了取決於流化床反應器的參數,

流化床反應器的機械設計:

在 Navier-Stroke 方程的幫助下,可以推導出固體顆粒的流化行為。 流化是在流體向上流動的情況下出現的,用於移動和消除固體顆粒。

在構建和設計項目之前用於流化的三個關鍵方程,包括球形顆粒的終端速度以及基於顆粒雷諾數的流化速度。

球形粒子的終端速度可以用這個方程表示,

v最大 = (πr2)* 日2 x (ρ固體 – ρ流體) *克 / 18*μ流體

雷諾數小於 20 的粒子的流化速度可用下式表示,

V分鐘 = (πr2)* 日2 x (ρ固體 – ρ流體) *g*∈3*φ/150*μ流體*(1-∈)

雷諾數大於 1000 的粒子的流化速度可用下式表示,

哪裡,

表示流體的流速

r = 表示在流體中流動的粒子的半徑,值為 10 毫米

d = 表示流體中流動的顆粒的直徑,值為 0.15 毫米

ρ固體 = 表示流體中流動的顆粒的密度,值為 1.5 千克/立方米

ρ流體 表示流動流體的密度,值為1.2公斤/立方米

g 表示重力,值為 9.81 米/平方秒。

μ 表示流動流體的粘度,值為 1.8 帕斯卡秒。

φ 表示在顆粒流體中流動的球形度,值為 1.0。

流化床反應器應用:

在廢水製備流化床反應器中應用廣泛。

廢水製備:-

  • 由於這個原因,在廢水製備中使用流化床反應器,可以最大限度地降低成本,並代表具有成本效益的廢水製備,其中含有頑固污染物(在緩慢過程中可生物降解或不可生物降解的混合物,被確定為, 頑固的混合物和來自容易的組 鹵代烴 到復雜的聚合物。)
  • 流化床反應器廣泛用於廢水處理,儘管在大型工業領域流化床反應器用於高級氧化法,也用於實驗室。
  • 在流化催化裂化流化床反應器中使用的是1940年代引入的。
  • 現代厭氧流化床反應器用作厭氧平台以實現高強度,也可用於玉米乙醇稀酒糟和市政污泥等高固體廢物流。
圖片 - 零液體排放 流程圖 這突出了工業過程中的廢水如何通過 ZLD 工廠轉化為固體和行為水以供再利用;
圖片來源 - 維基百科

流化床反應器優點:

下面列出流化床反應器的優點,

  • 顆粒混合均勻
  • 均勻的溫度梯度
  • 即使在連續狀態下也能執行反應器

顆粒混合均勻:-

由於在固體材料中表現得像固有流體,流化床在填充床中的混合不會受到不良體驗。 流化床中的完全和精細混合允許製造均勻的產品,這在反應器的其他設計中不容易實現。 軸向和徑向濃度梯度的減少甚至適應了更好的流體固體接觸,這是質量和反應效率所必需的。

均勻的溫度梯度:-

很多範圍的化學反應都需要加熱或去除熱量。 在流化床(如流化床反應器)中避免了反應床下方的局部熱點或冷點,在每個轉彎處都有填充床的困難。

在另一類反應器中,主要在熱點的局部溫度差異可能是由於產品降解造成的。

由於這個特殊原因,流化床反應器適用於放熱反應。 觀察者還觀察到,該床浮出水面 傳播熱量 流化床反應器的係數較高。

即使在連續狀態下也能執行反應器:-

這些反應器的流化床特性是適應連續提取產物和在反應容器中建立新反應物的效率。

由於消除了批處理方法中的啟動情況,連續方法情況的行動使製造商能夠更有效地生產幾種產品。

流化床反應器缺點:

下面列出了流化床反應器的缺點,

  • 反應堆容器尺寸增加
  • 需要壓降和泵送
  • 粒子夾帶
  • 壓力損失場景

反應堆容器的尺寸增加:-

在流化床反應器中,材料在反應器中膨脹,因此需要比填充床反應器更大尺寸的反應器容器。 反應堆容器的尺寸大意味著需要花費更多的初始成本。 流化床反應器變得非常昂貴。

需要壓降和泵送:-

流體破壞保持固態的材料的必要性要求在流化床反應器的反應器中存在較高的流體速度。

由於這個特殊的原因,需要更多的泵送功率並且還需要更高的能源成本。 除此之外 壓力下降 與深床相連,因此也需要額外的泵送功率。

粒子夾帶:-

這種類型的反應器中存在的高氣體速度通常會導致細顆粒變成 夾帶 在流體中。 然後這些捕獲的顆粒與流體一起被帶出反應器,它們必須在其中分離。

根據反應堆的設計和功能,這可能是一個非常困難和昂貴的問題。 即使使用其他減少夾帶的技術,這也可能經常成為問題。

壓力損失場景:-

如果突然失去流化壓力,因為床面面積可能會突然開始減小。 這可能是一種不便,例如使重新啟動床變得困難,或者可能具有更嚴重的影響,例如失控反應。

流化床反應器的其他缺點是,

  • 缺乏當前的理解
  • 內部組件的侵蝕

流化床反應器工作原理:

流化的目的是使固體顆粒在液體或氣體的流動中保持向上的方向漂浮。 在冷凍過程中,當相同尺寸和形狀的顆粒經受向上的低溫空氣流時,就會發生流化過程。

下面介紹流化床反應器的工作原理,

  • 流化床反應器主要工作在順流中。
  • 通常流化床反應器使用三種不同類型的顆粒,
  • 一個。 在細胞附著的幫助下產生生物質的惰性核心。
  • 灣。 細胞聚集體。
  • C。 多孔顆粒,其中通常浸有生物催化劑。
  • 固體層是指化學反應器在被稱為分佈器的多孔板採用的流化床反應器中反應的催化材料。
  • 在下一步中,流體被分配器強制,因此固體催化材料可以上升。
  • 在流化床反應器內部,當流體在固體物質上的速度增加時,床反應器上升到流體力適合調節固體物質重量平衡的時期。 該過程的時期被確定為初始流化並且發生在流化的最低速度處。
  • 當最低速度通過時,反應器床的體積會像一碗沸騰的水或攪拌的水箱一樣展開和扭曲。 現在將反應器置於流化床中。
  • 填充有固定化酶的床被二次流體蒸汽的快速流動或層的向上流動或與液體混合而流化。
  • 取決於操作條件和固相的特性,在流化床反應器中可以注意到廣泛的流動狀態。

結論:

流化床反應器廣泛用於需要在顆粒和質量之間進行大量熱和質量傳遞的材料加工工業領域。 在流化床反應器中由熱氣體提供能量,該熱氣體也使床流化。

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