任務2-4流化床反應器操作指導課件

1、項目二 氣固相反應器選型與操作任務2-1 固定床反應器仿真操作任務2-2 確定氣固相反應器類型任務2-3 固定床反應器操作指導任務2-4 流化床反應器操作指導任務2-5 流化床反應器仿真操作項目二 氣固相反應器選型與操作任務2-4流化床反應器操作指導主講人：楊艷玲固定床反應器固定床反應器：床層溫度難以控制，熱效應大的反應難以防止局部過熱；固體物料或催化劑的更換或高溫下輸送較難。溫度最高溫度請關(guān)注：什么是流化床反應器？流化床反應器的特點？流化床反應器的結(jié)構(gòu)？一 、流態(tài)化現(xiàn)象二、流化床反應器的基本結(jié)構(gòu)三、流化床反應器的床型四、流化床反應器主體尺寸的確定五、流化床反應器的操作指導六、仿真實訓工藝流程

2、請關(guān)注：一、流態(tài)化現(xiàn)象定義： 使固體顆粒懸浮于流動的流體中，并使整個系統(tǒng)具有類似流體的性質(zhì)。適用范圍： 催化反應、顆粒物料燃燒汽化、干燥、焙燒以及輸送等過程。1、流態(tài)化的形成 理想流化床的壓降與流速 操作速度實際生產(chǎn)中，通常采用的操作氣速在0.150.5m/s。對熱效應不大、反應速率慢、催化劑粒度小、篩分寬、床內(nèi)無內(nèi)部構(gòu)件和要求催化劑帶出量少的情況，宜選用較低氣速。反之，則宜用較高的氣速。駝峰降速時umf ut流態(tài)化的形成過程 流化數(shù)流化數(shù)一般在1.510的范圍內(nèi)，也有高達幾十甚至幾百的。如制苯酐的流化數(shù)k1040，石油催化裂化k=3001000。產(chǎn)品反應溫度K顆粒直徑目操作空塔速度(ms-1

3、)丁烯氧化脫氫制丁二烯653-77340-800.8-1.2丙烯氨氧化制丙烯腈74840-800. 6-0. 8萘氧化制苯酐643400. 7-0. 8 (0. 3-0. 4)乙烯制醋酸乙烯47324-480. 25-0. 3石油催化裂化723-78320-800. 6-1. 8砂子爐原油裂解 1.62、實際流態(tài)化現(xiàn)象散式流態(tài)化（液固系統(tǒng)）：固體顆粒均勻分散在液體中，顆粒間無顯著的干擾，有一穩(wěn)定的上界面。理想流態(tài)化聚式流態(tài)化（氣固系統(tǒng)）：極不穩(wěn)定的沸騰床，處于流態(tài)化的顆粒群是連續(xù)的，稱連續(xù)相，氣泡是分散的，叫分散相。在床層的空穴處，氣體涌向空穴，流速增大，并夾帶少量顆粒以氣泡的形式不連續(xù)地通過

4、床層，在上升時逐漸長大、合并或破裂，使床層極不穩(wěn)定、極不均勻。 兩種流態(tài)化p與u的關(guān)系 現(xiàn)象：操作速度大于臨界流化速度時，床層內(nèi)只形成一條或幾條狹窄的通道，大部分床層仍處于固定床階段。3、不正常流態(tài)化溝流 后果：床層中氣固接觸不均勻，產(chǎn)生死床，降低了設備的生產(chǎn)能力。 原因分析：顆粒粒度小，潮濕且易黏結(jié)；氣流速度小；氣體分布板設計不完善，通氣孔數(shù)少。處理方法：預先干燥物料并適當加大氣速，在床內(nèi)加內(nèi)部構(gòu)件及改善分布板結(jié)構(gòu)等 大氣泡和騰涌現(xiàn)象：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動，床層被分成幾段。當?shù)竭_某一高度時，氣泡破裂，顆粒層也隨之崩裂，顆粒

5、層被崩離床層，然后落下。后果：氣固接觸不良，降低設備生產(chǎn)能力，增加顆粒的磨損和帶出，甚至能造成床內(nèi)部構(gòu)件損壞。原因分析：床層高徑比比較大；顆粒粒度大，氣流速度較高。處理方法：在床內(nèi)加設內(nèi)部構(gòu)件，以防止大氣泡的產(chǎn)生，或在可能的情況下減小氣速和床層高徑比二、流化床反應器的操作維護知識 結(jié)構(gòu) 構(gòu)成 濃相段稀相段擴大段錐底殼體氣體分布裝置換熱裝置氣固分離裝置內(nèi)部構(gòu)件（擋板檔網(wǎng)、 氣體預分布器）等。2、流化床反應器的基本結(jié)構(gòu) P131、P135動畫1-加料口2-氣固分離裝置3-殼體4-換熱器5-內(nèi)部構(gòu)件6-卸料口7-氣體分布裝置2、流化床反應器的基本結(jié)構(gòu)氣體預分布器氣體分布板氣體分布裝置 包括氣體預分布

6、器和氣體分布板。其作用是使氣體均勻分布，以形成良好的初始流化條件，同時支承固體顆粒。彎管式預分布器同心圓殼式分布器帽式分布器充填式分布器開口式分布器氣體分布板的作用支撐：床層上的固體顆粒不至于漏下分流：使氣體分布均勻，造成良好的起始 流化條件 導向：抑制氣固惡性聚式流態(tài)化 類型：直孔型、直流型、側(cè)流型、密孔型、填充型、短管式分布板以及多管式氣流分布器等 (1)直孔型分布板泡帽側(cè)縫分布板 泡帽側(cè)孔分布板 (3)側(cè)流型分布板條形側(cè)縫分布板直孔泡帽分布板錐型側(cè)縫分布板錐型側(cè)孔分布板錐型側(cè)縫分布板內(nèi)部構(gòu)件：擋板或擋網(wǎng)作用：改善流化操作質(zhì)量 （1）減少氣體返混； （2）使氣泡破碎，增強氣固相間接觸； （

7、3）降低流化床層的高度，減少顆粒的帶出。工業(yè)上氣速較低時，可選用金屬絲擋網(wǎng)。一般用擋板。內(nèi)旋擋板外旋擋板多旋擋板缺點：顆粒沿床高產(chǎn)生分級，床層縱向的溫度梯度增大，顆粒的磨損也增大。氣固分離裝置作用：回收細粒形式：設置分離段 設置收塵器 旋風分離器、過濾管流化床內(nèi)換熱器：控溫、不妨礙流化列管式換熱器：單管式和套管式 管束式換熱器：直列和橫列鼠籠式換熱器 蛇管式換熱器 流化床外換熱器：夾套列管式換熱器：單管式列管式換熱器：套管式立式管束式橫排管束式換熱器鼠籠式換熱器蛇管式換熱器氣固相反應器的選擇型式適合的反應應用特點應用舉例固定床氣固（催化或非催化）相返混小，高轉(zhuǎn)化率時催化劑用量少，催化劑不易磨損

8、，但傳熱控溫不易，催化劑裝卸麻煩乙苯脫氫制苯乙烯，乙炔法制氯乙烯，合成氨，乙烯法制醋酸乙烯等流化床氣固（催化或非催化）相傳熱好，溫度均勻，易控制，催化劑有效系數(shù)大，粒子輸送容易，但磨耗大，床內(nèi)返混大，對高轉(zhuǎn)化率不利，操作條件限制較大萘氧化制苯酐，石油催化裂化，乙烯氧氯化制二氯乙烷等移動床氣固（催化、非催化）相固體返混小，固氣比可變性大，但粒子傳送較易，床內(nèi)溫差大，調(diào)節(jié)困難石油催化裂化，礦物的焙燒或冶煉三、流化床反應器的床型四、流化床反應器主體尺寸的確定流化床直徑的計算 流化床高度的確定擴大段稀相段（分離段）濃相段錐底（1）流化床直徑的計算式中 D反應器直徑，m； qv操作條件下的氣體體積流量，

9、m3/s； u0操作空床氣速，m/s。擴大段直徑流化床基本結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 構(gòu)成 濃相段稀相段擴大段錐底殼體氣體分布裝置換熱裝置氣固分離裝置內(nèi)部構(gòu)件（擋板檔網(wǎng)、 氣體預分布器）等。流化床高度的確定1流化床層高度(濃相段高度)h12分離段高度h23擴大段高度h”24錐底部分高度h3流化床總高度 h=h1+h2+h”2+h3五、流化床反應器的操作指導（一）顆粒粒度和組成的控制（二）壓力的測量與控制（三）溫度的測量與控制（四）流量控制（五）開停車及防止事故的發(fā)生（一）顆粒粒度和組成的控制對流態(tài)化質(zhì)量和化學反應轉(zhuǎn)化率有重要影響。氨氧化制丙烯腈的反應器：要求粒徑小于44m的“關(guān)鍵組分”粒子占20%-40%，措施

10、：安裝 “造粉器”。造粉：當發(fā)現(xiàn)床層內(nèi)粒徑小于44m的粒子小于12%時，就啟動造粉器。造粉器實際上就是一個簡單的氣流噴槍。它是用壓縮空氣以大于300m/s的流速噴入床層，黏結(jié)的催化劑粒子即被粉碎，從而增加了粒徑小于44m離子的含量。檢測：在造粉過程中，要不斷從反應器中取出固體顆粒樣品，進行粒度和含量的分析，直到細粉含量達到要求為止。（二）壓力的測量與控制了解流化床各部位是否正常工作較直觀的方法對于實驗室規(guī)模的裝置，常用U型管壓力計，通常壓力計的插口需配置過濾器，以防止粉塵進入U型管。工業(yè)裝置上采用帶吹掃氣的金屬管作測壓管。測壓管直徑一般為12-25. 4 mm ，為了確保管線不漏氣，所有絲接的

11、部位最后都是焊接的，同時也要確保閥門不漏氣。 由于流化床呈脈沖式運動，需要安裝有阻尼的壓力指示儀表，如壓差計、壓力表等。有經(jīng)驗的操作者常常能通過測壓儀表的運動預測或發(fā)現(xiàn)操作故障。 （三）溫度的測量與控制目標：床內(nèi)溫度分布均勻，符合工藝要求的溫度范圍，化學反應的最優(yōu)反應溫度。測量手段：標準的熱敏元件，如適應各種范圍溫度測量的熱電偶。床層軸向和徑向的分布數(shù)據(jù)死區(qū)反應過于劇烈換熱設備發(fā)生故障高溫區(qū)可及時調(diào)整氣體流量來改變流化狀態(tài)，從而消除 可以通過調(diào)節(jié)反應物流量或配比加以改變。 加以排除（四）流量控制保證最優(yōu)流化狀態(tài)下，有較高的反應轉(zhuǎn)化率。一般原則是氣量達到最優(yōu)流態(tài)化所需的氣速后，應在不超過工藝要求

12、的最高反應溫度或不低于工藝要求的最低反應溫度的前提下，盡可能提高氣體流量，以獲得最高的生產(chǎn)能力。氣體流量的測量一般采用孔板流量計，要求被測的氣體是清潔的。當氣體中含有水、油和固體粉塵時，通常要先凈化，然后再進行測量。系統(tǒng)內(nèi)部的固體顆粒運動，通常是被控制的，但一般并不計量。它的調(diào)節(jié)常常在一個推理的基礎上，如根據(jù)溫度、壓力、催化劑活性、氣體分析等要求來調(diào)整。在許多煅燒操作中，常根據(jù)煅燒物料的顏色來控制固體的給料。（五）開停車及防止事故的發(fā)生粗顆粒：細顆粒：容易團聚，尤其是用未經(jīng)脫油、脫濕的氣體流化時正常的開車程序是： 1先用被間接加熱的空氣加熱反應器，以便趕走反應器內(nèi)的濕氣，使反應器趨于熱穩(wěn)定狀態(tài)

13、。2當反應器達到熱穩(wěn)定狀態(tài)后，用熱空氣將催化劑由貯罐輸送到反應器內(nèi)，直至反應器內(nèi)的催化劑量足以封住一級旋風分離器料腿時，才開始向反應器內(nèi)送入速度超過臨界流化速度不太多的熱風（熱風進口溫度應大于400），直至催化劑量加到規(guī)定量的1/21/3時，停止輸送催化劑，適當加大流態(tài)化熱風。對于熱風的量，應隨著床溫的升高予以調(diào)節(jié)，以不大于正常操作氣速為度。（五）開停車及防止事故的發(fā)生粗顆粒：細顆粒：容易團聚，尤其是用未經(jīng)脫油、脫濕的氣體流化時正常的開車程序是： 3當床溫達到可以投料反應的溫度時，開始投料。如果是放熱反應，隨著反應的進行，逐步降低進氣溫度，直至切斷熱源，送入常溫氣體。如果有過剩的熱能，可以提高

14、進氣溫度，以便回收高值熱能的余熱，只要工藝許可，應盡可能實行。 4當反應和換熱系統(tǒng)都調(diào)整到正常的操作狀態(tài)后，再逐步將未加入的1/21/3催化劑送入床內(nèi)，并逐漸把反應操作調(diào)整到要求的工藝狀況。三、仿真實訓操作流程工藝流程？ 1、生產(chǎn)原理 主要原料：乙烯、丙烯、具有剩余活性的干均聚物（聚丙 烯）、氫氣（改善共聚物的本征粘度）。 主 產(chǎn) 物：高抗沖擊共聚物（具有乙烯和丙烯單體的共聚物）。 副 產(chǎn) 物：無。 反應方程式： 70，一定的壓力1.35Mpa n C2H4 + n C3H6 C2H4C3H6n。2、設備一覽 A401：R401的刮刀C401：R401循環(huán)壓縮機E401：R401氣體冷卻器E4

15、09：夾套水加熱器P401：開車加熱泵R401：共聚反應器S401：R401旋風分離器（二）裝置的操作規(guī)程1、冷態(tài)開車規(guī)程1.1、開車準備1.2、干態(tài)運行開車1.3、共聚反應物的開車1.4、穩(wěn)定狀態(tài)的過渡2、正常操作規(guī)程3、停車操作規(guī)程3.1、降反應器料位3.2、關(guān)閉乙烯進料，保壓3.3、關(guān)丙烯及氫氣進料3.4、氮氣吹掃4、儀表及報警一覽表位號說明類型正常值量程高限量程低限工程單位高報低報高高報低低報FC402氫氣進料流量PID0.355.00.0Kg/hFC403乙烯進料流量PID567.01000.00.0Kg/hFC404丙烯進料流量PID400.01000.0 0.0Kg/hPC402

16、R-401壓力PID1.403.00.0MpaPC403R-401壓力PID1.353.00.0MpaLC401R-401液位PID60.0100.00.0%TC401R-401循環(huán)氣溫度PID70.0150.00.0FI401E-401循環(huán)水流量AI36.080.00.0T/hFI405R-401氣相進料流量AI120.0250.00.0T/hTI402循環(huán)氣E-401入口溫度AI 70.0150.00.0TI403E-401出口溫度AI65.0150.00.0TI404R-401入口溫度AI75.0150.00.0TI405/1E-401入口水溫度AI60.0150.00.0TI405/2

17、E-401出口水溫度AI70.0150.00.0TI406E-401出口水溫度AI70.0150.00.0（三）事故設置一覽1、泵P401停原因：運行泵P401?！，F(xiàn)象：溫度調(diào)節(jié)器TC451急劇上升，然后TC401隨之 升高。處理：(1)調(diào)節(jié)丙烯進料閥FV404，增加丙烯進料量。 (2)調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器PC402，維持系統(tǒng)壓力。 (3)調(diào)節(jié)乙烯進料閥FV403，維持C2/C3比。2、壓縮機C-401停原因：壓縮機C-401?！，F(xiàn)象：系統(tǒng)壓力急劇上升。處理：(1)關(guān)閉催化劑來料閥TMP20。 (2)手動調(diào)節(jié)PC402，維持系統(tǒng)壓力。 (3)手動調(diào)節(jié)LC401，維持反應器料位。3、丙烯進料停原因：丙烯進料閥卡?，F(xiàn)象：丙烯進料量為0.0。處理：(1)手動關(guān)小乙烯進料量，維持C2/C3比。 (2)關(guān)催化劑來料閥TMP20。 (3)手動關(guān)小PV402，維持壓力。 (4)手動關(guān)小LC401，維持料位。4、乙烯進料停原因：乙烯進料閥卡?，F(xiàn)象：乙烯進料量為0.0。處理：(1)手動關(guān)丙烯進料，維持C2/C3比。 (2)手動關(guān)小氫氣進料，維持H2/C2比。5、D301供料停原因：D30