任務(wù)24流化床反應(yīng)器操作指導(dǎo)

任務(wù)24流化床反應(yīng)器操作指導(dǎo)第1頁/共75頁固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器：床層溫度難以控制，熱效應(yīng)大的反應(yīng)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。溫度最高溫度第2頁/共75頁請關(guān)注：什么是流化床反應(yīng)器？流化床反應(yīng)器的特點？流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)？第3頁/共75頁一、流態(tài)化現(xiàn)象二、流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)三、流化床反應(yīng)器的床型四、流化床反應(yīng)器主體尺寸的確定五、流化床反應(yīng)器的操作指導(dǎo)六、仿真實訓(xùn)工藝流程請關(guān)注：第4頁/共75頁一、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(yīng)、顆粒物料燃燒汽化、干燥、焙燒以及輸送等過程。第5頁/共75頁第6頁/共75頁第7頁/共75頁1、流態(tài)化的形成

第8頁/共75頁第9頁/共75頁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0.15～0.5m/s。對熱效應(yīng)不大、反應(yīng)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umfut第10頁/共75頁流態(tài)化的形成過程第11頁/共75頁流化數(shù)流化數(shù)一般在1.5～10的范圍內(nèi)，也有高達(dá)幾十甚至幾百的。如制苯酐的流化數(shù)k≥10～40，石油催化裂化k=300～1000。第12頁/共75頁2、實際流態(tài)化現(xiàn)象第13頁/共75頁散式流態(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?！硐肓鲬B(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。第14頁/共75頁

兩種流態(tài)化Δp與u的關(guān)系第15頁/共75頁

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(shè)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??；氣體分布板設(shè)計不完善，通氣孔數(shù)少。處理方法：預(yù)先干燥物料并適當(dāng)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)等第16頁/共75頁大氣泡和騰涌現(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(dāng)?shù)竭_(dá)某一高度時，氣泡破裂，顆粒層也隨之崩裂，顆粒層被崩離床層，然后落下。后果：氣固接觸不良，降低設(shè)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(shè)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第17頁/共75頁二、流化床反應(yīng)器的操作維護(hù)知識第18頁/共75頁結(jié)構(gòu)

構(gòu)成

濃相段稀相段擴(kuò)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(yù)分布器）等。2、流化床反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)P131、P135動畫第19頁/共75頁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(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)第20頁/共75頁氣體預(yù)分布器氣體分布板氣體分布裝置包括氣體預(yù)分布器和氣體分布板。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。第21頁/共75頁彎管式預(yù)分布器第22頁/共75頁同心圓殼式分布器第23頁/共75頁帽式分布器第24頁/共75頁充填式分布器第25頁/共75頁開口式分布器第26頁/共75頁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(dǎo)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第27頁/共75頁(1)直孔型分布板第28頁/共75頁泡帽側(cè)縫分布板泡帽側(cè)孔分布板(3)側(cè)流型分布板第29頁/共75頁條形側(cè)縫分布板直孔泡帽分布板第30頁/共75頁錐型側(cè)縫分布板錐型側(cè)孔分布板錐型側(cè)縫分布板第31頁/共75頁內(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；（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。第32頁/共75頁內(nèi)旋擋板第33頁/共75頁外旋擋板第34頁/共75頁多旋擋板缺點：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。第35頁/共75頁氣固分離裝置作用：回收細(xì)粒形式：設(shè)置分離段設(shè)置收塵器旋風(fēng)分離器、過濾管第36頁/共75頁第37頁/共75頁第38頁/共75頁流化床內(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：夾套第39頁/共75頁列管式換熱器：單管式第40頁/共75頁列管式換熱器：套管式第41頁/共75頁立式管束式第42頁/共75頁橫排管束式換熱器第43頁/共75頁鼠籠式換熱器第44頁/共75頁第45頁/共75頁蛇管式換熱器第46頁/共75頁氣固相反應(yīng)器的選擇第47頁/共75頁三、流化床反應(yīng)器的床型第48頁/共75頁四、流化床反應(yīng)器主體尺寸的確定①流化床直徑的計算②流化床高度的確定擴(kuò)大段稀相段（分離段）濃相段錐底第49頁/共75頁（1）流化床直徑的計算式中

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。第50頁/共75頁擴(kuò)大段直徑第51頁/共75頁流化床基本結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)

構(gòu)成

濃相段稀相段擴(kuò)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(yù)分布器）等。第52頁/共75頁流化床高度的確定1．流化床層高度(濃相段高度)h12．分離段高度h’23．?dāng)U大段高度h”24．錐底部分高度h3流化床總高度h=h1+h’2+h”2+h3第53頁/共75頁五、流化床反應(yīng)器的操作指導(dǎo)

（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)生第54頁/共75頁（一）顆粒粒度和組成的控制對流態(tài)化質(zhì)量和化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率有重要影響。氨氧化制丙烯腈的反應(yīng)器：要求粒徑小于44μm的“關(guān)鍵組分”粒子占20%-40%，措施：安裝“造粉器”。造粉：當(dāng)發(fā)現(xiàn)床層內(nèi)粒徑小于44μm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44μm離子的含量。檢測：在造粉過程中，要不斷從反應(yīng)器中取出固體顆粒樣品，進(jìn)行粒度和含量的分析，直到細(xì)粉含量達(dá)到要求為止。第55頁/共75頁（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(jìn)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12-25.4mm，為了確保管線不漏氣，所有絲接的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(yù)測或發(fā)現(xiàn)操作故障。第56頁/共75頁（三）溫度的測量與控制目標(biāo)：床內(nèi)溫度分布均勻，符合工藝要求的溫度范圍，化學(xué)反應(yīng)的最優(yōu)反應(yīng)溫度。測量手段：標(biāo)準(zhǔn)的熱敏元件，如適應(yīng)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(yīng)過于劇烈換熱設(shè)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(yīng)物流量或配比加以改變?！右耘懦?7頁/共75頁（四）流量控制保證最優(yōu)流化狀態(tài)下，有較高的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。一般原則是氣量達(dá)到最優(yōu)流態(tài)化所需的氣速后，應(yīng)在不超過工藝要求的最高反應(yīng)溫度或不低于工藝要求的最低反應(yīng)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(dāng)氣體中含有水、油和固體粉塵時，通常要先凈化，然后再進(jìn)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(chǔ)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。第58頁/共75頁（五）開停車及防止事故的發(fā)生粗顆粒：細(xì)顆粒：容易團(tuán)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(yīng)器，以便趕走反應(yīng)器內(nèi)的濕氣，使反應(yīng)器趨于熱穩(wěn)定狀態(tài)。2．當(dāng)反應(yīng)器達(dá)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(yīng)器內(nèi)，直至反應(yīng)器內(nèi)的催化劑量足以封住一級旋風(fēng)分離器料腿時，才開始向反應(yīng)器內(nèi)送入速度超過臨界流化速度不太多的熱風(fēng)（熱風(fēng)進(jìn)口溫度應(yīng)大于400℃），直至催化劑量加到規(guī)定量的1/2～1/3時，停止輸送催化劑，適當(dāng)加大流態(tài)化熱風(fēng)。對于熱風(fēng)的量，應(yīng)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。第59頁/共75頁（五）開停車及防止事故的發(fā)生粗顆粒：細(xì)顆粒：容易團(tuán)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(dāng)床溫達(dá)到可以投料反應(yīng)的溫度時，開始投料。如果是放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，逐步降低進(jìn)氣溫度，直至切斷熱源，送入常溫氣體。如果有過剩的熱能，可以提高進(jìn)氣溫度，以便回收高值熱能的余熱，只要工藝許可，應(yīng)盡可能實行。

4．當(dāng)反應(yīng)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1/2～1/3催化劑送入床內(nèi)，并逐漸把反應(yīng)操作調(diào)整到要求的工藝狀況。第60頁/共75頁三、仿真實訓(xùn)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(yīng)方程式：70℃，一定的壓力1.35Mpa

nC2H4+nC3H6→[C2H4—C3H6]n。第61頁/共75頁第62頁/共75頁第63頁/共75頁2、設(shè)備一覽

A401：R401的刮刀

C401：R401循環(huán)壓縮機(jī)

E401：R401氣體冷卻器

E409：夾套水加熱器

P401：開車加熱泵

R401：共聚反應(yīng)器

S401：R401旋風(fēng)分離器第64頁/共75頁（二）裝置的操作規(guī)程1、冷態(tài)開車規(guī)程1.1、開車準(zhǔn)備1.2、干態(tài)運行開車1.3、共聚反應(yīng)物的開車1.4、穩(wěn)定狀態(tài)的過渡第65頁/共75頁2、正常操作規(guī)程3、停車操作規(guī)程3.1、降反應(yīng)器料位3.2、關(guān)閉乙烯進(jìn)料，保壓3.3、關(guān)丙烯及氫氣進(jìn)料3.4、氮氣吹掃第66頁/共75頁4、儀表及報警一覽表第67頁/共75頁（三）事故設(shè)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(jìn)料閥FV404，增加丙烯進(jìn)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(jìn)料閥FV403，維持C2/C3比。第68頁/共75頁2、壓縮機(jī)C-401停原因：壓縮機(jī)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(yīng)器料位。第69頁/共75頁3、丙烯進(jìn)料停原因：丙烯進(jìn)料閥卡?，F(xiàn)象：丙烯進(jìn)料量為0.0。處理：(1)手