流化床反應(yīng)器是一種利用氣體或液體通過(guò)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(guò)程或液固相反應(yīng)過(guò)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(guò)程或催化劑迅速失活的流體相加工過(guò)程。例如催化裂化過(guò)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(wú)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(zhǎng)時(shí)間(如半年或一年)內(nèi),不發(fā)生明顯變化的反應(yīng)過(guò)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);
?。?)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(guò)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(guò)程影響因素的多樣性,對(duì)于反應(yīng)器來(lái)說(shuō),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(guò)程中的劇烈循環(huán)和攪動(dòng),無(wú)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(guò)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;
(3)由于固體催化劑在流動(dòng)過(guò)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(guò)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。