1 简介
流化床反应器指固体颗粒物料在气流(或液流)作用下,在设备内呈悬浮运动状态(即流化状态)。流化状态下的固体颗粒层具有液体的特性,例如,悬浮的固体颗粒层像水一样能保持一定水平界面并具有静压力和浮力,像水一样具有流动性等。也将这种技术称为气固流态化技术。
气体流经固体颗粒构成的床料层,当气体流速比较低时,固体没有相对运动,气体流经颗粒之间的间隙流过床层,这是的气固接触形式称为固定床。在此基础上进一步提高气体流速,气体对颗粒的曳力(及气体流进颗粒表面的摩擦力)和浮力之和超过了颗粒的重力,颗粒被悬浮起来,颗粒之间不再有作用力,气固体系具备了流体的性质,固体被流化,这时处于初始流态化状态。若进一步提高气体的流速,床层不断膨胀。当更多的气体进入体系,超过初始流态化需要的气体流速的气体,以气泡的形式穿越床层,这就是鼓泡流态化。随着气速的进一步增加,床表面有大量的颗粒被夹带离开床层,床表面的界面不再清晰,此时对应的是湍流床。利用气固接触的鼓泡床或湍流床形式进行气固反应的反应器,称之为流化床反应器。
流化床反应器在用于气固系统时,又称沸腾床反应器。流化床现象最早是德国人Fritz Winkler发现的,在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化炉,这就是著名的温克勒炉(见煤气化炉);其大规模工业应用是40年代麻省理工学院的Warren Lewis等的石油催化裂化。目前,流化床反应器已在化工、石油、冶金、核工业等部门得到广泛应用。
2 产品分类
按流化床反应器的应用可分为两类:一类的加工对象主要是固体,如矿石的焙烧,称为固相加工过程;另一类的加工对象主要是流体,如石油催化裂化、酶反应过程等催化反应过程,称为流体相加工过程。
3 结构形式
流化床反应器的结构有两种形式:①有固体物料连续进料和出料装置,用于固相加工过程或催化剂迅速失活的流体相加工过程。例如催化裂化过程,催化剂在几分钟内即显著失活,须用上述装置不断予以分离后进行再生。②无固体物料连续进料和出料装置,用于固体颗粒性状在相当长时间(如半年或一年)内,不发生明显变化的反应过程。