流化床反應(yīng)器是指氣體在由固體物料或催化劑構(gòu)成的沸騰床層內(nèi)進行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備。又稱“沸騰床反應(yīng)器”。氣體在一定的流速范圍內(nèi)，將堆成一定厚度（床層）的催化劑或物料的固體細粒強烈攪動，使之象沸騰的液體一樣并具有液體的一些特性，如對器壁有流體壓力的作用、能溢流和具有粘度等，此種操作狀況稱為“流化床”。反應(yīng)器上部有擴大段，內(nèi)裝旋風(fēng)分離器，用以回收被氣體帶走的催化劑；底部設(shè)置原料進口管和氣體分布板；中部為反應(yīng)段，裝有冷卻水管和導(dǎo)向擋板，用以控制反應(yīng)溫度和改善氣固接觸條件。
簡介
流化床反應(yīng)器指固體顆粒物料在氣流（或液流）作用下，在設(shè)備內(nèi)呈懸浮運動狀態(tài)（即流化狀態(tài)）。流化狀態(tài)下的固體顆粒層具有液體的特性，例如，懸浮的固體顆粒層像水一樣能保持一定水平界面并具有靜壓力和浮力，像水一樣具有流動性等。也將這種技術(shù)稱為氣固流態(tài)化技術(shù)。
氣體流經(jīng)固體顆粒構(gòu)成的床料層，當(dāng)氣體流速比較低時，固體沒有相對運動，氣體流經(jīng)顆粒之間的間隙流過床層，這是的氣固接觸形式稱為固定床。在此基礎(chǔ)上進一步提高氣體流速，氣體對顆粒的曳力(及氣體流進顆粒表面的摩擦力)和浮力之和超過了顆粒的重力，顆粒被懸浮起來，顆粒之間不再有作用力，氣固體系具備了流體的性質(zhì)，固體被流化，這時處于初始流態(tài)化狀態(tài)。若進一步提高氣體的流速，床層不斷膨脹。當(dāng)更多的氣體進入體系，超過初始流態(tài)化需要的氣體流速的氣體，以氣泡的形式穿越床層，這就是鼓泡流態(tài)化。隨著氣速的進一步增加，床表面有大量的顆粒被夾帶離開床層，床表面的界面不再清晰，此時對應(yīng)的是湍流床。利用氣固接觸的鼓泡床或湍流床形式進行氣固反應(yīng)的反應(yīng)器，稱之為流化床反應(yīng)器。
流化床反應(yīng)器在用于氣固系統(tǒng)時，又稱沸騰床反應(yīng)器。流化床現(xiàn)象最早是德國人Fritz Winkler發(fā)現(xiàn)的，在現(xiàn)代工業(yè)中的早期應(yīng)用為20世紀(jì)20年代出現(xiàn)的粉煤氣化爐，這就是著名的溫克勒爐（見煤氣化爐）；其大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用是40年代麻省理工學(xué)院的Warren Lewis等的石油催化裂化。目前，流化床反應(yīng)器已在化工、石油、冶金、中核集團等部門得到廣泛應(yīng)用。
產(chǎn)品分類
按流化床反應(yīng)器的應(yīng)用可分為兩類：一類的加工對象主要是固體，如礦石的焙燒，稱為固相加工過程；另一類的加工對象主要是流體，如石油催化裂化、酶反應(yīng)過程等催化反應(yīng)過程，稱為流體加工過程。
結(jié)構(gòu)形式
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)進料和出料裝置，用于固相加工過程或催化劑迅速失活的流體相加工過程。例如催化裂化過程，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行再生。②無固體物料連續(xù)進料和出料裝置，用于固體顆粒性狀在相當(dāng)長時間（如半年或一年）內(nèi)，不發(fā)生明顯變化的反應(yīng)過程。
產(chǎn)品優(yōu)缺點
與固定床反應(yīng)器相比，流化床反應(yīng)器的優(yōu)點是：①可以實現(xiàn)固體物料的連續(xù)輸入和輸出；②流體和顆粒的運動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，特別適用于強放熱反應(yīng)；③便于進行催化劑的連續(xù)再生和循環(huán)操作，適于催化劑失活速率高的過程的進行，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程影響因素的多樣性，對于反應(yīng)器來說，流化床又存在很明顯的局限性：①由于固體顆粒和氣泡在連續(xù)流動過程中的劇烈循環(huán)和攪動，無論氣相或固相都存在著相當(dāng)廣的停留時間分布，導(dǎo)致不適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品分布，降低了目標(biāo)產(chǎn)物的收率；②反應(yīng)物以氣泡形式通過床層，減少了氣-固相之間的接觸機會，降低了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率；③由于固體催化劑在流動過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動、大量細粒催化劑的帶出，造成明顯的催化劑流失；④床層內(nèi)的復(fù)雜流體力學(xué)、傳遞現(xiàn)象，使過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)驗放大、經(jīng)驗操作。
近年來，細顆粒和高氣速的湍流流化床及高速流化床均已有工業(yè)應(yīng)用。在氣速高于顆粒夾帶速度的條件下，通過固體的循環(huán)以維持床層，由于強化了氣固兩相間的接觸，特別有利于相際傳質(zhì)阻力居重要地位的情況。但另一方面由于大量的固體顆粒被氣體夾帶而出，需要進行分離并再循環(huán)返回床層，因此，對氣固分離的要求也就很高了。（見流態(tài)化、流態(tài)化設(shè)備）
參考資料 >
反應(yīng)器以及油體的催化裂解或催化裂化方法與流程.X技術(shù).2024-10-14
一種流化床氣相沉積反應(yīng)器的制作方法 .X技術(shù).2024-10-14
化工人必學(xué)第1422期：看見五花八門的化工“反應(yīng)器”就迷糊？安排 → .內(nèi)蒙古化工.2024-10-14