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一類利用流態化技術對流體或固體顆粒進行物理或化學加工的化工設備,用作化學加工的又專稱流化床反應器。

1基本概述

流態化設備 fluidization equipment   又稱流化床設備,用於物理加工的包括乾燥、浸取、吸附和離子交換、顆粒混合、流固換熱等操作。典型的流態化設備有單層流化床、多層流化床、多室流化床和兩器流化床。

2單層流化床

在床層底部(圖1)設置一分佈板,例如燒結板、多孔板、泡罩板等。開工前將固體顆粒加到板上形成床層,流體自下而上通過分佈板,均勻地進入床層使顆粒層流化,然後從頂部離去。設備側壁設有加料口和出料口,以連續加入和卸出固體物料。用出料口的位置控制床層高度。由於固體顆粒中常帶有細粉,顆粒在床層中因摩擦、碰撞也會產生粉塵,因而離開床層的流體常帶有粉塵,需予以回收。回收的粉塵可返回床層或直接作為產品。對於氣固系統,常用的粉塵分離裝置是旋風分離器(見離心沉降)和袋濾器(見過濾設備)。在流化床中,固體顆粒充分混合,因而用作傳質設備時,相當於分級接觸傳質設備的一個級。

3多層流化床

具有類似板式塔的結構(圖2),顆粒物料加到頂部床層,經溢流管逐層下降。流體先經底層分佈板進入底部床層,逐層上升,使各層顆粒流態化,進行氣固逆流分級接觸。最後離開床層的流體須經分離裝置回收夾帶的粉塵。多層流化床正常運行的關鍵在於溢流管能否正常工作。為確保顆粒能通過溢流管順利下降,而又防止流體穿過溢流管短路上升,在溢流管下端設置適當的堵頭或其他裝置。多層流化床不僅能起逆流多級接觸的作用,有時還可根據工藝要求,在各床層中設置適當的換熱面,以調節各層的溫度。

4多室流化床

設備的橫截面一般為矩形,用垂直擋板將設備沿長度方向分成多室(一般4~8室)。擋板下沿與分佈板面之間留有幾十毫米的間隙,作為室間粉粒通道。最後一室有控制床面的堰板。流體平行進入各室,顆粒則依次通過各室,因此多室流化床不僅能抑制顆粒在整個床層內的返混,而且還能調節通入各室流體的流速和溫度。多室流化床比多層流化床設備容易控制,總壓降也小;但傳熱、傳質推動力較多層床小,用於乾燥時空氣熱量利用效率較差(見流化乾燥)。

5兩器流化床

有兩個流化床(圖3),在左側流化床中,原料氣與固體顆粒層接觸進行某種操作(如吸附);在右側流化床中,用另外的氣流進行失效顆粒的再生(如脫附),兩流化床間由氣力輸送管連接進行顆粒輸送,使整個操作能連續進行。

6綜述

如果流化床需加入或取出熱量,可以在設備壁面及床層內設置換熱面。流化床層與換熱面間的對流傳熱十分強烈。在流化催化反應器中,沿不同高度上設置若干擋板(圖4)或擋網,可以割裂氣泡,限制其尺寸,改善氣固接觸;同時也限制了顆粒間的混合,造成床層沿高度方向的溫度梯度。流化床層內的垂直構件,是換熱管束和旋風分離器的料腿(將回收的固體顆粒送回床層的導管)。在床層內均勻布置這些構件,相當於將床層作縱向分割,也可限制氣泡的尺寸,改善流態化質量。
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