炼油工艺学PPT课件 第十章 催化裂化 第五节 流态化基本原理

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E Gs2 Gs1 Gs=0
D 噎塞速度
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工业装置中，提升管入口线速一般采用4.5～7.5m/s,在 提升管出口处的气体线速增大到8～18m/s 催化剂的滑落 催化剂颗粒在提升管中是被油气携带上去的，它 的上升速度总是要比气体速度低些，这种现象称为催 化剂的滑落 气体线速度uf与催化剂线速度us之比则称为滑落系数
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流化床的不足之处主要表现在： ①气固接触不充分，因此一般鼓泡床很难达到很高的 转化率； ②气固流化床由于返混造成催化剂在床层内停留时间 不均一； ③催化剂在床层中剧烈搅动，造成催化剂颗粒和设备 磨损； ④在生产负荷太低的情况下，流化床操作难以平稳， 操作波动大
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②由实测压差计算 生产中通常是直接测定两点的压差得到压降，即： P1-P2=△P
p h h p ( p a p f )
[p (pa p f )] / h
在一般情况下：(p a
p
f
) p
上式可简化为： p / h γ´称作“视密度”；由γ´计算得到的△P(即)称作“蓄压”
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因此，固体颗粒的流化可根据气速划分成三个阶段： ①固定床阶段，u<umf； ②流化床阶段，umf<u<ut； ③稀相输送阶段，u>ut
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在固定床阶段，气体通过固定床颗粒之间的 空隙时，因有摩擦阻力而产生压降，摩擦阻力与 气体流速的平方成正比，故u↗，床层压降↗
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床层颗粒之间的空隙所占的体积 床层体积
固体颗粒的重量为一定值，即V(1-ε)为一定值，因此当 气速增大时，V↗，ε↗，但V(1-ε)不变，因此，△P.F 也不变 随着气速上升，所受摩擦阻力增大，当u达到ut时，催化 剂的浮力比重力大了，催化剂也就被气体带走了
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当床层所受压力达到平衡时，床层被悬浮起来而颗粒自 由运动。床层受三个力作用：重力、摩擦力和浮力。对催 化剂来说，其摩擦力与床层压降有关:
P F V (1 ) 固 V (1 ) 气 V (1 ) ( 固 气 )
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5．流化床反应器的特点 其优点有： ①由于返混和传热效率高，床层各部分温度较均匀，避 免了局部高温现象，对强放热反应(再生)，可采用较高的反 应温度以提高反应速度； ②气-固运动很激烈，且固体颗粒的直径很小，因此气 固之间的传质效率高，提高了传质步骤的速率，对于扩散控 制的化学反应特别有利； ③固体处于流化态，具有流体一样的流动性，装卸、输 送都很方便； ④催化剂在反应器和再生器之间大量循环，简化了设 备，又传送了大量的热量，可以进行自动控制
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⑦输送分离高度(分离空间高度) 随着气体离开床面向上运动，沿整个容器截面的速度分 布趋于均匀，当气体上升至某个高度时，气体分布达到均 一，等于表观气速，此时的高度(以床面为基准)即称为 “空间分离高度”或“输送分离高度”
TDH / DT ( 2.7 DT0.36 0.7) exp( 0.7u f DT0.23 )
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要使催化剂能在管线中稳定流动，则催化剂受的阻力=推 动力 由柏努力方程可得：
p1 p 2 h p a p f ,t p f ,v
在设计斜管时，必须让输送斜管与水平面的夹角大于催 化剂的休止角θr 在工业催化裂化装置中，输送斜管与垂直线的夹角一般 采用27°～35° 为了使催化剂不在容器的底部沉积，应使容器底部锥体 斜面与水平线的夹角大于催化剂的内摩擦角
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1.催化剂的循环线路
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2.充气流动的压降 气-固混合物在流化状态下由1点流至2 点时的压降为：
p1 p 2 h p a p f ,t p f ,v
能够继续随气体上升至输送分离高度以上的颗粒只是那 些终端速度低于表观气速的细粉，也就是说，在稀相段的 颗粒浓度随高度增加而减小，到达输送分离高度以后，颗 粒浓度不再降低
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4．快速流化床 随着气速的增大，当气速达到ufp时，即进入快速床阶段， 此时，必须依靠提高固体颗粒的循环量才能维持床层密度 形成快速流化床的基本前提条件是： ①流化固体是细颗粒； ②气速超过固体颗粒的终端速度，ufp=3～4ut； ③有一定的循环量，以保证床层有一定的密度。 快速流化床的特点是： ①床层很均匀； ②采用气速高、处理量大； ③气固接触良好
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2．鼓泡床的一些基本现象 鼓泡床的固体颗粒不是以单个而是以集团进行运动的 鼓泡床的床层包括气泡相和颗粒相两部分 ①气泡的形状 ②气体返混和固体返混 ③气泡的形成 ④气节和沟流
图2
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图1
图3
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⑤密相床和稀相 在流化床床层的顶部有一个波动的界面，界面以下成为 密相床，界面以上的空间称为稀相 气速较低时，稀相和密相之间有明显的界面；随着气速 的增大，密相床的密度变小而稀相的密度增大，两相之间 的界面逐渐变得不明显 ⑥催化剂的夹带 被固体带到稀相的固体颗粒可以分为两部分： ★细颗粒：终端速度低于表观速度 ★较粗颗粒：终端速度比表观速度大
滑落系数
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uf us

uf u f ut
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四：催化剂的循环
流化催化裂化的反应器和再生器之间必须有大量的催化剂 循环，因为催化剂不仅要周期性的反应和再生以维持一定 的活性水平，而且还要起到取热和供热的热载体的作用 能否实现稳定的催化剂循环，是催化裂化装置设计和生产 中的关键性问题 流化催化裂化装置的催化剂循环采用密相输送的方法，在 提升管催化裂化装置中是采用斜管或立管输送的
第五节 流态化基本原理
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一：流态化的形成和转化
1．固定床、流化床及稀相输送 ①当气速较小时，催化剂堆紧，为固定床阶段； ②当气速增达到一定程度以后，床层开始膨胀，为膨胀 床； ③当u=umf时，固体粒子被气流悬浮起来做不规则运 动，为流化床阶段； ④继续增大气速至u=ut，催化剂开始被气流带走，为稀 相输送阶段
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固体颗粒的密相输送有两种形态： 粘滑流动:固体之间互相压紧、阵发性的缓慢向下流动 充气流动:固体颗粒和气体的相对速度较大，足以使固体 流化起来，气-固混合物具有流体的性质，可以向任意方向 流动 在提升管催化裂化装置中，常 用斜管进行催化剂输送
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料柱产生的静压差△Ph=γ﹒△h(简称静压)，一般有两种计 算方法： ①由气体和固体的流量计算
( kg / m )
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W g Ws V g Vs
上式可简化为：γ=Ws/Vg 考虑滑落系数φ时：γ=φWs/Vg
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线 路
再生剂线路 再生器顶压力 稀相静压
待生剂线路 沉降器顶压力 沉降器静压 汽提段静压 待生斜管静压 再生器顶压 稀相静压 过渡段静压 再生器密相静压 待生滑阀压降
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推动力
密相静压 再生斜管静压 沉降器顶压力 稀相静压
阻力
提升管总压降 伞帽压降 再生滑阀压降
蓄压 p h h ( pa p f )
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3．催化剂循环的压力平衡 为了使催化剂在循环线路中 能按照预定的方向作稳定流 动，不出现倒流、窜气现象， 保持循环管路的压力平衡是十 分必要的。实际上这个问题与 反应器-再生器的压力平衡问 题是紧密相关的。两器之间的 压力平衡对于确定两器的相对 位置及其顶部采用的压力也是 十分重要的
2．气-固流态化域 根据流化床中气体的表观气速不同，床层可以分为几 种不同的流化状态:固定床、散式流化床、鼓泡流化床、 湍动床、快速床和输送床 ①固定床 ②散式流化床 ③鼓泡流化床 ④湍动床 ⑤快速床 ⑥输送床
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二：流化床的一些基本现象
1．散式流化 没有聚集现象，床层界面平稳，随着气速的增大，床 层的空隙率增大，床层膨胀 可以用床高与起始流化时的床高之比LB/Lmf来表示床层 的膨胀程度，亦称膨胀比 影响膨胀比的因素有固体颗粒的性质和粒径、气体的 流速和性质、床径和床高等 在催化裂化装置中，催化剂的密相输送就是处于散式 流化状态
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三：提升管中的气-固流动(垂直管中的稀相输送)
气-固输送可以根据密度不同而分为稀相输送和密相输送， 通常以100kg/m3为划分界限 在提升管中，气-固混合物的密度大约十几到几十千克每立 方米，因此属于稀相输送的范围
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