3.2.4流化床反应器内部构件的选择及参数的确定.

3.2.4流化床反应器内部构件的选择及参数的确定

（一）气体分布板的计算和预分布器的选择

气体分布板位于流化床底部，是保证流化床具有良好而稳定流态化的重要构件，它的作用是支承床层上的催化剂或者其他固体颗粒；具有均匀分布气流的作用，造成良好的起始流化条件；可抑制气固系统恶性的聚式流态化，有利于保证床层稳定。分布板对整个流化床的直接作用范围仅为0.2-0.3m，然而他对整个床层流态化状态却具有决定性的影响。在生产过程中常会由于分布板设计不合理，气体分布不均匀，造成沟流和死区等异常现象。

1. 分布板的形式和结构

工业生产用的气体分布板的型式很多，主要有：直孔型、直流型、侧流型、密孔型、填充型、短管式分布板以及多管式气流分布器等，而每一种型式又有多种不同的结构。

（1）直孔型分布板

包括直孔筛分布板、凹形筛孔分布板和直孔泡帽分布板，如下图3-17所示：

（a）直孔式分布板（b）凹型分布板（c）直孔泡帽分布板

图3-17 直流式分布板

（2）直流型分布板

直流型分布板结构简单，易于设计制造。这种型式的分布板，由于气流正对床层，易产生沟流和气体分布不均匀的现象，流化质量较差。小孔容易堵塞，停车时又容易漏料，所以一般在单层流化床和多层流化床的第一层不采用这种型式。新型流化催化裂化反应器，因为催化剂颗粒与气流同时通过分布板，故采用凹形筛孔分布板。

（3）侧流型分布板

侧流型分布板如下图3-18所示，这种分布板有多种型式，有条件侧缝分布板、锥形侧缝分布板、锥形侧孔分布板、泡帽侧孔分布板等。其中锥形侧缝分布板是目前公认较好的一种，现已为流化床反应器广泛采用。他是在分布板孔中装有锥形风帽，气流从锥帽底部的侧缝或锥帽四周的侧孔流出，因其不会在顶部形成小的死区，气体紧贴分布板吹出，不致使板面温度过高，避免发生烧结和分布板磨蚀现象，避免了直孔型分布板的特点。锥帽是浇铸并经车床简单加工做成的，故施工、安装、检修都比较方便。

(a)条型侧缝分布板（b）锥型侧缝分布板（c）锥型侧孔分布板（d）泡帽侧缝分布板（e）泡帽侧孔分布板

图3-18 侧流式分布板

无分布板的旋流式喷嘴。气体通过六个方向上倾斜10°的喷嘴喷出，托起颗粒，使颗粒激烈搅动。中部的二次空气喷嘴均偏离径向20°～25°，造成了向上旋转的气流。这种流态化方式一般应用于对气体产品要求不严的粗粒流态化床中。

图3-19 无分布板的旋流式喷嘴 （4）密孔型分布板

密孔型分布板又称烧结板，被认为是气体分布均匀、初生气泡细小、流态化质量最好的一种分布板。但因易被堵塞，并且堵塞后不易排出，加上造价较高，所以工业中较少使用。

（5）填充式分布板

填充式分布板是在多孔板和金属丝网上间隔地铺上石英砂、卵石，再用金属丝网压紧。其结构简单，制造容易，并能达到均匀分布气体的要求，流态化质量较好。但在操作过程中，固体颗粒一旦进入填充层就很难被吹出，容易造成烧结。另外经过长期使用后，填充层常有松动，造成移位，降低了布气的均匀程度。

图3-20 填充式分布板 （6）短管式分布板

短管式分布板是在整个分布板上均匀设置了若干根短管，每根短管下部有一个气体流入的小孔。孔径为9-10mm ，约为管径的1/4-1/3，开孔率约为0.2%。短管长度为200mm 。短管及其下部的小孔可以防止气体涡流，有利于均匀布气，使流化床操作稳定。

图3-21 短管式分布板 图3-22 多管式气流分布器 （7）多管式气流分布板器

多管式气流分布板器是近年来发展起来的一种新型分布器，由一个主管和若干带喷射管的支管组成，由于气体向下射出，可消除床层死区，也不存在固体泄漏问题，并且可以根据工艺要求设计成均匀布气或非均匀布气的结构。另外分布器本身不同时支撑床层，可做成薄型结构。

选择和确定分布板型式，首先应考虑的是要有较好的流化质量，对于高温反应，还应注意分布板的材料和结构的选择，尽量避免高温变形影响气流分布，同时其压降要小，在操作过程中不易被堵塞和磨蚀。

2. 分布板开孔率的计算

分布板开孔率是指板上布孔的截面积与流化床床层截面积之比，以“ϕ”表示，若流化床总压降不随气速而变化，对应的开孔率称作临界开孔率。

分布板开孔率的大小，直接影响流化质量、气体的压力降以及过程操作的稳定性。 定义：%100⨯=床层截面积布孔截面积ϕ

0lgu l g P G

C E D

F B

A 图3-23 分布板总压降与流速的关系

如果分布板开孔率超过一定值后，总压降将随流速的增加而减小，总压降减小到一定数值后又会上升，

如图ADE 线所示。这是因为在流化初期，分布板压降随流速增加而增加的值抵消不了床层压降随流速增加而减小的值，所以当流速达到一定数值后，总压降又会上升。这种能使总压降具有极小点的大开孔率分布板，称为低压降分布板。

若减小分布板的开孔率，则可使系统总压降一直随流速增加而上升，并不出现极小值，这种分布板称为高压降分布板。

在上述两种开孔率之间，存在着一个值，此时总压降不随气速而变化，此开孔率称为临界开孔率，以“”表示，如图3-23中ABC 线所示。

能否保持床层良好的稳定流化条件，取决于分布板上流化床层的状态。分布板的阻力只有大于分布板上继续保持均匀布气所消耗的阻力，才能克服不稳定的聚式流态化，使已经建立起来的良好的起始流化条件稳定地保持下去。否则，床层中布气不均，将引起床层流速局部增大，以致相互影响最后使床层形成严重的沟流，破坏了操作的稳定性。所以，一般不宜采用低压降(即开孔率过大)分布板。但压降过大(即开孔率过小)，将无益地消耗动力，经济上不合理。因此，最经济最合理的分布板是具有临界开孔率的分布板。

确定开孔率，实际上就是决定分布板压力降d ∆P 的大小。两者密切相关，其关系式定义为：

2

202ϕρξu f d =∆P （3-30） 式中：ξ-分布板阻力系数，其值为1.5-2.5，对于锥帽侧缝分布板，取2.0。

①分布气临界压力降：=∆P dc 分布板阻力损失＋气流重排阻力损失。

210110021

/////////u f dc dc dc dc dc ρξ=∆P +∆P =∆P +∆P =∆P （3-31）

②稳定性临界压力降： ∆P =∆P %10.s dc （3-32）

计算结果比较：压力降取大值，开孔率取小值，然后由（3-30）求ϕ。

概念：a ：临界压力降，分布板即能起均匀布气，又能使床层具有良好的稳定性的最小压降；

b ：稳定性临界压力降，分布板阻力大于分布板上继续保持均匀布气所消耗的阻力，才能保持床层良好的稳定流化条件，克服不稳定聚式或流态化；

c ：布气临界压力降，布气均匀对分布板压力降的要求，由气体在分布板前的流型决定，其大小与预分布器有关。布气均匀与良好稳定性对分布板压力降要求，不仅数值有差别，而且本质也不同。

目前，国内流化床反应器分布板开孔率多取0.4%-1.4%。参见下表3-5。 产 品

开孔率/% 备 注 丁烯氧化脱氢

异戊二烯

石油催化裂化（再生器）

苯酐

苯酐

苯酐

三氯氢硅 1.4 2.87 0.46 0.48 1.25 1.12 1.3 锥帽以直孔计 凹形板，循环流化 凹形板，循环流化 以中心管开孔计 以中心管开孔计 以中心管开孔计

以中心管开孔计