Fluidized bed reaktorer (FBR) er katalytiske reaktorer, hvor katalysatoren er fluidiseret i reaktoren.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Generel information
Fluidized bed-reaktorer er heterogene katalytiske reaktorer, hvori katalysatormassen er fluidiseret. Dette giver mulighed for omfattende opblanding i alle retninger. Et resultat af blandingen er fremragende temperaturstabilitet og øget masseoverførsel og reaktionshastighed.
Fluidized bed-reaktorer er i stand til at håndtere store mængder foder og katalysator. På billedet nedenfor ses en FBR, der anvendes til behandling af anilin- og nitrobenzenforurenet spildevand.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Udstyrsdesign
Filmen nedenfor viser driften af en fluidiseret bed-reaktor. Før reaktoren startes, ligger katalysatorpillerne på en rist i bunden af reaktoren. Reaktanter pumpes løbende ind i reaktoren gennem en fordeler, hvilket får sengen til at blive fluidiseret. Sengens opførsel efter den indledende fluidisering afhænger af reaktantens tilstand. Hvis der er tale om en væske, udvider sengen sig jævnt med en øget opadgående strøm af reaktant. Dette kaldes homogen fluidisering. Hvis reaktanten er en gas, vil sengen være uensartet, fordi gassen danner bobler i sengen, hvilket resulterer i aggregerende fluidisering. Nogle gange kan disse bobler i grove materialer vokse sig større end to tredjedele af sengens diameter, hvilket kan forårsage slamdannelse. Slugging kan resultere i varierende tryk, vibrationer i sengen og nedsat varmeoverførsel. En forøgelse af gassens hastighed fører til et turbulent regime, som vist nedenfor. I det hurtige fluidiseringsregime begynder sengens overflade at forsvinde. Hvis gashastigheden øges yderligere, opstår der pneumatisk transport, hvor bedet fjernes fuldstændigt, og partiklerne er ensartet fordelt i væsken. Under denne proces reagerer reaktanterne på grund af tilstedeværelsen af katalysatorpillerne og danner produkter, som fjernes kontinuerligt.
(Copyright Chemical Engineering, Access Intelligence, LLC)
Fluidized bed-reaktorer er generelt meget store. De skal være konstrueret således, at væskestrømningshastigheden er tilstrækkelig til at suspendere katalysatorpartiklerne. Partiklerne har typisk en størrelse på mellem 10 og 300 mikrometer.
Ved udformningen af en fluidiseret bed-reaktor skal der også tages hensyn til katalysatorens levetid. De fleste fluidbedreaktorer, som f.eks. den her viste, har et separat rum til regenerering af katalysatoren.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Anvendelse Eksempler på anvendelse
Fluidbedreaktorer anvendes almindeligvis i katalytiske krakningsprocesser. De anvendes også til oxidation af naphthalen til phthalsyreanhydrid, ristning af sulfidmalme, forkoksning af petroleumrester og kalcinering af kalksten. De anvendes ofte, når der er behov for store mængder varmetilførsel eller -afgivelse, eller når der er behov for nøje kontrollerede temperaturer.
Nedenstående fluidbedreaktorer anvendes i NASA’s Jet Propulsion Laboratory til fjernelse af perchlorat og klorerede opløsningsmidler fra grundvand. Systemet kan fjerne perchlorat fra op til 350 gallon grundvand pr. minut.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Fordele
Ulemper
- Jævn temperaturfordeling eliminerer hot spots.
- Katalysatoren kan let udskiftes eller regenereres.
- Giver mulighed for kontinuerlig, automatisk styret drift.
- Mere effektiv kontakt mellem gas og faststof end i andre katalytiske reaktorer.
- Dyrt at konstruere og vedligeholde.
- Der kan forekomme erosion af reaktorvægge.
- Udstyr til regenerering af katalysator er dyrt.
- Katalysatoren kan blive deaktiveret.
- Kan ikke anvendes med katalysatorfaststoffer, der ikke vil flyde frit.
- Stort tryktab.
- Attrition, opløsning af katalysatorpellets som følge af stød mod reaktorvægge, kan forekomme.
Anerkendelser
Chemical Engineering, Access Intelligence, LLC
Envirogen Technologies Inc. , Kingwood, TX
Fogler, Scott H. Elements of Chemical Reaction Engineering . 3. udgave. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1998. Print.
Hill, Charles G., Jr. An Introduction to Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design . New York: John Wiley & Sons, Inc. 1977. Print.
Kunii, Daizo, og Levenspiel, Octave. Fluidization Engineering New York: Robert E. Krieger Publishing Co., 1977. Print.
Perry, Robert H., og Don W. Green. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook . 7th ed. New York: McGraw-Hill Inc., 1997. Print.
Walas, Stanley M. Chemical Process Equipment: Selection and Design . Boston: Butterworth- Heinemann, 1990. Print.
Walas, Stanley M. Reaction Kinetics for Chemical Engineers . New York: McGraw-Hill Inc., 1959. Print.
Udviklere
Sam Catalano
Alex Wozniak
Kelsey Kaplan
Thomas Plegue