Fluidized bed reactors (FBR) ovat katalyyttisiä reaktoreita, joissa katalyytti on fluidisoitu reaktorin sisällä.

(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)

Yleistä

Leijukerrosreaktorit ovat heterogeenisia katalyyttisiä reaktoreita, joissa katalyytin massa fluidisoidaan. Tämä mahdollistaa laajan sekoittumisen kaikkiin suuntiin. Sekoittumisen tuloksena on erinomainen lämpötilavakaus ja lisääntynyt massansiirto ja reaktionopeus.

Leijukerrosreaktoreissa voidaan käsitellä suuria määriä syötettä ja katalyyttiä. Alla olevassa kuvassa on FBR, jota käytetään aniliinilla ja nitrobentseenillä saastuneen jäteveden käsittelyyn.

(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)

Laitteiston suunnittelu

Alla olevassa elokuvassa näytetään leijukerrosreaktorin toiminta. Ennen reaktorin käynnistämistä katalyyttipelletit ovat reaktorin pohjalla olevan arinan päällä. Reaktantteja pumpataan reaktoriin jakajan kautta jatkuvasti, jolloin kerros alkaa leijua. Sängyn käyttäytyminen alustavan fluidisoitumisen jälkeen riippuu reagoivan aineen tilasta. Jos kyseessä on neste, vuode laajenee tasaisesti reagoivan aineen virtauksen kasvaessa ylöspäin. Tätä kutsutaan homogeeniseksi fluidisoinniksi. Jos reaktantti on kaasu, vuode on epätasainen, koska kaasu muodostaa kuplia vuoteeseen, mikä johtaa aggregoituvaan fluidisaatioon. Joskus nämä kuplat voivat karkeissa materiaaleissa kasvaa suuremmiksi kuin kaksi kolmasosaa sängyn halkaisijasta, mikä voi aiheuttaa sakkautumista. Sakkautuminen voi johtaa vaihteleviin paineisiin, sängyn värähtelyyn ja lämmönsiirron heikkenemiseen. Kaasun nopeuden kasvattaminen johtaa turbulenttiseen tilaan, kuten alla on esitetty. Nopeassa fluidisoitumisessa sängyn pinta alkaa kadota. Kaasun nopeuden kasvattaminen entisestään johtaa pneumaattiseen kuljetukseen, jossa vuode poistuu kokonaan ja hiukkaset ovat tasaisesti nesteessä. Tämän prosessin aikana reaktantit reagoivat katalyyttipellettien läsnäolon vuoksi muodostaen tuotteita, jotka poistuvat jatkuvasti.

(Copyright Chemical Engineering, Access Intelligence, LLC)

Leijukerrosreaktorit ovat yleensä hyvin suuria. Ne on suunniteltava siten, että nesteen virtausnopeus on riittävä katalyyttihiukkasten suspendoimiseksi. Hiukkasten koko on tyypillisesti 10 – 300 mikronia.

Leijukerrosreaktoria suunniteltaessa on otettava huomioon myös katalyytin käyttöikä. Useimmissa leijukerrosreaktoreissa, kuten tässä esitetyssä, on erillinen osasto katalyytin regenerointia varten.

(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)

Käyttö Esimerkkejä

Leijukerrosreaktoreita käytetään yleisesti katalyyttisissä krakkausprosesseissa. Niitä käytetään myös naftaleenin hapettamisessa ftaalihappoanhydridiksi, sulfidimalmien paahtamisessa, öljyjäämien koksauksessa ja kalkkikiven kalsinoinnissa. Niitä käytetään usein silloin, kun tarvitaan suuria määriä lämmöntuottoa tai -tehoa tai kun tarvitaan tarkasti valvottuja lämpötiloja.

Alla olevia leijukerrosreaktoreita käytetään NASAn Jet Propulsion Laboratoriossa perkloraatin ja kloorattujen liuottimien poistamiseen pohjavedestä. Järjestelmä voi poistaa perkloraattia jopa 350 gallonasta pohjavettä minuutissa.

Katalyytti on helppo vaihtaa tai regeneroida.

Mahdollistaa jatkuvan, automaattisesti ohjatun toiminnan.

Tehokkaampi kaasun ja kiinteän aineen kontakti kuin muissa katalyyttisissä reaktoreissa.

Kiitokset

Chemical Engineering, Access Intelligence, LLC

Envirogen Technologies Inc. , Kingwood, TX

Fogler, Scott H. Elements of Chemical Reaction Engineering . 3rd ed. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1998. Tulosta.

Hill, Charles G. Jr. An Introduction to Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design . New York: John Wiley & Sons, Inc. 1977. Tulosta.

Kunii, Daizo, ja Levenspiel, Octave. Fluidization Engineering New York: Robert E. Krieger Publishing Co., 1977. Print.

Perry, Robert H. ja 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.

Kehittäjät

Sam Catalano

Alex Wozniak

Kelsey Kaplan

Thomas Plegue

.