A fluidizált ágyas reaktorok (FBR) olyan katalitikus reaktorok, amelyekben a katalizátor a reaktorban fluidizálódik.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Általános információk
A fluidágyas reaktorok heterogén katalitikus reaktorok, amelyekben a katalizátor tömege fluidizált. Ez lehetővé teszi a kiterjedt keveredést minden irányban. A keveredés eredménye a kiváló hőmérsékleti stabilitás és a megnövekedett tömegátadási és reakciósebesség.
A fluidizált ágyas reaktorok nagy mennyiségű betáplálék és katalizátor kezelésére alkalmasak. Az alábbi képen egy anilin- és nitrobenzollal szennyezett szennyvíz kezelésére használt FBR látható.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Berendezés kialakítása
Az alábbi film egy fluidágyas reaktor működését mutatja be. A reaktor indítása előtt a katalizátor pelletek a reaktor alján lévő rácson fekszenek. A reaktánsokat egy elosztón keresztül folyamatosan pumpálják a reaktorba, így az ágy fluidizálódik. Az ágy viselkedése a kezdeti fluidizáció után a reaktáns állapotától függ. Ha folyadékról van szó, az ágy egyenletesen tágul a reaktáns felfelé irányuló áramlásának növekedésével. Ezt nevezzük homogén fluidizációnak. Ha a reaktáns gáz, az ágy nem lesz egyenletes, mert a gáz buborékokat képez az ágyban, ami aggregatív fluidizációt eredményez. Néha ezek a buborékok a durva anyagokban az ágy átmérőjének kétharmadánál nagyobbra nőhetnek, ami csurgást okozhat. Az eltömődés változó nyomást, az ágyban fellépő rezgéseket és a hőátadás csökkenését eredményezheti. A gáz sebességének növelése turbulens rendszerhez vezet, ahogy az alább látható. A gyors fluidizációs rezsimben az ágy felülete kezd eltűnni. A gázsebesség további növelése pneumatikus szállítást eredményez, amelyben az ágy teljesen eltűnik, és a részecskék egyenletesen helyezkednek el a folyadékban. A folyamat során a katalizátor pelletek jelenlétének köszönhetően a reaktánsok reakcióba lépnek, és termékeket képeznek, amelyek folyamatosan eltávolításra kerülnek.
(Copyright Chemical Engineering, Access Intelligence, LLC)
A fluidágyas reaktorok általában nagyon nagyok. Úgy kell őket megtervezni, hogy a folyadék áramlási sebessége elegendő legyen a katalizátor részecskék szuszpendálásához. A részecskék mérete általában 10-300 mikron között mozog.
A fluidágyas reaktorok tervezésekor a katalizátor élettartamát is figyelembe kell venni. A legtöbb fluidágyas reaktor, mint például az itt bemutatott, rendelkezik egy külön rekesszel a katalizátor regenerálására.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Felhasználási példák
A fluidágyas reaktorokat általában katalitikus krakkolási folyamatokban használják. Használják továbbá a naftalin ftalánhidriddé oxidációjában, szulfidos ércek pörkölésében, kőolajmaradványok kokszolásában és mészkő kalcinálásában. Gyakran használják őket, ha nagy mennyiségű hőbevitelre vagy hőleadásra van szükség, vagy ha szorosan szabályozott hőmérsékletre van szükség.
Az alábbi fluidágyas reaktorokat a NASA Jet Propulsion Laboratoryjában használják perklorát és klórozott oldószer eltávolítására a talajvízből. A rendszer percenként akár 350 gallon talajvízből is képes eltávolítani a perklorátot.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Előnyök
Hátrányok
- Az egyenletes hőmérsékleteloszlás kiküszöböli a forró pontokat.
- A katalizátor könnyen cserélhető vagy regenerálható.
- Lehetővé teszi a folyamatos, automatikusan vezérelt működést.
- A gáz és a szilárd anyag hatékonyabb érintkezése, mint más katalitikus reaktorokban.
- Drága a megépítése és karbantartása.
- Előfordulhat a reaktor falának eróziója.
- A katalizátor regeneráló berendezése drága.
- A katalizátor deaktiválódhat.
- Nem használható olyan katalizátorszilárdsággal, amely nem folyik szabadon.
- Nagy nyomásesés.
- Attrition, a katalizátor pelleteknek a reaktor falához való ütközés miatti törése előfordulhat.
Köszönetnyilvánítás
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. Nyomtatás.
Hill, Charles G., Jr. An Introduction to Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design . New York: John Wiley & Sons, Inc. 1977. Nyomtatás.
Kunii, Daizo és Levenspiel, Octave. Fluidizációs mérnöki munka New York: Robert E. Krieger Publishing Co., 1977. Nyomtatás.
Perry, Robert H. és Don W. Green. Perry vegyészmérnökök kézikönyve . 7th ed. New York: McGraw-Hill Inc., 1997. Nyomtatás.
Walas, Stanley M. Chemical Process Equipment: Válogatás és tervezés . Boston: Butterworth- Heinemann, 1990. Print.
Walas, Stanley M. Reaction Kinetics for Chemical Engineers . New York: McGraw-Hill Inc., 1959. Print.
Fejlesztők
Sam Catalano
Alex Wozniak
Kelsey Kaplan
Thomas Plegue
.