I reattori a letto fluido (FBR) sono reattori catalitici in cui il catalizzatore è fluidificato all’interno del reattore.

(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)

Informazioni generali

I reattori a letto fluido sono reattori catalitici eterogenei in cui la massa di catalizzatore è fluidificata. Questo permette un’ampia miscelazione in tutte le direzioni. Un risultato della miscelazione è un’eccellente stabilità della temperatura e un aumento del trasferimento di massa e dei tassi di reazione.

I reattori a letto fluido sono in grado di gestire grandi quantità di alimentazione e catalizzatore. Nella foto qui sotto è un FBR usato per il trattamento di acque reflue contaminate da anilina e nitrobenzene.

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Design delle attrezzature

Il filmato qui sotto mostra il funzionamento di un reattore a letto fluido. Prima che il reattore venga avviato, i pellet di catalizzatore giacciono su una griglia sul fondo del reattore. I reagenti vengono pompati continuamente nel reattore attraverso un distributore, causando la fluidizzazione del letto. Il comportamento del letto dopo la fluidizzazione iniziale dipende dallo stato del reagente. Se è un liquido, il letto si espande uniformemente con l’aumento del flusso verso l’alto del reagente. Questa è chiamata fluidizzazione omogenea. Se il reagente è un gas, il letto non sarà uniforme perché il gas forma delle bolle nel letto, con conseguente fluidizzazione aggregativa. A volte queste bolle nei materiali grossolani possono crescere più grandi di due terzi del diametro del letto, il che può causare slugging. Lo slugging può provocare pressioni variabili, vibrazioni nel letto e riduzioni del trasferimento di calore. L’aumento della velocità del gas porta ad un regime turbolento, come mostrato sotto. Nel regime di fluidizzazione veloce la superficie del letto comincia a scomparire. Aumentando ulteriormente la velocità del gas si ottiene il trasporto pneumatico, in cui il letto viene completamente rimosso e le particelle sono uniformemente distanziate nel fluido. Durante questo processo i reagenti reagiscono a causa della presenza dei pellet di catalizzatore, formando prodotti che vengono rimossi continuamente.

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I reattori a letto fluido sono generalmente molto grandi. Devono essere progettati in modo che la portata del fluido sia sufficiente a sospendere le particelle di catalizzatore. Le particelle hanno tipicamente una dimensione compresa tra 10 e 300 micron.

Quando si progetta un reattore a letto fluido, si deve tenere conto anche della durata del catalizzatore. La maggior parte dei reattori a letto fluido, come quello mostrato qui, hanno un vano separato per rigenerare il catalizzatore.

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Esempi di utilizzo

I reattori a letto fluido sono comunemente usati nei processi di cracking catalitico. Sono anche usati nell’ossidazione della naftalina ad anidride ftalica, nell’arrostimento dei minerali solforati, nel coking dei residui di petrolio e nella calcinazione del calcare. Sono spesso usati quando c’è bisogno di grandi quantità di calore in entrata o in uscita, o quando sono richieste temperature strettamente controllate.

I reattori a letto fluido qui sotto sono usati nel Jet Propulsion Laboratory della NASA per la rimozione del perclorato e del solvente clorurato dalle acque sotterranee. Il sistema può rimuovere il perclorato da un massimo di 350 galloni di acqua freatica al minuto.

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Ringraziamenti

Ingegneria chimica, Access Intelligence, LLC

Envirogen Technologies Inc. , Kingwood, TX

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

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

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

Perry, Robert H., e Don W. Green. Manuale degli ingegneri chimici di Perry. 7a ed. New York: McGraw-Hill Inc., 1997. Stampa.

Walas, Stanley M. Chemical Process Equipment: Selezione e progettazione. Boston: Butterworth-Heinemann, 1990. Stampa.

Walas, Stanley M. Reaction Kinetics for Chemical Engineers . New York: McGraw-Hill Inc., 1959. Stampa.

Sviluppatori

Sam Catalano

Alex Wozniak

Kelsey Kaplan

Thomas Plegue