Fluidized bed reactors (FBR) zijn katalytische reactoren waarin de katalysator in de reactor wordt gefluïdiseerd.

(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)

Algemene informatie

Gefluïdiseerd-bedreactoren zijn heterogene katalytische reactoren waarin de massa van de katalysator vloeibaar wordt gemaakt. Dit maakt een uitgebreide menging in alle richtingen mogelijk. Het resultaat van deze menging is een uitstekende temperatuurstabiliteit en een verhoogde massatransfer en reactiesnelheid.

Gefluïdiseerd bed reactoren zijn in staat om grote hoeveelheden voeding en katalysator te verwerken. Hieronder afgebeeld is een FBR die wordt gebruikt voor de behandeling van met aniline en nitrobenzeen verontreinigd afvalwater.

(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)

Equipment Design

Onderstaand filmpje toont de werking van een gefluïdiseerd bed reactor. Voordat de reactor wordt opgestart, liggen de katalysatorpellets op een rooster op de bodem van de reactor. Reactanten worden via een verdeler continu in de reactor gepompt, waardoor het bed vloeibaar wordt. Het gedrag van het bed na de initiële fluïdisatie is afhankelijk van de toestand van de reactant. Als het een vloeistof is, zet het bed gelijkmatig uit naarmate de opwaartse stroom van de reactant toeneemt. Dit wordt homogene fluïdisatie genoemd. Als het reagens een gas is, zal het bed niet-uniform zijn omdat het gas bellen vormt in het bed, wat resulteert in aggregatieve fluïdisatie. Soms kunnen deze bellen in grove materialen groter worden dan tweederde van de diameter van het bed, wat slibvorming kan veroorzaken. Slugging kan resulteren in variabele drukken, trillingen in het bed, en verminderde warmteoverdracht. Het verhogen van de snelheid van het gas leidt tot een turbulent regime, zoals hieronder getoond. In het snelle fluïdisatieregime begint het bedoppervlak te verdwijnen. Het verder verhogen van de gassnelheid resulteert in pneumatisch transport, waarbij het bed volledig wordt verwijderd en de deeltjes gelijkmatig verdeeld zijn in de vloeistof. Tijdens dit proces reageren de reactanten door de aanwezigheid van de katalysatorpellets, waarbij producten worden gevormd die continu worden verwijderd.

(Copyright Chemical Engineering, Access Intelligence, LLC)

Gefluïdiseerd-bedreactoren zijn in het algemeen zeer groot. Zij moeten zo worden ontworpen dat de vloeistofstroomsnelheid voldoende is om de katalysatordeeltjes in suspensie te brengen. De deeltjes variëren typisch in grootte van 10 – 300 micron.

Bij het ontwerpen van een wervelbedreactor moet ook rekening worden gehouden met de levensduur van de katalysator. De meeste wervelbedreactoren, zoals de hier getoonde, hebben een apart compartiment om de katalysator te regenereren.

(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)

Gebruiksvoorbeelden

Gefluïdiseerd-bedreactoren worden algemeen gebruikt in katalytische kraakprocessen. Zij worden ook gebruikt bij de oxidatie van naftaleen tot ftaalzuuranhydride, het roosten van sulfide-ertsen, het verkolen van aardolieresiduen, en het branden van kalksteen. Zij worden vaak gebruikt wanneer grote hoeveelheden warmte moeten worden toegevoerd of afgegeven, of wanneer nauwkeurig gecontroleerde temperaturen vereist zijn.

Onderstaande wervelbedreactoren worden gebruikt in het Jet Propulsion Laboratory van de NASA voor de verwijdering van perchloraat en gechloreerde oplosmiddelen uit grondwater. Het systeem kan perchloraat verwijderen uit maximaal 350 gallon grondwater per minuut.

(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)