Reaktory ze złożem fluidalnym (FBR) to reaktory katalityczne, w których katalizator jest fluidyzowany wewnątrz reaktora.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Informacje ogólne
Reaktory ze złożem fluidalnym są heterogenicznymi reaktorami katalitycznymi, w których masa katalizatora jest fluidyzowana. Pozwala to na intensywne mieszanie we wszystkich kierunkach. Wynikiem mieszania jest doskonała stabilność temperatury oraz zwiększony transfer masy i szybkość reakcji.
Reaktory ze złożem fluidalnym są zdolne do obsługi dużych ilości wsadu i katalizatora. Zdjęcie poniżej przedstawia reaktor FBR używany do oczyszczania ścieków zanieczyszczonych aniliną i nitrobenzenem.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Projektowanie urządzeń
Poniższy film przedstawia działanie reaktora ze złożem fluidalnym. Przed uruchomieniem reaktora granulki katalizatora leżą na ruszcie w dolnej części reaktora. Reaktanty są pompowane do reaktora przez dystrybutor w sposób ciągły, powodując fluidyzację złoża. Zachowanie złoża po początkowej fluidyzacji zależy od stanu reaktanta. Jeśli jest to ciecz, złoże rozszerza się równomiernie wraz ze wzrostem przepływu reagentu w górę. Jest to tzw. fluidyzacja homogeniczna. Jeśli reagentem jest gaz, złoże będzie niejednorodne, ponieważ gaz tworzy pęcherzyki w złożu, co skutkuje fluidyzacją agregacyjną. Czasami pęcherzyki te w materiałach gruboziarnistych mogą zwiększyć swoją objętość do ponad dwóch trzecich średnicy złoża, co może powodować powstawanie zatorów. Zatory mogą powodować zmienne ciśnienie, wibracje w złożu i zmniejszenie wymiany ciepła. Zwiększanie prędkości gazu prowadzi do powstania reżimu turbulentnego, jak pokazano poniżej. W reżimie szybkiej fluidyzacji powierzchnia złoża zaczyna zanikać. Dalsze zwiększanie prędkości gazu prowadzi do transportu pneumatycznego, w którym złoże zostaje całkowicie usunięte, a cząstki są równomiernie rozmieszczone w cieczy. Podczas tego procesu reagenty reagują dzięki obecności granulek katalizatora, tworząc produkty, które są usuwane w sposób ciągły.
(Copyright Chemical Engineering, Access Intelligence, LLC)
Reaktory ze złożem fluidalnym są zazwyczaj bardzo duże. Muszą być zaprojektowane tak, aby natężenie przepływu cieczy było wystarczające do zawieszenia cząstek katalizatora. Cząsteczki mają zwykle wielkość od 10 do 300 mikronów.
Przy projektowaniu reaktora fluidalnego należy również wziąć pod uwagę żywotność katalizatora. Większość reaktorów ze złożem fluidalnym, takich jak ten pokazany tutaj, ma oddzielną komorę do regeneracji katalizatora.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Przykłady zastosowań
Reaktory ze złożem fluidalnym są powszechnie stosowane w procesach krakingu katalitycznego. Są one również stosowane w utlenianiu naftalenu do bezwodnika ftalowego, prażeniu rud siarczkowych, koksowaniu pozostałości ropy naftowej i kalcynacji wapienia. Są one często stosowane, gdy istnieje zapotrzebowanie na duże ilości ciepła wejściowego lub wyjściowego, lub gdy wymagane są ściśle kontrolowane temperatury.
Poniższe reaktory fluidalne są używane w Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA do usuwania nadchloranu i chlorowanego rozpuszczalnika z wód gruntowych. System może usunąć nadchloran z 350 galonów wody gruntowej na minutę.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Zalety
Wady
- Równomierny rozkład temperatury eliminuje gorące punkty.
- Katalizator jest łatwo wymieniany lub regenerowany.
- Pozwala na ciągłe, automatycznie kontrolowane operacje.
- Bardziej wydajny kontakt gazu i ciała stałego niż w innych reaktorach katalitycznych.
- Kosztowne w budowie i utrzymaniu.
- Może wystąpić erozja ścian reaktora.
- Urządzenia do regeneracji katalizatora są drogie.
- Katalizator może ulec dezaktywacji.
- Nie może być stosowany z katalizatorami stałymi, które nie będą swobodnie przepływać.
- Duży spadek ciśnienia.
- Może wystąpić attrition, rozpad granulek katalizatora w wyniku uderzenia o ściany reaktora.
Podziękowania
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. Drukuj.
Hill, Charles G., Jr. Wprowadzenie do inżynierii chemicznej Kinetyka i projektowanie reaktorów . New York: John Wiley & Sons, Inc. 1977. Drukuj.
Kunii, Daizo, and Levenspiel, Octave. Fluidization Engineering New York: Robert E. Krieger Publishing Co., 1977. Print.
Perry, Robert H., and 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.
Developers
Sam Catalano
Alex Wozniak
Kelsey Kaplan
Thomas Plegue
.