Reactoarele cu pat fluidizat (FBR) sunt reactoare catalitice în care catalizatorul este fluidizat în interiorul reactorului.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Informații generale
Reactoarele cu pat fluidizat sunt reactoare catalitice eterogene în care masa de catalizator este fluidizată. Acest lucru permite o amestecare extinsă în toate direcțiile. Un rezultat al amestecului este o stabilitate excelentă a temperaturii și o creștere a transferului de masă și a vitezelor de reacție.
Reactoarele cu pat fluidizat sunt capabile să manipuleze cantități mari de hrană și catalizator. În imaginea de mai jos este un FBR utilizat pentru tratarea apelor uzate contaminate cu anilină și nitrobenzen.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Proiectarea echipamentului
Filmul de mai jos prezintă funcționarea unui reactor cu pat fluidizat. Înainte ca reactorul să fie pornit, peleții de catalizator se află pe un grătar din partea inferioară a reactorului. Reactivii sunt pompați în reactor printr-un distribuitor în mod continuu, determinând fluidizarea patului. Comportamentul patului după fluidizarea inițială depinde de starea reactantului. Dacă acesta este un lichid, patul se dilată uniform odată cu creșterea fluxului ascendent al reactantului. Acest lucru se numește fluidizare omogenă. Dacă reactantul este un gaz, patul va fi neuniform, deoarece gazul formează bule în pat, rezultând o fluidizare agregativă. Uneori, în materialele grosiere, aceste bule pot crește mai mult de două treimi din diametrul patului, ceea ce poate cauza formarea de noroi. În cazul în care se produce un astfel de fenomen, pot apărea presiuni variabile, vibrații în pat și reduceri ale transferului de căldură. Creșterea vitezei gazului duce la un regim turbulent, așa cum se arată mai jos. În regimul de fluidizare rapidă, suprafața patului începe să dispară. Creșterea în continuare a vitezei gazului duce la un transport pneumatic, în care patul este complet eliminat, iar particulele sunt distanțate uniform în fluid. În timpul acestui proces, reactanții reacționează datorită prezenței granulelor de catalizator, formând produse care sunt îndepărtate continuu.
(Copyright Chemical Engineering, Access Intelligence, LLC)
Reactoarele cu pat fluidizat sunt, în general, foarte mari. Ele trebuie să fie proiectate astfel încât debitul de fluid să fie suficient pentru a suspenda particulele de catalizator. Particulele au de obicei dimensiuni cuprinse între 10 și 300 microni.
Atunci când se proiectează un reactor cu pat fluidizat, trebuie să se țină seama și de durata de viață a catalizatorului. Majoritatea reactoarelor cu pat fluidizat, cum ar fi cel prezentat aici, au un compartiment separat pentru regenerarea catalizatorului.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Exemple de utilizare
Reactoarele cu pat fluidizat sunt utilizate în mod obișnuit în procesele de cracare catalitică. Ele sunt, de asemenea, utilizate la oxidarea naftalinei în anhidridă ftalică, la prăjirea minereurilor sulfurate, la cocsificarea reziduurilor petroliere și la calcinarea calcarului. Acestea sunt adesea utilizate atunci când este nevoie de cantități mari de căldură de intrare sau de ieșire sau când sunt necesare temperaturi foarte bine controlate.
Reactoarele cu pat fluidizat de mai jos sunt utilizate în Laboratorul de Propulsie cu Jet de la NASA pentru îndepărtarea percloraților și a solvenților clorurați din apele subterane. Sistemul poate elimina percloratul din până la 350 galoane de apă subterană pe minut.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Avantaje
Dezavantaje
- Distribuția uniformă a temperaturii elimină punctele fierbinți.
- Catalizatorul este ușor de înlocuit sau regenerat.
- Permite operațiuni continue, controlate automat.
- Contactarea mai eficientă a gazului și a solidului decât în alte reactoare catalitice.
- Construcția și întreținerea sunt costisitoare.
- Se poate produce eroziunea pereților reactorului.
- Echipamentul de regenerare a catalizatorului este scump.
- Nu poate fi utilizat cu catalizatori solizi care nu vor curge liber.
- Cădere mare de presiune.
- Se poate produce atriția, spargerea granulelor de catalizator din cauza impactului cu pereții reactorului.
Catalizatorul poate fi dezactivat.
Recunoștințe
Chemical Engineering, Access Intelligence, LLC
Envirogen Technologies Inc. , Kingwood, TX
Fogler, Scott H. Elements of Chemical Reaction Engineering . Ed. a 3-a. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1998. Text tipărit.
Hill, Charles G., Jr. An Introduction to Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design . New York: John Wiley & Sons, Inc. 1977. Print.
Kunii, Daizo, și Levenspiel, Octave. Fluidization Engineering New York: Robert E. Krieger Publishing Co., 1977. Print.
Perry, Robert H., și Don W. Green. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook . Ed. a 7-a. New York: McGraw-Hill Inc., 1997. Print.
Walas, Stanley M. Chemical Process Equipment: Selecție și proiectare . Boston: Butterworth- Heinemann, 1990. Print.
Walas, Stanley M. Reaction Kinetics for Chemical Engineers . New York: McGraw-Hill Inc., 1959. Print.
Dezvoltatorii
Sam Catalano
Alex Wozniak
Kelsey Kaplan
Thomas Plegue
.