Fluidiserade bäddreaktorer (FBR) är katalytiska reaktorer där katalysatorn är fluidiserad i reaktorn.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Allmän information
Fluidiserade bäddreaktorer är heterogena katalytiska reaktorer där massan av katalysator är fluidiserad. Detta möjliggör en omfattande blandning i alla riktningar. Ett resultat av blandningen är utmärkt temperaturstabilitet och ökad massöverföring och reaktionshastighet.
Fluidiserade bäddreaktorer kan hantera stora mängder foder och katalysator. På bilden nedan visas en FBR som används för att behandla avloppsvatten som är förorenat med anilin och nitrobenzen.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Utrustningsdesign
Filmen nedan visar hur en fluidiserad bäddreaktor fungerar. Innan reaktorn startas ligger katalysatorpellets på ett galler i botten av reaktorn. Reaktanter pumpas in i reaktorn genom en fördelare kontinuerligt, vilket gör att bädden blir fluidiserad. Bäddens beteende efter den inledande fluidiseringen beror på reaktantens tillstånd. Om det är en vätska expanderar bädden jämnt med ökat uppåtriktat flöde av reaktanten. Detta kallas homogen fluidisering. Om reaktanten är en gas kommer bädden att bli ojämn eftersom gasen bildar bubblor i bädden, vilket resulterar i aggregerande fluidisering. Ibland kan dessa bubblor i grova material bli större än två tredjedelar av bäddens diameter, vilket kan orsaka slamning. Slugging kan leda till varierande tryck, vibrationer i bädden och minskad värmeöverföring. En ökning av gasens hastighet leder till en turbulent regim, vilket visas nedan. I den snabba fluidiseringsregimen börjar bäddens yta försvinna. Om gasens hastighet ökas ytterligare resulterar det i pneumatisk transport, där bädden försvinner helt och partiklarna är jämnt fördelade i vätskan. Under denna process reagerar reaktanterna på grund av katalysatorpelletsens närvaro och bildar produkter som avlägsnas kontinuerligt.
(Copyright Chemical Engineering, Access Intelligence, LLC)
Reaktorer med fluidiserad bädd är i allmänhet mycket stora. De måste utformas så att flödeshastigheten är tillräcklig för att katalysatorpartiklarna ska kunna suspenderas. Partiklarna har vanligtvis en storlek på mellan 10 och 300 mikrometer.
Vid utformningen av en fluidiserad bäddreaktor måste man också ta hänsyn till katalysatorns livslängd. De flesta fluidiserade bäddreaktorer, t.ex. den som visas här, har ett separat fack för regenerering av katalysatorn.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Användningsexempel
Fluidbäddsreaktorer används ofta i katalytiska krackningsprocesser. De används också vid oxidation av naftalen till ftalsyraanhydrid, rostning av sulfidmalmer, koksning av petroleumrester och kalcinering av kalksten. De används ofta när det finns ett behov av stora mängder tillförd eller avgiven värme, eller när det krävs noggrant kontrollerade temperaturer.
Nedanstående fluidiserade bäddreaktorer används vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory för att avlägsna perklorat och klorerade lösningsmedel från grundvatten. Systemet kan avlägsna perklorat från upp till 350 gallon grundvatten per minut.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Fördelar
Nackdelar
- Jämn temperaturfördelning eliminerar heta punkter.
- Katalysatorn är lätt att byta ut eller regenerera.
- Gör det möjligt att bedriva kontinuerlig, automatiskt kontrollerad verksamhet.
- Effektivare kontakt mellan gas och fasta ämnen än i andra katalytiska reaktorer.
- Dyrt att bygga och underhålla.
- Erosion av reaktorväggar kan förekomma.
- Regenereringsutrustning för katalysator är dyr.
- Katalysatorn kan deaktiveras.
- Kan inte användas med katalysatorföremål som inte flyter fritt.
- Stor tryckförlust.
- Attrition, sönderdelning av katalysatorpellets på grund av stötar mot reaktorväggar, kan förekomma.
Tack
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. Skriv ut.
Hill, Charles G., Jr. An Introduction to Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design (En introduktion till kemiteknisk kinetik och reaktordesign) . New York: John Wiley & Sons, Inc. 1977. Skriv ut.
Kunii, Daizo, och Levenspiel, Octave. Fluidization Engineering New York: Robert E. Krieger Publishing Co., 1977. Utskrift.
Perry, Robert H. och Don W. Green. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook . 7th ed. New York: McGraw-Hill Inc., 1997. Skriv ut.
Walas, Stanley M. Chemical Process Equipment: Val och utformning. Boston: Butterworth- Heinemann, 1990. Skriv ut.
Walas, Stanley M. Reaction Kinetics for Chemical Engineers . New York: McGraw-Hill Inc., 1959. Skriv ut.
Utvecklare
Sam Catalano
Alex Wozniak
Kelsey Kaplan
Thomas Plegue