流化床反應器是一種利用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運動狀態,并進行氣固相反應過程或液固相反應過程的反應器。
流化床反應器的結構有兩種形式:①有固體物料連續進料和出料裝置,用于固相加工過程或催化劑迅速失活的流體相加工過程。例如催化裂化過程,催化劑在幾分鐘內即顯著失活,須用上述裝置不斷予以分離后進行再生。②無固體物料連續進料和出料裝置,用于固體顆粒性狀在相當長時間(如半年或一年)內,不發生明顯變化的反應過程。
與固定床反應器相比,流化床反應器的優點是:
(1)可以實現固體物料的連續輸入和輸出;
(2)流體和顆粒的運動使床層具有良好的傳熱性能,床層內部溫度均勻,而且易于控制,特別適用于強放熱反應;
(3)便于進行催化劑的連續再生和循環操作,適于催化劑失活速率高的過程的進行,石油餾分催化流化床裂化的迅速發展就是這一方面的典型例子。
然而,由于流態化技術的固有特性以及流化過程影響因素的多樣性,對于反應器來說,流化床又存在很明顯的局限性:
(1)由于固體顆粒和氣泡在連續流動過程中的劇烈循環和攪動,無論氣相或固相都存在著相當廣的停留時間分布,導致不適當的產品分布,降低了目的產物的收率;
(2)反應物以氣泡形式通過床層,減少了氣-固相之間的接觸機會,降低了反應轉化率;
(3)由于固體催化劑在流動過程中的劇烈撞擊和摩擦,使催化劑加速粉化,加上床層頂部氣泡的爆裂和高速運動、大量細粒催化劑的帶出,造成明顯的催化劑流失;
(4)床層內的復雜流體力學、傳遞現象,使過程處于非定常條件下,難以揭示其統一的規律,也難以脫離經驗放大、經驗操作。