浅议流化床技术

[摘 要]流化床是氮气、乙烯、共聚单体、氢气的混合物。在流化床内，乙烯和共聚单体在催化剂的作用下进行聚合反应，在催化剂颗粒表面生成聚乙烯，最终形成含有催化剂纹理的聚乙烯颗粒。

[关键词]流化床；特性；结构；聚乙烯

中图分类号：TQ031 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）20-0279-01

一、流化床简介

将固体颗粒均匀地堆在有开孔底地容器内，形成一床层，若流体自上而下通过，颗粒并不运动。此种床层称为固定床，如流体自下而上通过床层，低流速时，情况与固定床无异，流速加大则颗粒活动使床层膨胀，流速进一步加大时，颗粒会彼此离开而在流体中活动，流速愈大，则活动愈剧烈，并在床层内各处方向运动。最后一种情况称为固体流化态，流化态后颗粒床层称为流化床。

有许多化工过程要在固体与流体所构成的体系中进行传热、传质和化学反应。在流化床中，流态化的颗粒表面则全部暴露于湍动剧烈的流体之中，从而得到更充分的利用。提高了平均操作温度，避免了固定床中出现的温度梯度和局部过热现象。绝热的混合作用使床层趋于一致。流态化操作的缺点是颗粒易碎，动力消耗大，设备磨损大，均混使得出口处作为产品的物料夹杂了所加入的原料。

二、流化现象

当流体通过颗粒物料层时，随着流体速度的不同，会出现不同的现象。流体从设备下方流入，通过分布板而进入颗粒物料层。流速低时，颗粒层中的颗粒静止不动，流体从颗粒间的缝隙通过。此时，属固定床状态。随流速增加，在固定层范围内，床高不变，床层的空袭率不变。如果流体的流速继续升高至某一数值时，床层中颗粒开始运动，空隙率增大，可以看到一些颗粒在某些不位振动或游动，此种状态称为膨胀层，其床高于固定床。？若流速再增加，则床层内全部颗粒全处于运动状态，颗粒间的挤压力抵消，颗粒与流体间的摩擦力与其重量相平衡，全部颗粒悬浮与流体之中。此时的床层称为临界流化床。流体的速度大于起流速，床层均匀，床层空隙率增加，床层增高。一般为流化床的操作状态。如果不及许加入颗粒，则床层不复存在。如流体的流速再继续增加，流体与固体颗粒间的摩擦力与其重量已不相平衡前者要大于后者，颗粒被流体带走。

三、气固相流化床的特性

气固流化床中存在着大量气泡，有一些特殊性质对于生产操作有利也有弊。

在正常的气固流化床（或密相流化床中）密相中气体流动很慢，几乎为层流。气泡于密相接触的界面上则发生颗粒的猛烈冲击，使泡内、外的气体都发生很大的湍动，因此加强了气-固间的接触，有利于热量与质量传递。这是气泡带来的好处。

但气泡也会造成两种不理的情况，即沟流和节涌。

（1）沟流

当流化床内颗粒很小，气流速度又较低时，床层内的气泡易串成气沟，气体顺着短路通过床层，形成沟流现象。

在这种情况下，只有气泡附近的颗粒打到流态化，其他部分则处于固定床状态，使得流化床的生产迁都大为下降。

出现沟流的条件是：①颗粒粒度小且气流速度小；②固体物料潮湿或又粘结性；③气体分布板设计不完善，通气孔数目少。

（2）节涌

节涌严重的降低床层的稳定性，使气-固间的接触状态恶化，并使床层受到冲击，发生震动，损坏内部构件，加强颗粒的磨损与带出。粒度和比重都比较大的颗粒在直径小而高度大的床层内流化时，气泡在上升过程中彼此汇合而长大，以至于占满整个床层的横截面，将床层截成若干节段，中途整个一节气段崩裂，床内物料以活塞推进的方式向上运动，颗粒又重新下降，这种现象称为节涌，或称腾涌。

在下列条件下容易发生节涌：①颗粒粒度大，比重大；②气速大；②床层高度与直径之比大。

四、操作气流速

正常操作的流化速度应在起始流化速度与带走速度之间。可作为衡量流化床操作灵活性的一个重要指标。

为了提高设备的生产强度，一般都希望用即可能大的气流速度，气流速度大于某些颗粒的带走速度也未尝不可。这在实际生产中已有应用。提高气流速度不能只考虑流化床本身的操作弹性，还受到下列条件的制约：气体输送机械的能力要适应流体阻力的加大，气体与固体的接触时间要有保证。

五、流化床的反应器结构

流化床筒体是由上面的扩大段部分和圆柱体组成的，整个床层在圆柱体部分床表面离扩大段有一定的距离。

筒体内不设内部构件，为自由床。正常操作时，内部高度返混使床层内温度基本一致。床层纵向有微小的温度梯度，横向无温度梯度。衡量流化床操作稳定的重要指标是温度的基本一致。

反应器主要可分为：①扩大段，气体在此区域减速，大部分颗粒返回到床层界面中，落到扩大段斜面的粉料由床层界面处破裂带出的粉料冲刷下去；②筒体部分，反应的主要区域；③下段部分，装有气体分布板的底部出料系统。

通过底部出料可观察出反应器内的流化状况主要用来抽出聚集在分布板上不流化的较大的颗粒。如果抽出的是小颗粒并夹带的粉料说明流化状态好，如果抽出的全是大块，则说明流化状态不好。

六、乙烯聚合的流化床

乙烯聚合流化床所需要的操作变量，包括：

一次操作变量①反应器温度②催化剂进给率③氢气进给率④共聚单体进给率

二次操作变量①反应器压力②循环气流量③流化床料位④中间变量

七、结语

在聚乙烯生产技术中，流化床技术以其稳定、灵活简单、经济、安全的特点、占有着相当的位置，得到了普通的应用，为我国的石油化工产业做出了巨大贡献。