对于有机硅单休合成流化床反应器的气体分布器来说,我想谈以下几点看法:
1. 目前我国普遍使用的气体分布器是如图一中a+e型式的气体分布器:即这种气体分布器是由在平板直孔分布板a的每一孔下部再按装一根下部开有一小孔的管子组成的。这种气体分布器最早使用在石油化工的丙烯氨氧化制丙烯腈流化床反应器的下气体分布器上,后来又在氧氯化法制氯乙烯中得到应用。这种气体分布器的在设计时,考虑到丙烯氨氧化反应生成丙烯腈反应的特点,要求其分布器的开孔率要小,孔速要大,从而造成其阻力大的缺点,又由于其开孔率小,孔间距必大,因此极易在分布板上产生“死区”。我国当时在化工部星火化工厂建第一套万吨级有机硅单体合成流化床设计时,设计者采用的就是这种气体分布器。
但星火经过数年的试车和多次整改,流化床试车都没有开成功。其主要问题是流化床开不了两天,床内由于反应热得不到移去,因此硅粒触体结块如“山”。后经浙大化工系王樟茂教授根据床层烧结的现象分析,认为,其主要原因气体分布器设计不合理和气速大低或硅粉颗粒太粗。并根据当时星火的具体情况,提出解决办法是改进气体分布器结构型式、提高气速和减小硅粉粒径。因而对于改进气体分布器结构型式,提出了采用喷动式流化反应器概念(详见图2),即气体分布器不用平板式,而是采用园锥型气体分布器;基于压缩机原因,不能提高气速,则适当降低硅颗粒粒径。经过以上整改后,星火化工厂的有机硅单休合成流化床反应器在被蓝星兼并后的笫一次试车中就获得成功!!上下警喜万分。
那为什么同样是板管式气体分布器当年星火不能用,现能用了呢?这正如浙大王※※教授所分析,要降低粒径和提高气速。当年硅粉平均粒径为235微米左右,最大粒径达950微米以上,气速最高仅为0.2米/s左右,而现在硅粉平均粒径为135微米左右,气速一般都大于0.30米/s。如此大的改变,现在的单体合成流化床当然能正常操作了。
2. 喷动式流化反应器(详见图2和本论坛帖子:我的有机硅单体合成喷动式流化床发明专利):喷动式流化反应器与一般流化床反应器不同之处在于气体分布器和反应原料气进气的方式不同。即喷动式流化反应器的气体分布器不是平板,而是一开了许多孔的园锥体。它的反应原料气分两路进入流化床,一股称为喷动气,经由喷动管进入流化床,另一股称为流化气,经由园锥体上的孔进入流化床。而这种园锥型气体分布器的最大特点在于它的支承面是一斜面,因此固体物料不可能在此仃留,也就不可能产生“死区”,即仃留在钭面上的物料,在流化气的推动下,会向下移到锥体底部,当下移到锥体底部后,又被从喷动管进来的反应气体吹向床内,因此就不可能产生“死区“。因没有“死区”,所以床内触体就不可能因反应热不能移去而使触体烧结成块。
星火有机硅流化床也就这样简单地将平板式气体分布器改成锥体式喷动流化床,多年末解决的问题就这样一改解决了!因为这次整改,仅仅只改了气体分布器,其他什么都没动,所以当时只化了5000元左右的改造费!因为这一成功,其后设计的5万吨有机硅单体合成流化床反应器装置,也就采用了这种喷动式流化床反应器,仍交由浙大王教授设计。这原本是一个很好的成果,可在以后的我国有机硅单体合成流化床反应器设计中得到推广!但可不知何故,难道是因为国外有公司也是採用这种型式的气体分布器的?!喷动式流化床并没得到推广,而原平板加管子的气体分布器却盛行,被各新建厂家所採用。
从有关资料获知,国外某知名大公司有机硅单体合成流化床反应器也是采用了类似于这种带园锥体的喷动流化床。但直得注意的是,他们采用的是纯锐的喷动床,仅有数根喷动管!即进入流化床的氯甲烷气体仅从几根喷气管中喷入,没有流化气。大胆!有水平!我们落后了一步!
据说某人为某工厂设计的有机硅单体合成流化床的气体分布器也采用类似星火的喷动式流化床反应器,不过不知为什么,可能是为防止漏料吧,设计者在园锥分布器锥体内侧的每个孔上还加了一个类似图一d所示的侧孔式锥帽,我认为这实在是多此一举,根本没必要,因为这样会增加物料向下移动的阻力,以而有可能产生死区。类似于这种图一d型侧孔锥帽的e型侧缝式锥帽分布器在苯酐流化床及三氯氢硅流化中常用。
图二 喷动式流化床示意图
3. 多层多孔平板式气体分布器(详见图三和本论坛中的帖子我的有机硅单体合成流化床气体分布器实用专利):多孔平板式气体分布器这种气体分布器最简单,也是最早使用的流化床气体分布器。当然,这种多孔平板式气体分布器,在实际使用中可以用一层、也可以用二层或多层多孔板组成。如从日本引进的醋酸乙烯合成反应的流化床反应器,其分布器共有七层组成,各层的开孔率、孔径、孔数及板厚度都不相同,最上层的多孔板的孔径为3mm,孔数高达172000个!!本论坛中的帖子我的有机硅单体合成流化床气体分布器实用专利中推荐的多孔平板式分布器用于有机硅单体合成的流化床分布器由两层组成,可以理解为:它是将我们现用的气体分布器压扁压平,上面一块板孔径相当于管口,下面一块相当于原管下部的小孔。本论坛中帖子中提出了一由三层多孔板组成的分布器,这种多孔板分布器,在专利中的实例为一流化床床径2500mm床高5000mm的中试装置,经多次使用,情况良好,并推荐使用。
图三 平板式气体分布器 由上可知,流化床气体分布器形式种类繁多,相同形式的气体分布器,又有各不相同的结构和尺寸,分布器的设计参数(如开孔率、孔径、孔的排布方式等)也可各不相同。应根据化学反应特性的不同,采用和设计不同形式的气体分布器。没有统一的选择和设计方法。
由上述分析又可知,对同一反应,也可采用不同形式的气体分布器,当然其结果会不同。对于有机硅单体合成流化床来说,以上叁种气体分布器都可用,但效果也会不同。我认为采用喷动流化是最理想的,最适合于这类气固反应。正因为这样,据说国外的4米床年产量可达40万吨,如此计算我国通用的204米床,经适当改进后,年生产能力应有15吨!
所以有人说流化床反应器气体分布器选择和设计,与其说是科学,还不如说是技艺,纯锐靠经验确定。
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