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第五节 催化剂输送管线的流化工程计算 催化裂化装置中，待生催化剂进入再生器，再生催化剂流出再生器进入提升管，以及再生器之间催化剂的输送，常以密相输送的形式进行，输送催化剂的管线有立管、斜管、淹流管、溢流管等。这些催化剂输送管线内催化剂的流动状态、操作区域、流化介质的多少，直接影响到反应再生系统操作的平稳程度和处理能力的高低。因此，只有对各种形式的催化剂输送管线的流态化工程有一定深度的了解，才能对装置流态化问题进行全面的分析。 一 立管输送 气固混合物在管线中垂直向下流动时称为立管输送。在立管中，催化剂流动状态很复杂，要将流态化理论与工业观察相结合，来分析立管中气固流化状态，从而判断立管输送的正常与否。 （一） 立管流动区域的划分 立管流动区域的划分情况如图7-10所示。按流化状态，立管流动可分为两大类即填充床流动区和流化流动区。其判断依据是由滑动速度Usl得出的。在临界流化状态时，固体速度为零，因此，Usl= umf/εmf ，当Usl≥umf/εmf时，立管为流化流动区；Uslumf/εmf时，为填充床流动区。 图7—10 立管流动区域划分 在流化流动区，分为无气泡和有气泡的流化流动区。一般地在立管中有气泡的催化剂流动又分为四种情况，在图7-10中已表明。在催化裂化装置中，二级料腿内会出现I型流动，其中的乳相气体和气泡相气体均向上运动，颗粒向下运动。且密度逐渐加大，脱气后空隙率下降。Ⅱ型流化流动在固体真实速度较低时形成，如湍动床出口处的淹流管，若气泡上升速度为0.3m/s，则当固体真实速度低于0.3m/s时会出现净脱气现象，这种状态下的立管流动为Ⅱ型流化流动。而当固体真实速度较高，比如接近0.3-0.6m/s时，立管中催化剂虽然有气泡向上运动，但乳相气体向下运动，其气量大于向上运动的气泡量，立管呈现净气体向下运动，这时为Ⅲ型流化流动。当气泡气体和乳相气体均向下运动时，立管呈Ⅳ型流化流动，这种流型很好，没有大气泡，空隙率较大，立管蓄压较高。 立管流动虽然分类较多，但一个立管中可能会出现多种流型并存。在立管流动的设计和操作中，要掌握好以下几个原则：一是固体速度尽量大，且立管越长，该流速应相应增大；二是进入立管的气固流化状态要好；三是注意搞好松动，控制合理的立管密度和空隙率。 （二） 立管流动的压力降和固体流量 1 填充床流动 填充床流动时压力降主要是气体相对于固体的速度造成的。填充床流动时，固体流量较流化流动时低很多，只要床高比排料孔径dO大40%，则其排料量将固定不变，即 Gs=5.052ρdo0.5 （7-70） 2 流化流动 流化流动时的立管压力降包括两部分，一是静压头，二是摩擦损失。 Leung提出了一整套计算流化流动立管的压降、固体质量流率以及滑阀开度的公式。本书从略。 (三) 工业立管的设计计算 1 立管质量流速 通过立管进行催化剂循环，是流化催化裂化装置的重要组成部分。虽然立管已在工业上使用了多年，但立管的设计主要还是依靠操作经验和粗略的估计。我国催化裂化立管的质量流速操作范围多数为300-800 kg/（m2·s）。 Matsen对48套催化裂化立管的催化剂质量流速进行考察得出：对直径为0.3-1.5m的立管，质量流速为600-1500 kg/（m2 ·s）时，可平稳操作。他还提出，立管密度为临界流化密度的70%-80%时，操作才能稳定。 2 立管的压力分布 对A类颗粒的催化剂立管，必须保持自上而下的催化剂流态化，才能使立管达到输送催化剂的目的。判断立管内流化状况的有效方法则是立管内压力分布的测定。 催化剂进入立管后，随着催化剂在立管中的下降，催化剂颗粒之间及颗粒微孔中气体体积变得越来越小，催化剂颗粒之间的距离变得越来越小，这种现象称为压缩效应。如果压缩效应使气体速度变得低于起始流化速度Umf，则床层会失去流态化，形成填充床，这是应竭力避免的。 在立管的理想操作范围内，催化剂乳相形成的压力就象流体一样随高度的增加而呈直线上升，这时立管的压力分布如图7-11a所示。 一旦立管中出现填充床流动，立管的压力分布就会变差，流化床压力连续传递的特性被破坏，压力分布图会出现如图7-11b、c所示的转变点。在这种状况下，装置的催化剂循环会受到影响，出现循环量降低，滑阀开度增加，循环不稳定，甚至中断催化剂循环等流态化问题。解决这些问题的方法就是在立管中加入松动介质。 图7—11 立管的几种压力分布图 3 立管理论松动介质量的计算 计算立管理论松动介质量的步骤如下： ①计算立管中循环催化剂的体积； ②计算循环催化剂的空隙体积； ③利用假设的催化剂乳相密度计算出立管入口