化学反应工程 第二章第五节.ppt

气 固相催化反应通常在固定床反应器 流化床反应器和移动床反应器中进行 一 固定床反应器气体反应物通过静止不同的固体催化剂所形成的固定床层而进行反应的装置称作固定床反应器 表XX列出了一些主要的固定床催化反应过程 第五节气 固相催化反应器概述 第五节气 固相催化反应器概述 表XX主要固定床催化反应过程 固定床反应器的主要优点是床层内流体的流动接近活塞流 可用较少量的催化剂和较小的反应器容积获得较大的生产能力 当伴有串联副反应时 可获得较高的选择性 此外 结构简单 操作方便 催化剂机械磨损小 因而固定床反应器获得了广泛应用 固定床反应器有三种基本形式 绝热式 多段绝热式和列管 多管 式 第五节气 固相催化反应器概述 1 绝热式固定床反应器尚可分为轴向反应器和径向反应器 轴向绝热式固定床反应器 如图XX所示 这种反应器结构最简单 它实际上就是一个容器 催化剂均匀堆置于床内 预热到一定温度的反应物料自上而下流过床层进行反应 床层同外界无热交换 径向绝热式固定床反应器 如图XX所示 径向反应器的结构较轴向反应器复杂 催化剂装载于两个同心圆构成的环隙中 流体沿径向流过床层 可采用离心流动或向心流动 径向反应器的优点是流体流过的距离较短 流道截面积圈套 床层阻力降较小 径向反应器适用于要求气流通道截面大 但床层较薄 这时如采用轴向床 反应器直径将过于庞大 气流均布也有困难 第五节气 固相催化反应器概述 第五节气 固相催化反应器概述 2 多段绝热式固定床反应器系由多个绝热床组成 段间可以进行间接换热 或直接引入气体反应物 或惰性组分 以控制反应器内的轴向温度分布 图XX是用于SO2转化的多段绝热反应器 段间引入冷空气进行冷激 对于这类可逆放热反应过程 可通过段间换热形成先高后低的温度序列利于提高转化率 第五节气 固相催化反应器概述 第五节气 固相催化反应器概述 3 列管式固定床反应器 如图XX所示 这种反应器由多根管径通常为25 30 的反应管并联构成 管数可能多达万根以上 管内 或管间 装催化剂 载热体流经管间 或管内 进行加热或冷却 此外 还可将上述基本形式的反应器相互串联 反应器之间设换热器或补充物料调节一下反应器的入口温度 但也有将列管式反应器和绝热式的反应器互相组合的 第五节气 固相催化反应器概述 第五节气 固相催化反应器概述 二 流化床反应器流化床反应器是利用气体或液体自下而上通过固体颗粒层而使固体颗粒处于悬浮运动状态 并进行气固相反应的反应器 流化床反应器通常为一直立的圆筒型容器 容器下部一般设有分布板 细颗粒状的固体物料装填在容器内 流体向上通过颗粒层 当流速足够大时 颗粒浮起 呈现流化状态 由于气固流化床内通常出现气泡相和乳化相 状似液体沸腾 因而流化床反应器亦称为沸腾床反应器 第五节气 固相催化反应器概述 流化床反应器的优点是 1 流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能 2 较易实现固体物料的连续输入和输出 3 可以使用粒度较小的固体催化剂 第五节气 固相催化反应器概述 三 移动床的反应器在移动床反应器中 固体反应物或催化剂自反应器顶部连续加入 在反应过程中逐渐下移 最后自反应器底部连续卸出 气体 或液体 反应物则自下而上 或自上而下 通过固体颗粒床层 以进行反应 由于反应器中固体颗粒之间基本上没有相对运动 但却有整个颗粒层的下移运动 因此 也可将其看成是一种移动的固定反应器 工业上移动床反应器的主要应用有 石脑油的连续催化重整 二甲苯异构化和连续法离子交换水处理等过程 第五节气 固相催化反应器概述 三 移动床的反应器移动床反应器的主要优点是 固体物料可以连续进出反应器 而且可以在较大范围内独立改变固体和流体的停留时间 对固体物料性状以中等速度变化的反应过