吸附反应器的学习课件

吸附反应器的学习课件第1页/共21页1、背景简介2、原理3、分类4、应用5、优缺点6、总结目录南京大学化学化工学院第2页/共21页化工生产过程通常采用单一目的的反应器,，为保证某一反应物完全转化,常常让其它反应组分过量，由于化学反应的复杂性，在发生主反应的同时常常伴随副反应。因此，为了得到纯净的目的产物，需要把过剩的反应物和副产物分离出去。为了降低成本，除研究高效催化剂外，开发新型反应器亦是重要途径，近年来关于耦合过程特别是把反应和其他过程耦合在同一设备内，强化反应过程，提高反应器的性能受到了广泛的关注。背景简介南京大学化学化工学院第3页/共21页如在一固定床反应器内进行可逆反应若不断地将产物从反应区移走,平衡将向右移动,使得反应物的转化率超过该反应条件下的平衡转化率,沿着这一思路,将反应与分离耦合在同一设备内,使反应器兼具分离功能。aAbB+cC吸附剂选择性地吸附某一产物吸附剂南京大学化学化工学院第4页/共21页吸附反应器集催化反应和吸附分离两项功能于一体，如间歇床或模拟移动床，利用吸附剂对反应混合物中各组分吸附能力的差异进行分离。吸附反应是通过吸附(物理或化学吸附)作用移走反应产物的耦合过程，在反应器内同时装有催化剂和吸附剂，吸附剂能选择性地吸附某一产物，转而通过解吸附使产物得到提纯。定义吸附反应器南京大学化学化工学院第5页/共21页吸附质吸附剂解吸附吸附过程南京大学化学化工学院第6页/共21页分类吸附反应器常规吸附反应器变压反应器变浓度吸附反应器色谱反应器南京大学化学化工学院第7页/共21页常规吸附反应器滴流床吸附反应器气-固-固滴流床反应器中，气体混合物由反应器底部引入并向上流动，新鲜的颗粒状吸附剂从反应器的顶部引入与反应物流成逆向流动G。吸附剂选择性地吸附产物，弱吸附或不吸附的组分从反应器顶部引出。被产物饱和了的吸附剂从反应器底部引出后加热使吸附剂得到再生并得到纯度很高的产物。

流化床吸附反应器流化床反应器内装有微球催化剂，新鲜的吸附剂由反应器顶部引入在流化床内它与反应物流成逆向流动，催化剂和吸附剂在进料端分离。南京大学化学化工学院缺点：需要旋风分离器来净化产物，吸附剂需要在反应器外部再生，增加投资。第8页/共21页色谱反应器在这类反应器中，催化剂和吸附剂组成的固定床作为固定相在反应器一端随载气一起进入反应器的反应物为流动相。反应物沿反应器移动时部分反应物转化为产物。因反应物和产物在固定相上吸附能力存在差异，它们在固定相中的停留时间不同从而达到分离目的。产物在固定相上吸附能力不同，在流动相中流速不同反应物南京大学化学化工学院第9页/共21页色谱反应器固定相：吸附剂催化剂流动相：载气反应物色谱反应器的主要缺点是间歇操作。为了实现连续操作人们陆续开发了移动床色谱反应器和模拟移动床反应器。但是模拟移动床反应器的结构复杂，设备投资费用较高。南京大学化学化工学院第10页/共21页变浓度吸附反应器变浓度吸附分离主要是针对液相吸附分离提出的。吸附剂的再生是通过改变流体相中被吸附组分的浓度实现的。此类反应器主要是对液相反应有效，因此这类反应器将在生物化工方面有广泛的应用前景。如果采用多塔操作，则可以实现连续操作。南京大学化学化工学院第11页/共21页变压吸附反应器变压反应器(pressureswingreactor简称PSR)即是把变压吸附与反应耦合应用在一起。这类反应器又称为周期分离反应器，其机制为吸附增强反应过程，催化剂和吸附剂混装在反应器内，在反应温度和操作压力下吸附剂有选择地从反应区吸附某一产物(物理或化学吸附)。从反应器中流出纯度很高的产品，然后降低反应压力使吸附剂在反应器内得到再生。南京大学化学化工学院第12页/共21页变压吸附变压吸附(pressureswingadsorption简称PSA)分离是基于吸附剂在不同压力对不同组分吸附量的差异而达到分离目的。右侧彩色柱就是吸附柱，对不同位置施加不同的温度和压力，使吸附剂对各成分吸附性为最强，即可分离得到该种成分。南京大学化学化工学院第13页/共21页PSR床层单一的吸附床层(耦合均相反应)单一的催化床层(催化剂同时具有较显著的吸附能力)吸附剂与催化剂的混合PSR的特点流程简单设备紧凑操作简便产品纯度高环境效益好吸附剂寿命长南京大学化学化工学院第14页/共21页PSR的关键和缺点PSR过程开发的关键在于催化剂。为提高分离效果，催化床层必须具有足够的吸附能力，而较低的温度有利；但为了保证一定的反应速率，反应温度又不能过低。这一矛盾是PSR工业化的重要障碍。PSR最终能否实现工业化，很大程度上取决于能否成功开发出低温催化剂或高温吸附剂。南京大学化学化工学院第15页/共21页固定床反应器是化学工业中广泛应用的反应设备,它作为一种吸附装置已广泛用于环境保护中。目前,大部分的催化过程是在固定床反应器中进行的,如合成氨、三氧化硫合成、甲醇合成、乙烯氧化制、环氧乙烷、邻二甲苯氧化制苯酐等。移动床可以应用在固体与流体间反应、传质、传热、机械分离等场合。固体颗粒可以做催化剂，也可以参与反应。模拟移动床已经得到工业化应用，成功地在液相多组分的分离上，模拟移动床吸附反应器工业应用的前景也很广阔。应用固定床吸附反应器移动床吸附反应器南京大学化学化工学院第16页/共21页把反应和分离耦合在同一反应器，既简化了流程，又可突破化学平衡的限制，提高反应物的转化率和复杂反应的选择性，可提高能量利用效率和过程的安全性，减少换热设备。通过反应器内温度分布的改善，也可以提高转化率和选择性。优缺点优点南京大学化学化工学院第17页/共21页反应与分离耦合合一有以下优点：对于可逆反应,由于产物离开反应区,破坏了热力学平衡,从而提高了转化率,减少了物料循环的费用；对于平行反应,如中间物为目的产物,由于中间产物通过分离不断地离开反应区,避免了进一步的串行反应,减少了副反应的发生,从而提高了选择性；可以得到纯度很高的产品,降低了产品分离的费用；由于操作条件较为温和,副反应较少,催化剂的失活将减慢,降低了生产成本。南京大学化学化工学院第18页