气－固催化反应器课件

气—固催化反应器

2025/12/231气—固催化反应器固定床反应器流化床反应器2025/12/2326.1固定床反应器一、固定床反应器简介2025/12/2331.定义：凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置。2025/12/234③有利于达到高的选择性和转化率。2.特点：①催化剂不易磨损。②床层内流体流动→平推流，较少量催化剂可获较大生产能力。④传热较差。⑤催化剂的更换必须停车。⑥催化剂应有较长的寿命。2025/12/235二、固定床反应器型式1.绝热床反应器2.换热式反应器3.自热式反应器2025/12/236

水蒸汽作用：可安全地过热到高温。热容量大，可带入大量显热，还起稀释作用，降低乙苯的分压，使反应向生成苯乙烯的方向进行，清除积炭。典型例子是乙苯脱氢制苯乙烯。2025/12/237绝热床反应器单段绝热式多段绝热式间接换热式冷激式2025/12/238返回2025/12/239返回2025/12/2310返回2025/12/2311返回2025/12/2312以列管式为多传热效果好，温度易控，用于附加值高、原料成本高、不易分离的场合。2025/12/2313对外换热式结构2025/12/2314对外换热式换热返回2025/12/2315反应前后物料在床层中自己进行换热2025/12/23162025/12/2317三.数学模型拟均相模型非均相模型一维模型二维模型按反应动力学根据床中温度分布根据流动状况理想流动模型非理想流动模型返回2025/12/23186.2流化床反应器1954年我国将流态化技术应用于工业装置。1942年国际上将流态化技术应用于重油催化裂化装置。2025/12/23192025/12/23202025/12/23212025/12/23226.2-1概述所谓流态化就是固体粒子像流体一样进行流动的现象。2025/12/2323起始流态化：流体的流速达到某一数值时，颗粒开始浮动。流速为起始流化速度（umf），一般很小。2025/12/2324

膨胀式（散式流化床或均匀流化床）：在液体的情况下，流速进一步增加，膨胀均匀且波动很小，粒子分布均匀。2025/12/2325鼓泡床：气速达到一定值时，才有气泡。此时速度为起始鼓泡速度（umb)。2025/12/2326

节涌床：床高与床径比大，气泡在上升过程中可能聚并增大甚至达到占据整个床层，固体粒子一节节的往上柱塞式的推动，直到达到某一位置崩落为止，这种现象称为节涌。2025/12/2327湍流床：湍动程度加剧，压力脉动的幅值减小，此时为湍流床。快速流化床：颗粒从连续的床层变为分散的颗粒，经历了分散—凝并的变化。实际气速增加到终端速度ut时，颗粒被带走，这一速度为鼓泡床的操作极限。2025/12/2328流态化的优点：①传热效能高，而且床内温度易维持均匀。适用热效应大。②大量固体粒子可方便的往来输送。特别适用于催化剂迅速失活的场合。③粒子细，可以消除内扩散阻力，充分发挥催化剂效能。2025/12/2329缺点：①气流状况不均，不少气体以气泡状态通过床层。②粒子运动基本是全混式，停留时间不一。影响产品质量的均一性。③粒子的磨损和带出造成催化剂的损失，需加旋风分离器回收。2025/12/2330umfumbutu0操作气速U0，U0/Umf（为流化数）在1.5～10范围的，U0/Ut=0.1—0.4左右选取，通常U0在0.15～0.5m/s。2025/12/23316.2-2气泡及其行为2025/12/2332

气泡顶部呈球形，尾部略凹，颗粒被卷入，形成局部涡流，尾涡。气泡小，气泡上升速度低于乳相中气速时，乳相中气流可穿过气泡上流，但当气泡大到其上升速度超过乳相气速时，就有部分气体穿过气泡形成环流，在气泡外形成气泡云。气泡云与尾涡都在气泡外，所含粒子浓度与乳相相同，形成气泡晕。1.气泡结构2025/12/23332025/12/2334管栅分布器：6.2-3分布板与内部构件1.分布板：单层筛板直形筛板凹形筛板多层筛板夹层填料泡帽板侧缝锥帽2025/12/2335♂直孔筛板2025/12/2336♂凹形筛板2025/12/2337泡帽侧缝分布板2025/12/2338泡帽侧孔分布板2025/12/2339♂直孔泡帽分布板2025/12/2340锥型侧缝分布板2025/12/2341锥型侧孔分布板2025/12/2342原则：气体分布方式很多，以分布均匀，防止积料，结构简单和材料节省为宜。2025/12/2343为保证流化均匀，稳定，分布板要有足够压降，一般选分布板压降为床层压降的10%～20%，开孔率约1%。设计筛孔分布板，先求小孔阻力系数，再求小孔气速：2025/12/23442．内部构件为了传热或控制气——固间接触，常在床内设置内部构件。气体预分布器挡板旋风分离器2025/12/2345开孔式预分布器2025/12/2346充填式预分布器2025/12/2347帽式预分布器2025/12/2348同心圆锥壳式预分布器2025/12/2349弯管式气体预分布器♂2025/12/2350内旋挡板2025/12/2351外旋挡板2025/12/2352多旋挡板♂2025/12/23532025/12/23546.3反应器的设计原则化工设计机械设计选型确定工艺操作条件工艺尺寸2025/12/2355设计前具备的条件：1）掌握反应过程的热力学数据和比热容、粘度等物性参数2）尽可能获得反应动力学及传递过程的数据2025/12/2356设计原则：1）根据工艺特点和实际情况，应用反应工程的观点确定最佳工艺参数2）应根据工艺设计参数、设备制备和检修等方面综合起来选择反应器类型。2025/12/23573）高压反应器内设有催化床、床外换热器、冷激气管等内部构件4）机械结构要可靠5）多段催化床要妥善设计好段间气体和冷激气体的分布和均匀混合装置。2025/12/2358反应器的型式与特性表型式适用反应优缺点搅拌槽液相、液—液、液—固相适用性大，操作弹性大，温度、浓度易控制，产品质量均一管式气相、液相返混小，反应器容积小，比传热面大空塔或搅拌塔液相、液—液相结构简单，返混程度与高/径比及搅拌有关，轴向温差大鼓泡塔或挡板鼓泡塔气—液相，气—液—固相气相返混小，液相返混大，温度较易调节，气体压降大，流速有限制填料塔液相、气—液相结构简单，返混小，压降小，有温差，填料装卸麻烦板式塔气—液相逆流接触，气液返混均小，流速有限制，如需传热，常另加传热面喷雾塔气—液相快速反应结构简单，液体表面积大，停留时间受塔高限制，气流速度有限制2025/12/2359固定床气—固相返混小，催化剂用量少，不易磨损，装卸麻烦，传热控温不易流化床气—固相，特别是催化剂失活很快的反应传热好，温度均匀，易控制，催化剂有效系数大，磨损大，返混大，对转化率不利，操作条件限制大移动床同上固体返混小，固气比可变性大，床内温差大，调节困难滴流床气—液—固相催化剂带出少，分离易，气液分不要均匀，温度调节困难蓄热床气相，以固相为热载体结构简单，调节范围较广，切换频繁，温度波动大，收率低喷嘴式气相，高速反应的液相传热、