《化学反应过程与设备》课件-项目五 固定床反应器操作与控制

化学反应过程与设备项目五固定床反应器操作与控制任务1认识固定床反应器1、釜式反应器的基本结构认识固定床反应器1一、认识固定床反应器气－固相催化反应器固定床反应器流化床反应器绝热式

换热式

对外换热自热多段绝热单段绝热一、认识固定床反应器1.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。固体催化剂颗粒堆积起来所形成的固定床层静止不动，气体反应物自上而下流过床层，进行反应的装置称作固定床反应器。一、认识固定床反应器气固相固定床催化反应器在化工生产中应用广泛，如：氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。固定床反应器的特点气固相固定床催化反应器的优点较多，主要有：1.流体的流动皆可看成是理想置换流动，化学反应速率较快。在生产操作中，除床层极薄和气体流速很低的情况外，床层内气体的流动皆可看成是理想置换流动，返混小，反应推动力大。因此化学反应速率较快，在完成同样生产能力时，所需要的催化剂用量和反应器体积较小。固定床反应器的特点气固相固定床催化反应器的优点较多，主要有：2.气体停留时间可以严格控制，温度分布可以调节，有利于提高化学反应的转化率和选择性。对化学反应的适应性强，气体停留时间可以严格控制，温度分布可以调节，从慢反应到快反应都可适用。固定床反应器的特点气固相固定床催化反应器的优点较多，主要有：3.催化剂不易磨损，可以较长时间连续使用。结构简单，由于催化剂在反应器内不发生流动碰撞，对催化剂强度的要求相对较低，可以较长时间连续使用。4.适宜于在高温高压条件下操作。固定床反应器的特点由于固体催化剂在床层中静止不动，相应的产生一些缺点。1.导热性差，温度分布复杂。催化剂载体往往导热性不良，同时气体流速受压降限制又不能太大，由此造成床层中传热性能较差，给温度控制带来困难。固定床反应器的特点由于固体催化剂在床层中静止不动，相应的产生一些缺点。2.不能使用细粒催化剂。

须避免使用细粒催化剂，否则流体阻力增大，不能正常操作，而不能使用细粒催化剂使得催化剂的活性内表面得不到充分利用。固定床反应器的特点由于固体催化剂在床层中静止不动，相应的产生一些缺点。3.催化剂的再生、更换均不方便。固定床反应器中反应过程中催化剂静止不动的状态导致其再生、更换都需要停车进行操作，比较繁琐。固定床反应器的特点固定床床反应器虽有缺点，但可在结构和操作方面做出改进，且其优点是主要的。因此，仍不失为气固相催化反应器中的主要形式，在化学工业中得到广泛的应用例如：石油炼制工业中的裂化、重整、异构化、加氢精制等；无机化学工业中的合成复、硫酸、天然气转化等；有机化学工业中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙烯水合制乙醇、乙苯脱氢制苯乙烯、苯加氢制环己烧等。一、认识固定床反应器选择反应器就像我们生活中交朋友一样，每个人身上都有自己的优缺点，将目光放在他人的优点上，包容缺点，这样才能带来好的友情。化学反应过程与设备项目五固定床反应器操作与控制任务1认识固定床反应器1、釜式反应器的基本结构绝热式固定床反应器1绝热式固定床反应器在化工生产中，如何高效实现大规模的气固相催化反应？绝热式固定床反应器是关键设备之一。它结构简单、操作稳定，广泛应用于合成氨、SO₂氧化等过程。绝热式固定床反应器绝热式固定床反应器在反应过程中，床层不与外界进行热量交换。最外层的隔热材料层常被称为保温层，作用是防止热量的传出或传入，减少能量损失，维持一定的操作条件并起到安全防护的作用。如果反应器的绝热措施良好，没有热量损失，对于可逆放热反应来说，依靠本身放出的反应热可以使反应气体温度逐步升高。绝热式固定床反应器

多段绝热单段绝热

绝热式固定床反应器单段绝热式固定床反应器是在圆筒体底部安装一块支撑板，在支撑板上装填固体催化剂或固体反应物。1.单段绝热式固定床反应器单段绝热式固定床反应器结构简单、造价便宜、反应器内体积得到充分利用。反应过程中温度变化较大，当反应热效应较大而反应速率较慢时，绝热升温会使反应器内温度的变化超出允许范围。优点缺点一般情况，只适用于热效应较小，反应温度允许波动范围较宽，单程转化率较低的场合。如乙苯脱氢制苯乙烯、甲醇氧化制甲醛等。对于热效应较大的反应，只要对反应温度不是很敏感或者反应速率非常快，有时也使用这种类型的反应器。例如甲醇在银或铜的催化剂上用空气氧化制甲醛时，虽然反应热很大，但是因为它的反应速率很快，只用一层薄薄的催化剂床层即可。此薄层为绝热床层。单段绝热式固定床反应器当反应热效应比较大、最终转化率要求比较高，采用单段绝热式固定床反应器会使出口温度过高（或过低）、超过允许范围。这时，可以采用多段绝热式固定床反应器。多段绝热式固定床反应器由多个绝热床所组成。多段绝热式固定床反应器多段绝热式固定床反应器在多段绝热式固定床反应器内，催化剂装成多段，反应原料气从上到下依次通过各段进行反应，并在段间进行换热，反应后的产物从底部离开，段数一般不超过四。这种反应器每段催化剂层上下温差小，但体积利用率低，适用于反应热效应大和催化剂允许温度波动范围窄等场合。多段绝热式固定床反应器在多段绝热式固定床反应器中，反应气体通过第一段绝热床反应至一定的温度和转化率时，将反应气体冷却至远离平衡温度曲线的状态，再进行下一段的绝热反应。反应和加热（或冷却）过程间隔进行。根据段间反应气体的冷却或加热方式，又分为中间换热式和冷激式两种。中间换热式是在段间装有换热器，利用换热介质将上一段的反应气冷却和加热。它的特点是催化剂床层的温度波动小，缺点是结构较复杂，催化剂装卸较闲难，适用于放热反应，二氧化硫氧化、乙苯脱氢过程等常用中间换热式。多段绝热式固定床反应器冷激式是直接换热式反应器，反应器结构简单，便于装卸催化剂，催化剂床层的温度波动小，用于放热反应系统。它是将低温的冷激气直接喷到需要冷却气体中，达到冷却降温的目的。冷激用的冷流体如果是尚未反应的原料气称为原料气冷激。多段绝热式固定床反应器绝热式固定床反应器的应用非常广泛，特别是大型的、高温的或高压的反应器，希望结构简单，同样大小的装置内能容纳尽可能多的催化剂以增加生产能力，而绝热床正好能符合这种要求。不过绝热床的温度变化比较大，而且温度对反应结果的影响也是举足轻重的，因此如何取舍，要综合分析，结合实际情况来决定。绝热式固定床反应器化学反应过程与设备项目五固定床反应器操作与控制任务1认识固定床反应器1、釜式反应器的基本结构换热式固定床反应器1换热式固定床反应器这种反应器有什么特点，适用于什么场合呢？换热式固定床反应器当反应热效应较大时，为了维持适宜的温度条件，必须利用换热介质来移走或供给热量。按换热介质不同，可分为对外换热式固定床反应器和自热式固定床反应器。换热式固定床反应器

对外换热自热

绝热式固定床反应器对外换热式反应器多为列管式固定床反应器，如图所示，结构类似于列管式换热器。在管内装填催化剂，管外通入换热介质。列管式反应器的传热效果好，易控制固定床反应器床层的反应温度1.对外换热式固定床反应器绝热式固定床反应器列管式固定床反应器中，合理选择载热体及温度控制是保证反应能稳定进行的前提条件。载热体应具备性质稳定、无腐蚀、热熔大、廉价等特点，可根据反应操作温度范围及热效应大小选择。对外换热式固定床反应器绝热式固定床反应器240°C以下250~350°C350~400°C600~700°C热点：在放热反应时，通常在换热式反应器的轴向上存在一个最高的温度点。飞温：超过工艺允许的最高温度对外换热式固定床反应器热点温度过高，使反应选择性降低，催化剂变劣，甚至使反应失去稳定性而产生飞温。热点出现的位置及高度与反应条件的控制、传热和催化剂的活性有关。随着催化剂的逐渐老化，热点温度逐渐下移，其高度也逐渐降低。2.自热式固定床反应器在固定床反应器中，利用反应热来加热原料气，使原料气的温度达到要求的温度，同时降低反应物料的温度，使反应温度控制在适宜范围，这种反应器称为自热式固定床反应器。它只适用于热效应不太大的放热反应和原料气必须预热的系统。这种反应器本身能达到热量平衡，不需要外加换热介质来加热和冷却反应器床层。2.自热式固定床反应器自热式反应器的形式很多。一般是在圆简体内配置许多与轴向平行的冷管，管内通过冷原料气，管外装填催化剂，所以又将这类反应器称为管壳式固定床反应器。它按冷管的形式不同，又可分为单管、双套管、三套管和U形管，按管内外流体的流向还有并流和逆流之分。自热式固定床反应器单管逆流式催化床，冷管内冷气体自下而上流动时，温度一直在升高，冷管上端气体温度即为催化床入口气体温度，无绝热段。自热式固定床反应器双套管并流式催化床，冷管是同心的双重套管，冷气体经催化床外换热器加热后，经冷管内管向上，再经内、外冷管间环隙向下，预热至所需催化床进口温度后，经分气盒及中心管翻向催化床顶端，经中心管时，气体温度略有升高。气体经催化床顶部绝热段，进入冷却段，被冷管环隙中气体所冷却，而环隙中气体又被内冷管内的气体所冷却。自热式固定床反应器三套管并流式催化床是双套管式催化床的冷管内加一内衬管改为三套管的，由于催化床内温度分布比较合理，空时收率有所提高，但催化床的压力降也有所增加。特点是反应床层中温度接近最佳温度曲线、反应过程中热量自给，缺点是结构复杂、造价高、催化剂装载系数较大，只适用于较易维持一定温度分布的、热效应不大的放热反应。化学反应过程与设备项目五固定床反应器操作与控制任务2认识固定床反应器用催化剂1、釜式反应器的基本结构固体催化剂基础知识1固定床反应器用催化剂固定床反应器是反应物料流经固体催化剂所构成的床层进行化学反应的反应设备，固体催化剂本身及其构成的催化床层对反应有着重要的影响，因此了解固体催化剂是非常重要的。固定床反应器用催化剂在工业化生产中，要求在单位时间内获得足够量的产品，仅采用增加反应物浓度和提高反应温度的方法，往往达不到工业生产的要求。因此，采用催化剂选择性地加快反应速率，是行之有效的办法，特别是在有机化工生产中，催化剂的应用越来越广泛。据统计，当今90%的化学工业中均包含有催化过程，催化剂在化工生产中占有相当重要的地位。催化剂基础知识催化剂是这样一种物质,它能够加速热力学允许的化学反应，在反应结束时该物质并不消耗。1.催化剂的定义由于催化剂的介入而加速或减缓化学反应速率的现象称为催化作用。在催化反应中，催化剂与反应物发生化学作用，改变了反应途径，从而降低了反应的活化能，这就是催化剂能够提高反应速率的原因。催化剂基础知识①催化剂能够加快反应速率，但它本身并不进入化学反应的剂量。②催化剂对反应具有选择性，即催化剂对反应的类型、反应方向和产物的结构具有选择性。③催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应，而不能加速热力学上不能进行的反应。④催化剂只能改变化学反应的速率，而不能改变化学平衡的速率（平衡常数）。⑤催化剂不改变化学平衡，以为这既能加速正反应，也能同样程度地加速逆反应。2.催化剂的基本特征催化剂基础知识固体催化剂是具有不同形状（如球形、柱状或无定形等）的多孔性颗粒，在使用条件下不发生液化、汽化或升华。绝大多数固体催化剂主要包括主催化剂、助催化剂和载体三个部分。3.催化剂的组成及功能催化剂基础知识主催化剂是催化剂不可或缺的成分，单独存在时具有显著的催化活性，也称活性组分。主催化剂通常由一种或几种物质组成，如铅、镍、五氧化二钒等。例：合成醋酸乙烯酯时所用催化剂的活性组分，乙炔法为醋酸锌，乙烯法是金属钯。加氢催化剂的活性组分为金属镍。邻二甲苯氧化生产苯酐催化剂的活性组分为五氧化二钒。主催化剂催化剂基础知识结构型助催化剂、调变型助催化剂、毒化型助催化剂。助催化剂助催化剂是加到催化剂中的辅助成分，本身没有活性或活性很少，但是可以改变主催化剂的物理结构和化合形态，因此可以改善催化剂的性能。助催化剂可以是单质，也可以是化合物，目前，主要是碱土金属、碱金属及其化合物，非金属及其化合物。结构型助催化剂的作用是增大表面，防止烧结，提高主催化剂的结构稳定性。调变型助催化剂的作用是改变主催化剂的化学组成、电子结构、表面性质或晶型结构，从而提高催化剂的活性和选择性。毒化型助催化剂的作用是使某些引起副反应的活性中心中毒，提高催化剂的选择性。催化剂基础知识载体是负载催化剂活性组分、助催化剂的物质。它是催化剂的重要组成部分，应具有大的比表面积、足够的机械强度，使催化剂在储存、运输、装卸和使用中不易破碎或粉化。所以在选择载体时，往往从物理性质、机械性质、来源难易等方面加以考虑。载体催化剂基础知识1.增大活性表面和提供合适的孔结构；2.提高催化剂的机械强度；3.提高催化剂的热稳定性；4.节省活性组分用量，降低成本；5.提高活性中心；6.和活性组分形成新的化合物。载体的作用化学反应过程与设备项目五固定床反应器操作与控制任务2认识固定床反应器用催化剂1、釜式反应器的基本结构催化剂性能标志1催化剂的性能与标志一个优秀的化工人必须具备这个岗位所需要的所有条件，包括但不限于：扎实的化工知识、专业的操作技能等，这就要求同学们树立终身学习的意识，不断完善自己。衡量的催化剂性能的好坏通常从：活性、选择性、使用寿命、机械强度和稳定性等方面进行评价。催化剂的性能与标志催化剂的活性是指催化剂改变反应速率的能力，即加快反应速率的程度。它反映了催化剂在一定工艺条件下催化性能的最主要指标，直接关系到催化剂的选择、使用及制造。活性可以用：比活性、转化率、空时收率来表示。活性催化剂的性能与标志催化剂的选择性是指催化剂促使反应向所要求的方向进行而得到目的产物的能力。它是催化剂的又一个重要指标。催化剂具有特殊的选择性，说明不同类型的化学反应需要不同的催化剂；同样的反应物，选用不同的催化剂，则获得不同的产物。选择性催化剂的性能与标志使用寿命是指催化剂在反应条件下具有活性的使用时间，或者活性下降经再生而又恢复的累计使用时间。催化剂寿命越长，使用价值越大。所以高活性、高选择性的催化剂还需要有长的使用寿命。使用寿命催化剂的性能与标志催化剂的活性随运转时间而变化。各类催化剂都有它自己的“寿命曲线”，即活性随时间变化的曲线，可分为三个时间段：成熟期、稳定期、衰老期。使用寿命催化剂的性能与标志在化工生产中，大多数催化反应都采用连续操作流程，反应时有大量原料气通过催化剂层；有时还要在加压下运转，催化剂又需定期更換，在装卸、装填和使用时都要承受碰撞和摩擦，特别是在流化床反应器中，对催化剂的机械强度要求更高，否则会造成催化剂的破碎，增加反应器的阻力降，甚至是物料将催化剂带走，造成催化剂的损失。更严重的还会堵塞设备和管道，被迫停车，甚至造成事故。所以，机械强度是催化剂活性、选择性和使用寿命之外的又一个评价催化剂质量的重要指标。机械强度和稳定性催化剂的性能与标志催化剂的物理状态对催化剂的性质有重要的影响。物理状态及有关的性状可以分为两类：一类是微观的，属于深入的科学研究范围；另一类是与固体催化剂宏观组织构造有关的标志，在工业催化剂商品中列有这一类标志，供催化剂使用者参考，这些标志主要有以下9项。其他物理性状催化剂的性能与标志固体催化剂，不管以哪方法制备，最终都要以不同形状和尺寸的颗粒在催化反应器中使用。工业上常用的催化剂，除无定形粒状外，还有圆柱形（包括拉西环形及多孔圆柱形）、锭形、球形、条形、蜂窝形、内外齿轮形、三叶草形、梅花形等。1.形状与尺寸催化剂的性能与标志比表面积是指每克催化剂的表面积。常用的多孔性催化剂比表面积较大，而大孔催化剂与非孔性催化剂的比表面积较小。2.比表面积催化剂的性能与标志孔容积指的是每克催化剂中孔隙的容积。多孔性催化剂的孔容积多数在0.1到1.0毫升每克范围内。3.孔容积催化剂的性能与标志大部分催化剂中的孔径都是不均匀的。为了表达孔径大小的分布，可以用多种不同的指标。平均孔径是一个设想值，也就是设想孔径一致时为了提供实际催化剂所具有的孔容积和比表面积孔的半径应为多少。或然孔径值，即在实际催化剂的孔径分布中出现概率最大的孔径值。4.孔径分布、平均孔径与或然孔径催化剂的性能与标志5.孔隙率孔隙率指催化剂颗粒孔隙体积与催化剂颗粒总体积之比。6.空隙率空隙率是指催化剂床层的空隙体积与催化剂床层总体积之比。7.真密度真密度又称骨架密度，即催化剂颗粒中固体实体的密度。8.表观密度表观密度又称假密度或颗粒密度，即包括催化剂颗粒中的孔隙容积时该颗粒的密度。9.堆积密度堆积密度又称填充密度，是对催化反应床层而言，即当催化剂自由地填人反应器中时包括床层中的自由空间每单位体积反应器中催化剂的质量。其他物理性状催化剂的性能与标志表面积大小直接影响催化剂的活性和选择性，是反应效率的关键因素。催化剂的形状和大小决定了反应器内的流体流动特性，影响反应效率。表面积与催化活性01颗粒大小分布和密度对流化床反应系统中的流体动力学有重要影响。颗粒分布与流化床系统02孔容积和孔径分布对反应物和产物的传递过程至关重要，影响反应速率。孔结构对传递过程的影响03堆积密度决定了反应器空间的利用效率，影响整体的生产能力和成本。堆积密度与反应器利用率04化学反应过程与设备项目五固定床反应器操作与控制任务2认识固定床反应器用催化剂1、釜式反应器的基本结构固体催化剂的失活与再生1催化剂的失活催化剂的失活原因是多种多样的，主要是中毒、烧结、结焦和堵塞。中毒引起的失活中毒指原料中极微量的杂质导致催化剂活性的迅速下降的现象。毒物在活性中心上吸附或化合时，生成的键强度相对较弱，可以采取适当的方法除去毒物，使催化剂活性恢复而不会影响催化剂的性质，这种中毒叫作可逆中毒或暂时中毒。暂时中毒毒物与催化剂活性组分相互作用，形成很强的化学键，难以用一般的方法将毒物除去以使催化剂活性恢复，这种中毒叫作不可逆中毒或永久中毒。永久中毒催化剂中毒之后可能失去对某一反应的催化能力，但对别的反应仍有催化活性，这种现象称为选择性中毒。在连串反应中，如果毒物仅使导致后继反应的活性位中毒，则可使反应停留在中间阶段，获得高产率的中间产物。选择性中毒结焦和堵塞引起的失活催化剂表面沉积含碳物质，形成结焦，影响反应效率。孔道中沉积物导致孔径减小，阻碍反应物分子扩散。结焦的定义含炭沉积物可与水蒸气或氢气反应去除，恢复活性。结焦失活的可逆性前期控制结焦可显著提升催化剂的活性和使用寿命。控制结焦的重要性烧结和热引起的失活催化剂的烧结和热失活是指由高温引起的催化剂结构和性能的变化。高温除了引起催化剂的烧结外，还会引起其他变化，主要包括：化学组成和相组成的变化，半熔，晶粒长大，活性组分被载体包埋，活性组分由于生成挥发性物质或可升华的物质而流失等。烧结和热失活与催化剂的预处理、还原和再生过程以及所加的促进剂和载体等有关。催化剂失活的原因是错综复杂的，每一种催化剂失活并不仅仅按上述分类的某一种进行，往往是由两种或两种以上的原因引起的。催化剂的再生催化剂的再生是在催化活性下降后，通过适当的处理使其活性得到恢复的操作。因此，再生对于延长催化剂的寿命、降低生产成本是重要的手段。催化剂的再生是对于催化剂的暂时性中毒或物理中毒如微孔结构阻塞等进行再生，如果催化剂受到毒物的永久中毒或结构毒化，就难以进行再生。催化剂的再生催化剂的再生是在催化活性下降后，通过适当的处理使其活性得到恢复的操作。因此，再生对于延长催化剂的寿命、降低生产成本是重要的手段。空气蒸汽

氢气酸和碱催化剂的再生如轻油水蒸气转化制合成气的镍基催化剂，当处理积炭现象时，加大水蒸气比或停止加油，单独使用水蒸气吹洗催化剂床层，直至所有的积炭全部清除掉为止。1.蒸汽处理催化剂的再生当催化剂表面吸附了炭或碳氢化合物、阻塞了微孔结构时，可通入空气进行燃烧或氧化，使催化剂表面的炭及碳氢化合物与氧反应，将炭转化成二氧化碳放出。例如原油加氢脱硫用的钴钼或铁钼催化剂，当吸附了上述物质时活性显著下降，常用通入空气的办法把这些物质烧尽，这样催化剂就可继续使用。2.空气处理催化剂的再生如合成氨使用的熔铁催化剂，当原料气中含氧或氧的化合物浓度过高受到毒害时，可停止通入该气体，而改用合格的氮气氢气混合气体进行处理，催化剂可获得再生。加氢的方法，也是除去催化剂中含焦油状物质的一种有效途径。3.通入氢气或不含毒物的还原性气体催化剂的再生如加氢用的骨架镍催化剂被毒化后，通常采用酸或碱，以除去毒物。催化剂的再生是可以进行无数次的吗，再生后的活性和失活前一样吗？4.用酸或碱溶液处理主催化剂催化剂经再生后，一些可以恢复到原来的活性，但也受到再生次数的制约。如用烧焦的方法再生，催化剂在高温的反复作用下其活性结构也会发生变化。因结构毒化而失活的催化剂，一般不容易恢复到毒化前的结构和活性。例如：合成氨的熔铁催化剂，如果被含氧化合物多次毒化和再生，则阿尔法铁的微晶由于多次氧化还原，晶粒长大，结构受到破坏，即使用纯净的氮气氢气混合气也不能使催化剂恢复到原来的活性。因此，催化剂再生次数也受到一定的限制。催化剂的再生生命之源——水。就像催化剂再生一样，人类虽然掌握了一些净化水的方法，但是仍有一些工业废水是无法净化再利用的。因此我们可以从两方面行动起来保护水资源：一是生活中节约用水，二是在设计工艺流程时尽量选择环保的方法。节约用水催化剂的再生催化剂再生的操作，可以在固定床、移动床或流化床中进行。01当催化剂的活性下降比较缓慢，可允许数月或一年后再进行再生时，可采用设备投资少、操作也容易的固定床再生。固定床再生02对于反应周期短，需要进行频繁再生的催化剂，最好采用移动床或流化床连续再生。流化床再生03化学反应过程与设备项目五固定床反应器操作与控制任务3气固相催化反应过程1、釜式反应器的基本结构固体催化剂的失活与再生1气固相催化反应过程同学们想象一下，化工厂如何将简单的气体原料变成塑料、化肥？这些神奇变化的背后，都离不开我们今天要讲的主角——气固相催化反应。气固相催化反应过程气固相反应本征动力学是研究不受扩散干扰条件下的固体催化剂与其相接触的气体之间的反应动力学。①反应组分从流体主体向固体催化剂外表面传递；②反应组分从催化剂外表面向催化剂内表面传递；③反应组分在催化剂表面的活性中心吸附；④在催化剂表面上进行化学反应；⑤反应产物在催化剂表面上脱附；⑥反应产物从催化剂内表面向催化剂外表面传递；⑦反应产物从催化剂外表面向流体主体传递。气固相催化反应过程气固相反应本征动力学是研究不受扩散干扰条件下的固体催化剂与其相接触的气体之间的反应动力学。在这七个步骤中，第①步和第⑦步是气相主体通过气膜与颗粒处表面进行物质传递，称为外扩散过程；第②和第⑥步是颗粒内的传质，称为内扩散过程；第③和第⑤步是在颗粒表面上进行化学吸附和化学脱附的过程；第④步是在颗粒表面上进行的表面反应动力学过程。气固相催化反应过程气固相催化反应过程是一个多步骤过程。如果其中某一步骤的反应速率与其他各步的反应速率相比要慢得多，以致整个反应速率取决于这一步的反应速率，该步骤就称为反应速率控制步骤。当反应过程达到定态时，各步骤的反应速率应该相等，且过程的反应速率等于控制步骤的反应速率。这一点对于分析和解决实际问题非常重要。气固相催化反应过程催化作用本质是化学吸附现象。化学吸附的本质在于电子的共用或转移，导致气体分子与固体表面之间形成一种具有化学键特性的相互作用。化学吸附的本质化学吸附与物理吸附的主要区别在于吸附过程中是否有电子的转移和重排。化学吸附涉及电子的转移和重排，而物理吸附则不发生此类现象，仅通过范德华力作用。化学吸附与物理吸附的比较化学吸附是指气体分子与固体表面之间通过电子的共用或转移而产生的相互作用，这种吸附具有化学键的特性。物理吸附则是指气体分子与固体表面之间通过较弱的范德华力相互作用，不涉及电子的转移或重排。化学吸附与物理吸附定义在化学吸附过程中，气体分子与固体表面之间会通过电子的共用或转移来实现相互作用，这是化学吸附区别于物理吸附的关键特征。电子共用或转移现象物理吸附与化学吸附的区别物理吸附适用于所有固体表面，而化学吸附则特指那些能够与吸附物发生化学反应的特定固体表面。吸附剂的差异吸附物的差异物理吸附能够吸附低于临界点的一切气体，而化学吸附则限定于能够与固体表面发生化学反应的特定气体。物理吸附与化学吸附的区别物理吸附通常发生在低于沸点的温度下，而化学吸附则多发生在高于沸点的温度范围内。温度范围的差异吸附热的差异物理吸附的吸附热小于8千焦每摩尔，与冷凝热的数量级相当；化学吸附的吸附热通常大于40千焦每摩尔，与反应热相当。物理吸附与化学吸附的区别物理吸附的速率非常快，活化能较低；化学吸附则分为非活化吸附和活化吸附，其中非活化吸附的活化能低，而活化吸附的活化能高。吸附速率及活化能的差异覆盖情况的差异物理吸附表现为多层吸附，而化学吸附则多为单层吸附或不满一层。物理吸附与化学吸附的区别物理吸附过程高度可逆，化学吸附过程通常不可逆。可逆性的差异选择性的差异物理吸附没有选择性，而化学吸附则具有选择性，只有表面上一部分特定位置能够发生吸附。物理吸附与化学吸附的区别物理吸附可用于测定固体表面积及孔大小，以及净化液体或气体；化学吸附则用于测定表面浓度、吸附和脱附速率，估计活性中心的面积，以及阐明表面反应动力学。应用的差异化学反应过程与设备项目五固定床反应器操作与控制任务4固定床反应器仿真操作1、釜式反应器的基本结构固定床反应器的仿真操作1物理吸附与化学吸附的区别一、工艺说明本流程为利用催化加氢脱乙炔的工艺。乙炔是通过等温加氢反应器除掉的,反应器温度由壳侧中冷剂温度控制。主反应为：nC2H2＋2nH2

（C2H6）n温度超过66℃时有副反应为：

2nC2H4

（C4H8）n物理吸附与化学吸附的区别二、本单元复杂控制回路说明进料反应原料分两股,一股为约-15℃的以C2为主的烃原料,进料量由流量控制器FIC1425控制;另一股为H2与CH4的混合气,温度约10℃,进料量由流量控制器FIC1427控制。FIC1425与FIC1427为比值控制,两股原料按一定比例在管线中混合后经原料气/反应气换热器(EH-423)预热,再经原料预热器(EH-424)预热到38℃,进入固定床反应器(ER-424A/B)。预热温度由温度控制器TIC1466通过调节预热器EH-424加热蒸汽(S3)的流量来控制。物理吸附与化学吸附的区别冷剂（热载体）冷却介质为液态丁烷，通过丁烷蒸发带走反应器中的热量，丁烷蒸汽通过在水冷器EH-429中由冷却水冷凝而C4冷剂的压力由压力控制器PIC1426通过调节C4蒸汽冷凝回流量来控制,从而保持C4冷剂的温度。二、本单元复杂控制回路说明物理吸附与化学吸附的区别二、本单元复杂控制回路说明FFI1427：为一比值调节器。根据FIC1425（以C2为主的烃原料）的流量，按一定的比例，相适应的调整FIC1427（H2）的流量。比值调节：工业上为了保持两种或两种以上物料的比例为一定值的调节叫比值调节对于比值调节系统，首先是要明确那种物料是主物料，而另一种物料按主物料来配比。在本单元中，FIC1425（以C2为主的烃原料）为主物料，而FIC1427（H2）的量是随主物料（C2为主的烃原料）的量的变化而改变。物理吸附与化学吸附的区别三、设备一览表

EH-423：原料气/反应气换热器EH-424：原料气预热器

EH-429：C4蒸汽冷凝器

EV-429：C4闪蒸罐

ER-424A/B：C2X加氢反应器固定床反应器仿真操作掌握工艺流程、反应设备以及反应原理，对于后续的实践操作至关重要。只有在充分理解了工艺流程、反应设备以及反应原理的基础上，我们才能确保生产过程的安全性。在遇到设备故障或生产问题时，也只有具备这些知识，我们才能迅速而准确地找到问题的根源，并采取恰当的措施进行处理。化学反应过程与设备项目五固定床反应器操作与控制任务4固定床反应器的操作与维护1.熟悉设备的结构、性能，并熟悉设备操作规程。2.检查所有设备、管道、阀门试压合格，清洗吹扫干净，符合安全要求。3.所有温度、流量、压力、液位等仪表要正确无误。4.生产规场包括主要通道无杂物乱堆乱放，符合安全技术的有关规定.5.检查燃料气、燃料油、动力空气、水蒸气、冷冻盐水、循环水、电、生产原料等符合要求，处于备用状态。固定床反应器的操作与维护1.开车前的准备工作1. 投运公用工程系统、仪表和电气系统。2. 通入氮气置换反应系统。3. 按工艺要求先对床层升温直至合适温度，进行催化剂的活化。4. 逐渐通入气体物料，适时打开换热系统，按要求控制好反应温度。5. 调节反应原料气流量、反应器操作压力、操作温度到规定值。6. 反应运行中，随时做好相应记录，发现异常现象时及时采取措施。固定床反应器的操作与维护2.正常开车1. 减小负荷，关小原料气量，调节换热系统。2. 关闭原料气。打开放空系统，改通氮气，充氮气。3. 钝化催化剂，降温，卸催化剂。4. 关闭各种阀门、仪表、电源。固定床反应器的操作与维护3.正常停车所有设备、管道、阀门试压合格，清洗吹扫干净。所有温度、流量、压力、液位的仪表要正确无误。机泵单机运行正常，包括备用泵也处于可运转状态。燃料系统经试压后无泄漏，喷嘴无堵塞，油温预热至正常操作温度，并注意油贮罐排水。生产现场包括主要通道无杂物乱堆乱放，符合安全技术的有关规定。与调度联系，使燃料气、燃料油、动力空气、仪表空气、水蒸汽、冷冻盐水、循环水、电、原料乙苯等处于备用状态。1.开车前的准备工作乙苯脱氢用固定床反应器的操作①点火后待火焰稳定，开始记录温度，然后以一定的速率升温。②温度升至150℃时，逐步开大烟囱挡板的角度，控制150℃稳定四小时，并做好通空气的准备。③150℃稳定结束，通入动力空气，并控制空气压力和流量。④恒温结束后，继续以一定的速率升温。⑤当温度升至500℃时，开大烟囱挡板的角度，并恒温二十四小时。⑥在500℃恒温过程中，作好通水蒸汽的准备工作，当恒温结束，开始切换通入水蒸汽。⑦水蒸汽通入后，仍以一定的速率升温。乙苯脱氢用固定床反应器的操作2.正常开车⑧温度升为500℃时，水蒸汽以一定的流量进入水蒸汽过热炉的辐射段，并以一定的流量通入乙苯蒸发器。⑨温度升为600℃时，加大水蒸汽的通入量。仍以一定的速率升温。⑩温度升为800℃时，进一步加大水蒸汽的通入量。在进一步开大烟囱挡板的角度。⑾在800℃稳定六小时后，准备投料通乙苯。⑿开乙苯贮罐的低部出口阀，启动乙苯泵，开出口阀，控制一定的流量。⒀一段时间后，采样分析，根据结果调节乙苯的流量和炉顶温度，炉顶温度指示不得超过850℃。乙苯脱氢用固定床反应器的操作3.正常开车①接到停车通知后，逐步减少乙苯进料流量，以10℃/h速率降低炉顶温度至800℃恒温。②在800℃恒温下，仍按一定的速率减少乙苯进料量，直至切断乙苯。③800℃恒温结束后，以15℃/h速率降低炉顶温度至750℃，关小烟囱挡板角度。④750℃恒温一小时，逐步减少水蒸汽进入量，再关小烟囱挡板角度，以减少空气进入量，关闭盐水阀。⑤以15℃/h速率降低炉顶温度至500℃，减少水蒸汽进入量。

乙苯脱氢用固定床反应器的操作3.正常停车⑥500℃恒温17小时，恒温过程中，当恒温第3小时开始进一步减少水蒸汽进入量，交替切换动力空气，控制动力空气的流量。⑦炉顶温度500℃恒温结束后，以15℃/h速率降低炉顶温度至150℃，继续以一定流量通动力空气。⑧150℃恒温2小时，关小烟囱挡板角度。⑨恒温结束切断动力空气阀，关小烟囱挡板角度