固定床反应器.ppt

1、固定床反应器,07应用化学一班 郑潇 200707302141,目录,固定床反应器的特点 固定床反应器的结构 固定床反应器的数学模型,固定床反应器的特点,凡是流体通过不动的固体物料形成的床层面进行反应的设备称为固定床反应器,而其中尤以利用气态的反应物料，通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气固相催化反应器，在工业生产中应用最为广泛。如乙烯氧化制环氧乙烷、乙苯脱氢制苯乙烯、乙烯水合制乙醇等反应都在固定床反应器中进行。,固定床反应器之所以成为气固相反应器的主要形式，是和它具有下述优点分不开的： （1）在生产操作中，除床层极薄和气体流速很低的特殊情况外，床层内气体的流动皆可看成是理想置换流动。因此

2、其化学反应速度较快，在完成同样生产能力时，所需要的催化剂用量和反应体积较小。 （2）气体停留时间可以严格控制，温度分布可以调节，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性。 （3）催化剂不易磨损，可以较长时间连续使用。 （4）适宜于在高温高压下操作。,固定床反应器由于固体催化剂在床层静止不动，也存在一些缺点： （1）化学反应总是伴随着热效应，温度对反应速度影响很大，在放热反应时，通常在换热式反应器的轴向存在一个最高温度点，称为“热点”。如设计或操作不当，则在强放热反应时，床内热点温度会超过工艺允许的最高温度，甚至失去控制，称为“飞温”。此时，对反应的选择性、催化剂的活性和寿命、设备的强度等均极不利

3、。所以，固定床反应器从结构到操作控制所作的种种改进，大多数是为了解决这个问题。 （2）不能使用细粒催化剂，否则流体阻力增大，破环了正常操作，所以催化剂的活性内表面得不到充分利用。 （3）催化剂的再生、更换均不方便。,随着化工生产的发展，已出现多种固定床反应器的结构形式，以适应不同的转热要求和转热方式。主要分为绝热式和换热式两大类。 绝热式固定床反应器结构简单，催化剂均匀堆置于床内，一般有下列特点：床层直径远大于催化剂颗粒直径；床层高度与催化剂颗粒直径之比一般超过100；与外界没有热量交换，床层温度沿物料的流向而变化。 换热式固定床反应器一列管式为多，通常管内装催化剂，管间走载热体，一般有下列特

4、点：催化剂的颗粒小于管径的8倍；利用载热体来移走或供给热量，床层温度维持稳定。,固定床反应器的结构,固定床反应器的结构型式主要是为了适应不同的传热要求和传热方式，具体可分为： 一，绝热式固定床反应器 绝热式固定床反应器又分为单段绝热式和多段绝热式。 （一）单段绝热式固定床反应器 单段绝热式固定床反应器是在一个中空圆筒的底部放置一支撑板，在板上堆积固体催化剂。反应气体经预热到适当温度后，从圆筒体上部通人，经过气体予分布装置，均匀通过催化剂层进行反应，反应后的气体由下部引出，如图所示。这类反应器结构简单，生产能力大。对于反应热效应不大，且反应过程允许温度有较宽变动范围的反应过程，常采用此类反应器。

5、,单段绝热式固定床反应器 1，矿渣棉；2，瓷环；3，催化剂,（二）多段绝热式固定床反应器 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温度和转化率时，将反应气体冷却至远离平衡温度曲线状态。再进行下一段的绝热反应。反应和冷却（加热）过程间隔进行，根据反应的特征，一般有二段、三段或四段绝热床。根据段间反应气体的冷却或加热方式，多段绝热床又分为中间间接换热式（中间换热式）和冷激式。,(a) (b) (c) (d) (e) 多段绝热式固定床反应器,总之，绝热式固定床反应器的应用是相当广泛的，特别对大型的、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

6、产能力，绝热床正好能符合这种要求。不过绝热床的温度变化总是比较大的，而温度对反应结果的影响也是举足轻重的，因此如何取舍，要综合分析并根据实际情况来决定。,二，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提供热量。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。 （一）对外换热式固定床反应器 以各种载热体为换热介质的对外换热式反应器多为列管式结构，如图所示 类似于列管式换热器，因此也称列管式固定床反应器。列管式反应器的传热效果好，易控制催化剂床层温度，又因管径较小，流体在催化床内流动可视为理想置换流动，故反应速率快，选择性高。,列管式

7、固定床反应器,以联苯道生油作载热体的固定床反应装置。反应器外设置载热体冷却器，利用载热体移出的反应热，产生中压蒸汽。,以联苯道生油作载热体的 固定床反应装置 1，列管上花板；2、3,折流板；4，反应列管 5，折流板固定棒；6，人孔；7，列管下花板； 8，载热体冷却器,（二）自热式固定床反应器 自热式固定床反应器是采用上部为绝热层，下部为催化剂装在冷管间而连续换热的催化床。绝热层中反应气体迅速升温，冷却层中反应气体被冷却而接近最佳温度曲线，未反应气体经过床外换热器和冷管预热到一定温度后进入催化床。 我国中、小合成氨及合成甲醇多采用内冷自热式连续换热催化床， 根据不同的冷管结构，主要可分为单管逆流

8、式、双套管并流式、三套管并流式及单管并流式，各种冷管结构不同，其换热情况也有差异。,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。,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。,单管并流式催化床 反应气体经催化床外换热器加热后经升气管至上环管，气体在上环管分配至多根并联冷管，

9、向下流动，并流冷却催化床，冷管是单管，冷管气体经下环管集气，再经中心管向上，然后进入催化床。,三套管并流式催化床 双套管式催化床的冷管内加一内衬管改为三套管后，由于催化床内温度分布比较合理，空时产率有所提高，但催化床的压力降也有所增加。,单管并流式催化床 反应气体经催化床外换热器加热后经升气管至上环管，气体在上环管分配至多根并联冷管，向下流动，并流冷却催化床，冷管是单管，冷管气体经下环管集气，再经中心管向上，然后进入催化床。,径向固定床催化反应器 径向流动催化床中气体在垂直于反应器轴的各个横截面上沿半径方向流动。径向流动催化床的气体流道短，流速低，可大幅度降低催化床压降，为使用小颗粒催化剂提供了条件。,固定床反应器的数学模型,固定床反应器是研究得比较充分的