固定床反应器2011-7
固定床气固相催化反应器
（b）原料气冷激式 Ⅰ
特点：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。
缺点：操作要求较高 应用：适用于放热反应，能做成 大型催化反应器
Ⅱ
x
Ⅲ
平衡温度线
Ⅳ
最佳温度线
大型合成氨厂中的合成反应器，常使用此型
T
(c)非原料气冷激式
冷激用的冷流体如果是非关键组分的反应物， 称为非原料气冷激式。如一氧化碳变换反应器采用 过热水蒸汽冷激。冷激后，平衡温度曲线向着同一 温度下提高平衡转化率的方向移动；最佳温度曲线 也随之变动； 【冷激式反应器的特点】
内冷自热式
催化剂装载在冷管间，与冷管内未反 应气体连续换热，未反应气体经冷管预热 至催化床入口气体温度（高于催化剂的起 始活性温度），故称自热式。
适用于反应热不太大而又在高压下进 行的放热过程。如：中、小型氨合成及甲 醇合成使用此型。
自热式反应器的特点
• 将绝热式和换热式反应器结合起来使用，绝热层 中反应气体借助反应热迅速地升温到理想的反应 温度；然后进入换热段（冷却层）中，反应气体 被冷却而接近最佳温度曲线。自热式反应器只适 用于反应热不太大的放热过程。自热式反应器既 省了外来热源，也可设计出较好的轴向温度分布， 使其更接近于最佳温度分布曲线，因此操作稳定 性更好。但自热式反应器，因其对原料气有热量 反馈，常常会有多重定态现象。开工时，如原料 气不经预热，反应器就会总量处于转化率为零的 低温定态现象。因此对于自热式反应器必须在反 应床层外设置开工加热器。在开工时，必须使原 料气能越过不稳定的定态，当达到转化率高的高 温定态后，再逐步停用开工加热器，使其保持高 温定态反应。
缺点：结构复杂，反应器内催化剂装填量较 少，床层的压降较大，故其不能完全取代 绝热式反应器。
固定床反应器工作原理
固定床反应器工作原理
固定床反应器是一种常见的化学反应装置，其工作原理基于固定床的设计和反应物质在固定床中通过反应产生化学变化。
在固定床反应器中，反应物质流经固定在反应器内的催化剂床层。
催化剂床层通常是由均匀分散的催化剂颗粒组成。
当反应物质通过床层时，催化剂与反应物之间发生相互作用，触发化学反应。
固定床反应器的特点在于，反应物的流动与催化剂床层的固定形成了一个逐渐被消耗的反应物质流动带。
反应物质从反应器的进料口进入固定床，并流经床层中的催化剂，同时发生化学反应。
在流动过程中，反应物质的浓度逐渐降低，而生成物的浓度逐渐增加。
由于固定床反应器内的催化剂床层是固定的，反应物质通过床层时，催化剂的活性成分将不断参与化学反应，而不会被带走。
这种催化剂的固定状态在反应器运行期间始终保持稳定，并且能够持续地促进化学反应。
此外，固定床反应器还具备良好的热负荷分布和传热特性。
固定床内的催化剂床层由于较大的表面积，能够提供充足的接触面积来促进热的传导和传热。
这有助于保持反应器内的恒定温度，并提高化学反应的效率。
总的来说，固定床反应器通过将反应物质与催化剂在固定的床层中接触和反应，实现了连续、高效的化学反应过程。
这种反
应器在化工领域中广泛应用于各种反应，如催化裂化、加氢、氧化等，发挥着重要的作用。
第六章 固定床
水力半径
• 湿周---在总流的有效截面上，流体与固体壁面的接 触长度称为湿周，用字母L表示。
• 水力半径---总流的有效截面积A和湿周L之比。用字
母RH表示
RH = A / L
44
• 对于圆形截面的管道，其几何直径用水力半径表示 时可表示为
• A=(1/4)×πd2 • L=πd • 则 R=A/L=(1/4)×d → d = 4 R
当ReM>1000 湍流, 局部阻力损失为主, f≈1.75 , 略去第一项
结论： 对ΔP影响最大的是ε和u
49
Pf L
'(duSm 2 )(1B3B)
f ' 1501.75 ReM
一般床压不宜超过床内压力的15%，所以颗粒不 能太细，应做成圆球状。
50
➢ 压降的计算 ΔP=ΔP1+ ΔP2
= 15fu 0 OG L 0(1)21.75fuO 2 G L 0(1)
dS 2
3
dS
3
Pa
式中混合物的粘度
1
yi
fi M
2 i
f
1
yiM
2 i
kg/m.s
51
6.3 固定床中的传热
传热包括： 粒内传热，颗粒与流体间的传热，床层与器壁的传热
给热系数 αP 给热系数αW ,λer 总给热系数α t
当单纯作为换热装置时，以床层的平均温度tm与 管壁温差为推动力-----总给热系数αt
n
算术平均直径： d xWidi i1
调和平均直径：
1 n xWi
d
d i1 i
几何平均直径：
di
didi
30
6.2.3 床层空隙率及分布
固定床反应器名词解释
固定床反应器1. 定义固定床反应器是一种常见的化学反应器，用于进行气体相或液体相的催化反应。
它由一个固定的反应床和进料和出料设备组成。
在固定床反应器中，催化剂通常以颗粒或块状填充在反应床中，进料通过固定床内流动，与催化剂发生反应，并最终得到产品。
2. 结构固定床反应器通常由以下几个主要部分组成：•反应器壳体：通常由金属或合金制成，具有足够的强度和耐腐蚀性能，以承受高温高压下的工作条件。
•反应床：位于壳体内部，用于填充催化剂和提供充分的接触面积。
催化剂可以是颗粒状、块状或其他形式。
•进料装置：用于将原料引入反应床中。
通常包括进料管道、阀门和喷嘴等。
•出料装置：用于将产物从反应床中取出。
通常包括出料管道、阀门和收集装置等。
•加热或冷却装置：用于控制反应器的温度，以保持反应的适宜条件。
•压力控制装置：用于控制反应器内部的压力，以保证安全运行。
3. 工作原理固定床反应器的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1.进料：原料通过进料装置引入反应床中。
进料可以是气体相、液体相或两相混合物。
2.反应：进料与催化剂在反应床中接触，发生化学反应。
催化剂提供了活性位点，促进了反应的进行。
3.产物生成：经过一定时间的反应，原料转化为产物。
产物随着流体经过固定床而逐渐形成。
4.出料：产物通过出料装置从固定床中取出，并送入下游处理单元进行分离和纯化。
5.催化剂再生：在一些催化反应中，催化剂会逐渐失活。
此时需要对催化剂进行再生或更换。
4. 特点和优势固定床反应器具有以下特点和优势：•高效性：由于固定床中填充了催化剂，反应物与催化剂之间的接触面积大，反应效率高。
•稳定性：固定床反应器在运行过程中，催化剂相对稳定地停留在床层中，不易流失和损坏。
•可控性：通过控制进料速率、温度和压力等参数，可以实现对反应过程的精确控制。
•适用性广：固定床反应器适用于多种气相和液相反应，可用于生产各种化学品和燃料等。
5. 应用领域固定床反应器广泛应用于工业生产和实验室研究中。
固定床生物反应器
床内没有换热装置
特点：反应器结
构简单，生产能 力大。
适合热效应不大、 反应对温度的要求 较宽的反应。
缺点：反应过程
中温度变化较大。
绝热式固定床反应器
多段绝热式固定床反应器
根据段间反应 气体的冷却或加热
特点：催化剂床层
方式，多段绝热床
又分为中间间接换 热式和冷激式。
的温度波动小。
缺点：结构较复杂，催
固定化多酚氧化酶填充床反应器连续制备茶黄素目前茶黄素的制备方法很多如酸或碱条件下的化学氧目前茶黄素的制备方法很多如酸或碱条件下的化学氧化方法外源或茶叶多酚酶氧化制备法但是后续的对于引化方法外源或茶叶多酚酶氧化制备法但是后续的对于引入的化学试剂无法清除污染了茶黄素产品并且实验的规入的化学试剂无法清除污染了茶黄素产品并且实验的规模比较小只能是一次性制备
反应物系沿床层 轴向位置而变化。
反应体系多为 液-固两相体系， 液体通过床层空 隙而流动，床层 压力较大。
床层内可能存在
填充床反应器 PBR
反应物系的扩散
对反应速率的限
制作用。
床层轴向常会存在 宏观混合，即返混。
根据液相物料的 流向方向，填充 床反应器又可分 为上行方式和下 行方式。
填充床生物反应器
浅谈固定床生物反应器及其应用
1
固定床反应器概论
2
固定床反应器的分类
3
固定床反应器的应用
固定床反应器概论
凡是流体通过固定的固体物料
所形成的床层而进行反应的装
置都称作固定床反应器。
固体物通常呈颗粒 状，粒径2～15mm左 右，堆积成一定高 度或厚度的床层。 床层静止不动，流 体通过床层进行反 应。
如：气-固相催化反应器、
反应器选型与设计
反应器选型与设计一、反应器类型反应器设备种类很多，按结构型式分，大致可分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。
1.1釜式反应器：反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应器出口物料的浓度和温度。
物料质点在反应器内停留时间有长有短，存在不同停留时间物料的混合，即返混程度最大。
应器内物料所有参数，如浓度、温度等都不随时间变化，从而不存在时间这个自变量。
优点：适用范围广泛，投资少，投产容易，可以方便地改变反应内容。
缺点：换热面积小，反应温度不易控制，停留时间不一致。
绝大多数用于有液相参与的反应，如：液液、液固、气液、气液固反应等。
1.2 管式反应器①由于反应物的分子在反应器内停留时间相等，所以在反应器内任何一点上的反应物浓度和化学反应速度都不随时间而变化，只随管长变化。
②管式反应器具有容积小、比表面大、单位容积的传热面积大，特别适用于热效应较大的反应。
③由于反应物在管式反应器中反应速度快、流速快，所以它的生产能力高。
④管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。
⑤和釜式反应器相比较，其返混较小，在流速较低的情况下，其管内流体流型接近与理想流体。
⑥管式反应器既适用于液相反应，又适用于气相反应。
用于加压反应尤为合适。
1.3 固定床反应器固定床反应器的优点是：①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。
②催化剂机械损耗小。
③结构简单。
固定床反应器的缺点是：①传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。
②操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。
固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。
目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。
1. 4 流化床反应器（1）流化床反应器的优点①由于可采用细粉颗粒，并在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大（可16400m2/m3），有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。
固定床反应器
四,固定床反应器的结构? 固定床反应器的结构?
1.绝热式固定床反应器 绝热式固定床反应器 1.1单段绝热式 单段绝热式
催化剂 冷却器 1-矿渣棉 瓷环 催化剂 1-催化剂 2-冷却器 矿渣棉2-瓷环 矿渣棉 瓷环3-催化剂
1.2多段绝热床 多段绝热床
(a),(b),(c)中间换热式 中间换热式;(d),(e)冷激式 中间换热式 冷激式
2,换热式固定床反应器 换热式固定床反应器 2.1,对外换热式固定床反应器 对外换热式固定床反应器
列管式固定床反应器
以加压热水作载热体的固定床反应装置 1-列管上花板;2-反应列管;3-膨胀圈; 4-汽水分离器;5-加压热水泵
以道生油作载热体的固定床反应装置 1-列管上花板 列管上花板;2,3-折流板 折流板;4-反应列管 反应列管; 列管上花板 折流板 反应列管 5-折流板固定棒 折流板固定棒;6-人孔 人孔;7-列管下花板 列管下花板; 折流板固定棒 人孔 列管下花板 8-载热体冷却器 载热体冷却器
三,固定床反应器的分类及其应用? 多段绝热式 二段 反应 三段 特征 四段 段间反应 原料气冷激式 气冷却或 加热方式 冷激式 非原料气冷激式 加压热水(< 加压热水(<240℃) (< 换 热 式 对外换热式 导热油(250~300 ℃) 导热油( 熔盐(> 熔盐(>300 ℃) (> 自热式 轴向流动固定床反应器 径向流动固定床反应器 中间间接换热式
二,固定床反应器的特点? 固定床反应器的特点?
1.固定床反应器的优点是:①返混小,流体同催化剂可进 固定床反应器的优点是: 返混小, 固定床反应器的优点是 行有效接触,当反应伴有串联副反应时可得较高选择性. 行有效接触,当反应伴有串联副反应时可得较高选择性. 催化剂机械损耗小. 结构简单. ②催化剂机械损耗小.③结构简单. 2.固定床反应器的缺点是:①传热差,反应放热量很大时, 固定床反应器的缺点是: 传热差,反应放热量很大时, 固定床反应器的缺点是 即使是列管式反应器也可能出现飞温(反应温度失去控制, 即使是列管式反应器也可能出现飞温(反应温度失去控制, 急剧上升,超过允许范围). ).② 急剧上升,超过允许范围).②操作过程中催化剂不能更 催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用, 换,催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用,常代之以 流化床反应器或移动床反应器. 流化床反应器或移动床反应器.
固定床反应器的分类及特点总结
T0 逆流
TC Tf Tf绝热式固定床反应器特点
1.它的结构简单，催化剂均匀堆置于床内，床内没有换 热装置，预热到一定温度的反应物料流过床层进行， 除单层绝热床外，工业上还有用多段的，近代的大型 合成氨反应器采用的是中间冷激的多段绝热床。应用 相当广泛，技术成熟。
2.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 产能力(少加换热空间)。
3.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。此外还应注意到绝热床 的高／径比不宜过大，床层填充务必均匀，并注意气 流的预分布，以保证气流在床层内的均匀分布。
1.3换热式固定床反应器特点
① 传热较好，管内温度较易控制； ② 返混小、选择性较高； ③ 只要增加管数，便可有把握地进行放大； ④ 对于极强的放热反应，还可用同样粒度的惰性
物料来稀释催化剂.
适用 原料成本高，副产物价值低以及分离不是
十分容易的情况。
1.4自热式固定床反应器特点
反应热传递给原料气使之预热到床层进口温度， 不用额外的加热设备。
对自热式反应器，由于床内发生的热量反馈给 原料气，而原料气温度的升高又将导致反应速 率的增加，从而进一步使发热量增加。故某些 参数(如进料温度)的波动有可能使系统不稳定 而出现多重态。另一方面，当某一参数变化到 一定程度时就可能使床层温度迅速升高，这种 现象俗称“飞温”，都是固定床反应器的设计 和操作中所应当注意的。
以上有不当之处，请大家给与批评指正， 谢谢大家！
7
尤以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-固相催化反应器占最主要的地 位。
固定床反应器
上式可整理成
trhAp aH mAQ(Pr)2/3/JH
其中，传热数
Q rAHA
amcpG
普朗特数 Pr cP/
图6-12是上式的关联图，查图可求 得不同条件下的Δt。
图6-12 固定床中流体与颗粒外表面的温热参数，一般是指 λer 。 λe值与颗粒与流体之间对流传热，颗粒及流体本身的 导热，床层的辐射传热等多种传热作用有关。它不是物性参 数，而是流体和固体颗粒特性以及流动状态的函数。
关。按一维拟均相处理，设计方法与PFR相似。
对右图固定床反应器取一微元段进行物料衡算
设计方程
(rA)dW FA0dA x
WdWWxAf dxA
0 FA0 FA0 xA0 (rA)
床层高度
L W S B
一般来说，固定床反应器换热比较困难，很难做到等温操作，
此法仅用于对反应器进行估算。
6.3.2 单层绝热式固定床反应器 定常态操作时，与流动方向垂直的截面上温度、浓度均匀一致，且
二、固定床反应器的种类 （1）绝热式反应器
图6-1 绝热床反应器
间接换热式 图6-3 多段绝热床反应器
冷激式
（2）对外换热式反应器
图6-4 对外换热式反应器
特点：单位床层体积具有的传热面积大，传热性能良好； 反应器放大设计可靠性高。
传热介质选用原则：
保证催化剂床层与传热介质之间有适宜的温差。
常用传热介质的温度范围
同时考虑轴向和径向的温度和浓度分布。 二、非均相模型
考虑颗粒与流体之间的温度差和浓度差。 一般来说，模型考虑得越全面，对过程模拟越精确，但计算工作 量也越大，甚至无法求解。因此，在工程计算允许的误差范围内应尽 可能选用简单模型。
6.3.1 等温反应器的计算 床层温度均匀一致，反应速率常数为常数，反应速度仅与浓度有
固定床、移动床、流化床反应器区别
固定床、移动床、流化床反应器区别固定床、移动床、流化床反应器，这三种反应器都是有固体颗粒床层的反应器一、首先，“床”指的是什么？大量固体颗粒堆积在一起，便形成了具有一定高度的颗粒床层，这就是名称里的"床"。
这些固体颗粒可以是反应物，也可以是催化剂。
如何区分固定床、移动床、流化床反应器如果这个颗粒床层是固定不动的，就叫固定床。
如果这个颗粒床层是整体移动的，固体颗粒自顶部连续加入，又从底部卸出，颗粒相互之间没有相对运动，而是以一个整体的状态移动，叫做移动床。
当流体（气体或液体）通过颗粒床层时，进行反应。
如果将流体通过床层的速度提高到一定数值，固体颗粒已经不能维持不变的状态，全部悬浮于流体之中，固体颗粒之间进行的是无规则运动，整个固体颗粒的床层，可以像流体一样流动，这即是流动床。
二、固定床反应器的详细介绍又称填充床反应器，内部装填有固体催化剂或固体反应物，以实现多相反应。
固体物通常呈颗粒状，堆积成一定高度（或厚度）的床层，床层静止不动，流体通过床层进行反应。
固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。
用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。
涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。
优点：（1）催化剂机械磨损小。
（2）床层内流体的流动接近于平推流，与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。
（3）由于停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和转化率。
（4）可在高温高压下操作。
缺点：（1）固定床中的传热较差。
（2）催化剂的再生、更换均不方便，催化剂的更换必须停产进行。
（3）不能使用细粒催化剂，但固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。
目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。
固定床反应器的分类（一）按传热方式分类1、绝热式反应器绝热式固定床催化反应器在反应过程中，床层不与外界进行热量交换。
加氢反应器及催化裂化反应器介绍
固定床反应器：
床层内固体催化剂处于静 止状态。
特点：催化剂不宜磨损， 催化剂在不失活情况下可 长期使用。
主要适于加工固体杂质、 油溶性金属含量少的油品
移动床反应器：
生产过程中催化剂连 续或间断移动加入或 卸出反应器。
主要适于加工有较高 金属有机化合物及沥 青质的渣油原料，可 避免床层堵塞及催化剂失活问题。
加氢反应器 及催化裂化 反应器介绍
一.加氢反应器
加氢反应器是各类加氢工艺的关键设备 加氢过程分类： 1.加氢处理（进料分子基本无变化，使烯烃饱和及脱硫） 2.加氢精制（约≤10%原料分子降低分子量） 3.加氢裂化（有≥10%原料分子转化为小分子）
加氢反应器分类（按照工艺流程及结构分类） 1. 固定床反应器 2. 移动床反应器 3. 流化床反应器 固定床反应器使用最为广泛（气液并流下流式）
(2)尽量保持TP347堆焊金属或焊接金属有较高的延性。为此，一是 要控制TP347中δ—铁素体含量，以避免含量过多时在焊后最终热处理 过程转变成较多的相而产生脆性；二是对于前述那些易发生氢脆的部 位，应尽量省略TP347堆焊金属或焊接金属的焊后最终热处理，以提 高其延性。
(3)装置停工时冷却速度不应过快，且停工过程中应有使钢中吸藏的 氢能尽量释放出去的工艺过程，以减少器壁中的残留氢含量。
流化床反应器：
原料油及氢气自反应 器下部进入通过催化 剂床层，使催化剂流 化并被流体托起。
主要也适于加工有较 高金属有机化合物、 沥青质及固体杂质的 渣油原料。
按反应器使用状态分类： 使用状态下高温介质是否与器壁接触，分为冷壁结构
及热壁结构。
冷壁反应器
热壁反应器
冷热壁结构反应器特征及应用
按反应器本体结构分类： 分为单层结构、多层结构。单层结构包括钢板卷焊及
固定床反应器
tG气流主体温度。
hp的计算可通过传热JH因子来关联：
JH
(
hp CpG
)(
Cp
)2
3
JH为传热因子，无量纲，传热因子的求取，书上推荐了3个公式：
BJH
2.876
(dpG / )
(d
0.3023
pG / )0.35
G 表观质量流速（空管流速）kg/m2.h；
(6-16)
适用范围：dpG/μ=10~1000；dp＜6mm；温度＜400℃。
0.51 J H 0.904Re
0.41 J H 0.613Re
0.01＜Re＜50
50＜ Re ＜1000
(6-18)
Re G / se dsG / 6(1 B )
(6-19)
am C p G
JH
Qpr2 / 3 JH
(6-21)
Q
(H A )(rA )
amC p G
称为传热数
pr Cp
对气相：Pr = 0.6~1.0 ；液相：Pr = 2~400
是t 传热数Q、Pr 、Re的函数，见P167 关联图6-12。实际上，一般
均很t小，催化剂外表面与气流主体的温度可看作为近似相等。
① 颗粒与流体主体之间的传热系数 hp （给热系数）
从催化剂外表面向流体主体之间传热速率方程：
q hpam (ts tG )
q 传热速率 kcal/kgcat.h；
a单m 位质量催化剂床层的外表面积 m2/kgcat；
是外表面积校正系数，催化剂点接触，线接触，面接 触引起面积减少修正项(球形颗粒 =1；圆柱形
凯洛格合成氨工艺一段转化反应器
凯洛格合成氨工艺一段转化反应器凯洛格合成氨工艺是一种重要的化学工艺，用于合成氨气。
在凯洛格合成氨工艺中，一段转化反应器是合成氨工艺的核心环节之一，它主要用于将氮气和氢气通过催化剂的作用转化为氨气。
一段转化反应器在凯洛格合成氨工艺中的设计和运行有很多值得注意的因素，以下是一些相关参考内容：1. 反应器设计：- 反应器类型：一段转化反应器通常采用固定床反应器或流化床反应器。
固定床反应器常见的设计包括裹层式固定床反应器和管束式固定床反应器。
- 催化剂选择：催化剂是反应器中至关重要的组成部分。
常用的催化剂包括铁钼催化剂和铁钛催化剂等。
催化剂应具有高催化活性、良好的稳定性和抗毒性能。
- 反应器尺寸：反应器的尺寸通常由反应速率和反应热平衡等因素决定。
反应器的尺寸应能在保证催化剂的利用率和氨气产量的同时，尽可能减少反应温度的梯度。
2. 反应器运行：- 反应温度和压力：反应温度和压力对反应速率和反应平衡有重要影响。
一般情况下，较高的反应温度和压力可以提高氨气的产率，但过高的温度和压力可能导致副反应的发生。
- 气体进料比例：氮气和氢气的进料比例在一段转化反应器中也是一个重要的参数。
理想的进料比是3:1，但实际中会根据催化剂的特性和反应器的设计进行调整，以达到最佳的氨气产率。
- 控制催化剂床层温度：催化剂床层温度的控制能够保持催化剂的活性和稳定性。
温度的控制可以通过适当的床层气体流速、进料气体的温度和热交换等方式实现。
3. 反应器性能评估：- 氨气产率：氨气产率是评估一段转化反应器性能的重要指标之一。
氨气产率的高低可以说明反应器的催化剂利用率和反应速率。
- 副反应物的生成：除了氨气，一段转化反应器还会生成一些副反应物。
这些副反应物的生成数量应尽可能减少，以提高氨气的纯度。
综上所述，一段转化反应器在凯洛格合成氨工艺中扮演着重要的角色。
反应器的设计和运行要考虑多个因素，包括反应器类型、催化剂选择、反应器尺寸、反应温度和压力、气体进料比例等。
固定床列管式反应器的设计03(决赛国学改)
2.3 换热面积
................................................................................................................................. 17
三 设备尺寸计算 ............................................... 18
B 操作条件说明：
1.反应方程式：CH2CHCH3+O2→CH2CHCHO 该步骤中会有副反应发生，副反应产物为乙酸和丙酸等。 进料状态: 丙烯是液态进料，经过丙烯蒸发器后变为气体进入预混合器，空气经过空气压缩机进 入预混合器，水直接以液态水形式进入预混合器。 2.工艺条件确定：使用 Mo-Bi 系列催化剂。在温度为 325℃时候单程的丙烯醛收率为 90.2％，丙烯酸的收率为 6.0％，总收率为 96.2％。原料组成反应器一的物料衡算表格可 以确定。反应温度控制在 320℃左右，出料温度为 250℃，该反应是放热反应，反应产生 的热量要及时通过熔盐经熔盐换热器带走。 反应温度 反应温度对选择性、空时收率及出口气中各组分气体含量有一定关系。当选择操作温 度比较低时，反应的选择性较好，但空时收率较低；随着温度的升高，反应选择性略有下 降，与此同时空时收率在逐渐提高。温度ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ续升高，由于完全氧化副反应的加剧，使得反 应选择性明显下降，而且因为大量的氧气被消耗在完全氧化副反应上，使得反应器出口气 中氧气的含量大幅度地减少，并有一定量的一氧化碳生成，而一氧化碳的存在可使催化剂
3.1 反 应 器 筒 体 直 径 ...................................................................................................................7 3 .2 反 应 器 高 度 ..........................................................................................................................8 3.3 筒体和封头厚度........................................................................................................................8
固定床反应器
固定床反应器的结构
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。
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 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。
固定床反应器的数学模型
固定床反应器是研究得比较充分的一种多相反应 器，描述固定床反应器的数学模型有多种，大致 分为拟均相模型（不考虑流体和固体间的浓度、 温度差别）和多相模型（考虑到流体和固体间的 浓度、温度差别）两类，每一类又可按是否计及 返混，分为无返混模型和有返混模型，按是否考 虑反应器径向的浓度梯度和温度梯度分为一维模 型和二维模型。
列管式固定床反应器
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
(a)
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任务3
原料来源和纯度要求
苯加氢装置开车
⑴苯：扬子苯：总硫≤1 mg/kg;甲苯+甲基环己烷≤300
mg/kg;正庚烷《50 mg/kg;
⑵新鲜氢：PSA装置提供≥98.5％；总硫≤2mg/kg； CO+CO2≤10 mg/kg；水：饱和（40℃下）且CO,CO2,H2O
ZSM5分子筛
Fe3O4-K2O-Cr2O3 Ag V2O5绝热,列管式 列管式 列管式 列管式 绝热 多段绝热 绝热 绝热 绝热
350~450℃ 1.7~2MPa
550~650℃ 0.05~0.1MPa 200~270℃ 1~2MPa 350℃ 0.1MPa
和O2中总氧量以水计≤50mg/Nm3
⑶循环氢：C0102循环氢压缩机供给，≥58％； 粗产品的组成及环己烷质量标准 组成：环己烷苯C7 甲基环戊烷；环己烷≥99.98％
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任务1 认识苯加氢装置流程
（三）原料、产品及催化剂要求 1.原料 （1）氢气
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任务1 认识苯加氢装置流程
（2）苯
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任务1 认识苯加氢装置流程
2.产品
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任务1 认识苯加氢装置流程
环己烷纯度对氧化反应的影响： 1.苯：会导致氧化过程中苯氧化成焦油，苯 还有抑制环己烷氧化作用； 2.醇酮：醇酮比环己烷更易氧化，防止大量 醇酮存在生成酸酯； 3.水分：水分高，影响反应温度，易结焦 （水分含量高降低环己烷的分压，使反应温 度上升）
列管式
绝热 绝热 多段绝热 多段绝热，列管式
500~850℃ 3MPa
200~250℃ 3Mpa 350~500℃ 3MPa 420~600℃ 0.1MPa 200~300℃ 3MPa
2~4
2~6 2~4 5~10 2~8
乙苯合成
乙苯脱氢 乙烯部分氧化 苯氧化 甲醇部分氧化 丁烯氧化脱氢 催化重整 乙炔加氢 甲醛三聚 离子交换 2012-12-28
其中尤以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-固相催化反应器占最主要的地位。如
炼油工业中的催化重整，异构化，基本化学工业中的氨合
成、天然气转化，石油化工中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙 苯脱氢制苯乙烯等等。此外还有不少非催化的气—固相反
应，如水煤气的生产，氮与电石反应生成石灰氮(CaCN2)
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任务1 认识苯加氢装置流程
二、苯加氢生产环己烷原理 苯加氢反应是一个复杂的反应体系。在反应条 件下，苯与氢可能发生以下各种反应 （一）主反应和副反应
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任务1 认识苯加氢装置流程
（二）工艺操作条件 影响加氢过程主要工艺条件有反应温度、压力、 空速及氢油比。 （1）反应温度 苯加氢气固相催化反应采用铂系催化剂，控制 反应器入口温度为180～200 ℃，反应热点温度 360～380℃。 （2）控制反应器反应压力为3.1MPa。 （3）控制液苯空速1.6～1.7h-1 （4）控制n(H2)：n(苯)≥3.8。
苯加氢装置开车
苯加氢各岗位的安全卫生防护。 ⑴苯：戴化学安全防护眼镜，穿防毒物渗透工作服，戴橡胶
耐油手套。空气中浓度超标时，佩戴自吸过滤式防毒面具。
紧急事态抢救或撤离时，应该佩戴空气呼吸器。 ⑵环己烷：空气中浓度超标时，戴安全防护眼镜。穿防静电
工作服，戴橡胶耐油手套。高浓度接触时可佩戴自吸过滤式
防毒面具。 ⑶氢气：穿防静电工作服，戴一般作业防护手套。高浓度接 触时，应该佩戴空气呼吸器。
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三、 苯加氢制环己烷装置的特点
双反应器结构简图 苯加氢流程采用双反应器设计，前加氢R0101 采用换热式反应器，后加氢R0102采用绝热式反应 器。 前加氢R0101反应器结构见下图。反应器采用 列管式，列管根数为4520，管径为25×2mm，管长 4000mm，正三角排列，管内装催化剂，管间走载 热体，加氢主反应器中反应热由循环热油移走，床 层温度维持稳定。反应器壳程中部有一水平挡板， 热油系统被分隔成上下两室，上室为并流传热，下 室为逆流传热。 后加氢R0102反应器结构见下图。绝热式固定 床反应器结构简单，催化剂均匀堆置于床内，与外 界没有热量交换，床层温度沿物料的流向而变化。
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任务1 认识苯加氢装置流程
3.催化剂 Pt-Al2O3 活性温度（200~400 ℃ ）
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任务1 认识苯加氢装置流程
固定床 反应器
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任务2 固定床催化反应器的选择
定义: 凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而 进行反应的装置都称作固定床反应器.
固定床催化反应器岗位操作技术
主讲
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陈学梅
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南京化工职业技术学院
固定床催化反应器岗位操作技术
贯穿项 目
教学单 元 教学进 度 认识苯加 氢装置流 程 固定床反 应器的选 择 开车准备
苯催化加氢生产环己烷
催化剂的 装填 工艺参数的 确定和经济 成本核算 开车、停车 操作 正常操作 常见故障处 理
单段绝热式
多段绝热式 对外换热式
轴向反应器
固 定 床 反 应 器
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径向反应器
换热式 固定床反应器
自身换热式
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1. 绝热式反应器
绝热式固定床反应器可分为轴向反应器和径向反 应器。
（1）轴向反应器 轴向反应器一般为空心的圆筒体，在器内下部装有 栅板，催化剂均匀堆置其上形成床层；物料进口处有保证 气流均匀分布的气体分布器，预热到一定温度的反应气体 自上而下通过床层进行反应。 （2）径向反应器 径向反应器的结构较轴向反应器复杂，催化剂装载 于两个同心圆筒构成的环隙中，流体沿径向通过催化剂床 层，可采用离心流动或向心流动，中心管和床层环隙中流 体的流向可以相同，也可以相反。
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缺点: ① 固定床中的传热性能较差； ②不能使用细粒催化剂,催化剂的更 换必须停产进行。
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三、 苯加氢制环己烷装置的特点
南化公司2003年新建了1套60 kt／a环己酮装置，其 环己烷的制备采用气相苯加氢工艺，有如下特点： (1)采用双反应器设计，反应完全，环己烷直接分离 得到成品，循环氢浓度可控制较低，减少放空损失； (2)使用南化集团研究院开发并生产的高性能 NCHI—1型铂系苯加氢催化剂，是国内首家采用国 产铂系苯加氢催化剂的生产装置； (3)为避免铂催化剂失活、中毒，配置了苯干燥和脱 硫反应器，以延长铂催化剂的使用寿命。
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任务3
苯加氢装置开车
部级 部级 部级 公司级
苯加氢各岗位的考核指标和装置考核指标 氢气总管压力：3.0～3.3 MPa 后反应器温差： ≤10 ℃ 加氢反应器进口温度： ≥180 ℃
加氢反应器床层温度：200～380 ℃
苯干燥塔顶温：60～85 ℃
循环氢浓度：》58％
常规级
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2. 换热式反应器
蒸汽 原料 调节阀
（1）对外换热式反应器 （列管式） 对外换热式反 应器以列管式为多。 通常是在管内放催化 剂，管间走热载体 ( 在用高压水或用高 压蒸汽作热载体时， 则把催化剂放在管间， 而使管内走高压流体)。
催化剂
补充水
产物
乙炔法合成氯乙烯反应器
① 管径：一般为25～50mm的管子，但不小于 25mm。 ② 催化剂粒径：应小于管径的1/8倍，通常固定 床用的粒径约为2～6mm，不小于1.5mm。 ③ 传热所用的热载体： 沸水可以用于100℃～300℃的温度范围。 联苯与联苯醚的混合物以及以烷基萘为主的石油 馏分能用于200～350℃的范围。 无机熔盐(硝酸钾，硝酸钠及亚硝酸钠的混合物) 可用于300～400℃的情况。 对于600～700℃左右的高温反应，只能用烟道 气作为热载体。
第五周
第六周
第七周 （1）岗位、 岗位间的 配合操作； （2）原始 记录； （3）设备 进行日常 维护和保 养。 （ 10%）
第八周 （1）故障 排除方法； （2）故障 排除结果+ 现场表现 （20%）
考核
（1）工艺 （1）开车过 参数的确定； 程和结果； （2）技术 （2）正常停 指标计算结 车过程和结 果+现场表现 果；（3） 消耗定额； （15%） （15%）
反应前后的物料在床层中自己进行换热称作自热式反应器。
一般都用于热效应不太大的高压反应。既能做到热量自给， 又不需另设高压换热设备。
主要用于合成氨和甲醇的生产。
TC T0 Tf Tf T0
逆流
并流
自热式反应器示意图
二、固定床反应器的结构和特点
（二）固定床反应器的特点
优点:
① 固定床中催化剂不易磨损； ② 床层内流体的流动接近于平推流，与返混 式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的 反应器容积来获得较大的生产能力。 ③ 由于停留时间可以严格控制，温度分布可 以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和 转化率，在大生产中尤为重要。
第一周 学习成果 （苯加氢 实训装置 PID图）+ 现场表现 （10%）
第二周 选择确定 反应器类 型和结构 +现场表 现 （10％）
第三周 （1）开车 准备方案； （2）操作 结果和过 程+现场表 现 （10%）
第四周 （1）催化 剂装填过 程和结果； （2）催化 剂活化操 作+现场表 现 （10%）
以及许多矿物的焙烧等，也都采用固定床反应器。