设备第九章固定床反应器.pptx
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固定床和流化床反应器ppt课件
层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无 热交换。径向反应器与轴向反应器相比，流体流 动的距离较短,流道截面积较大,流体的压力降较小。 但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。以上两 种形式都属绝热反应器,适用于反应热效应不大,或 反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的 温度变化的场合。
• ③列管式固定床反应器。
• 当流体通过床层的速度逐渐提高到某值时，颗粒 出现松动，颗粒间空隙增大，床层体积出现膨胀。 如果再进一步提高流体速度，床层将不能维持固 定状态。此时，颗粒全部悬浮与流体中，显示出 相当不规则的运动。随着流速的提高，颗粒的运 动愈加剧烈，床层的膨胀也随之增大，但是颗粒 仍逗留在床层内而不被流体带出。床层的这种状 态和液体相似称为流化床。其中，流化床的种类 有：最小流化床，鼓泡流化床，腾涌流化床。
固定床反应器的结构
1.绝热式固定床反应器 1.1单段绝热式
1-矿渣棉2-瓷环3-催化剂 1-催化剂 2-冷却器
固定床反应器有三种基本形式
• 固定床反应器有三种基本形式： • ①轴向绝热式固定床反应器。流体沿轴向自上而
下流经床层，床层同外界无热交换。 • ②径向绝热式固定床反应器。流体沿径向流过床
固定床反应器
• 固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固 体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。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。
固定床 反应器
分类及其应用
不同 的传 热要 求和 传热 方式
单段绝热式
二段
绝 热 式 多段绝热式
真思考如何为以后的发展开好头。
Thank you
流化床反应器的结构
流化床反应器类型 ➢ 按固体颗粒是否在系统内循环分
• ③列管式固定床反应器。
• 当流体通过床层的速度逐渐提高到某值时，颗粒 出现松动，颗粒间空隙增大，床层体积出现膨胀。 如果再进一步提高流体速度，床层将不能维持固 定状态。此时，颗粒全部悬浮与流体中，显示出 相当不规则的运动。随着流速的提高，颗粒的运 动愈加剧烈，床层的膨胀也随之增大，但是颗粒 仍逗留在床层内而不被流体带出。床层的这种状 态和液体相似称为流化床。其中，流化床的种类 有：最小流化床，鼓泡流化床，腾涌流化床。
固定床反应器的结构
1.绝热式固定床反应器 1.1单段绝热式
1-矿渣棉2-瓷环3-催化剂 1-催化剂 2-冷却器
固定床反应器有三种基本形式
• 固定床反应器有三种基本形式： • ①轴向绝热式固定床反应器。流体沿轴向自上而
下流经床层，床层同外界无热交换。 • ②径向绝热式固定床反应器。流体沿径向流过床
固定床反应器
• 固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固 体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。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。
固定床 反应器
分类及其应用
不同 的传 热要 求和 传热 方式
单段绝热式
二段
绝 热 式 多段绝热式
真思考如何为以后的发展开好头。
Thank you
流化床反应器的结构
流化床反应器类型 ➢ 按固体颗粒是否在系统内循环分
设备固定床反应器课件
定期对反应器内部进行清洁，清理积料和 杂质，保持设备内部的清洁度。同时对设 备外部进行保养，保持设备的外观整洁。
更换配件
记录与报告
根据需要，定期更换设备的易损件和磨损 件，如密封圈、加热元件等，确保设备的 正常运行。
对设备的运行情况、维护保养情况、故障 处理情况等进行记录和报告，为设备的维 修和保养提供依据。
异常处理
在反应过程中出现异常情况时，应ห้องสมุดไป่ตู้即采取相应的处理措 施，如降低温度、停止进料、排放有害气体等，确保设备 和人员安全。
操作步骤
按照规定的操作步骤启动反应器，包括加热、加料、调节 参数等，并密切关注反应过程中的温度、压力、流量等关 键参数。
停机操作
在停机时，应按照规定的操作步骤进行，包括关闭加热、 停止进料、冷却设备等，同时做好设备的清洁和保养工作 。
在新能源领域的应用
固定床反应器在新能源领域主要 用于燃料电池和太阳能电池的生
产。
在燃料电池中，固定床反应器能 够实现高效能、低成本的氢气和
氧气分离。
在太阳能电池中，固定床反应器 能够用于硅片的加工和处理，提
高太阳能电池的转换效率。
03
设备固定床反应器的操作与维护
操作规程
启动前检查
在启动固定床反应器之前，应检查设备是否处于良好的工 作状态，包括检查各部件的紧固情况、润滑系统、阀门开 闭状态等。
在气固相催化反应中，固定床反应器能够提供良好的传质和传热性能，提高反应效 率。
在液固相非催化反应中，固定床反应器能够实现连续操作，提高生产效率和产品质 量。
在制药生产中的应用
固定床反应器在制药生产中主 要用于抗生素、生物制品和中 药的生产。
固定床反应器能够提供稳定的 生产条件，保证药品质量和安 全性。
2015年固定床反应器设计计算[优质ppt]
![2015年固定床反应器设计计算[优质ppt]](https://img.taocdn.com/s3/m/7e6f76147375a417866f8f96.png)
（6-59）
Enzhou Liu, Northwest University, Xi’an
12
式（6-55）和（6-59）分别积分并整理得：
设计方程 操作方程
W xAf dxA
FA0 xA0 (rA)
T T 0y A 0 ( c P H A )(x A x A 0 )(x A x A 0 ) （6-60）
Enzhou Liu, Northwest University, Xi’an
9
4.1 等温反应器的计算(P173) 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
(rA)dW FA0dA x
WdWWxAf dxA
自热式反应器
传热和温度控制是难点，固定列管式固定床反应器性能较好 反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50; 填充段长与粒径之比大于100(气体)或200(液体)
Enzhou Liu, Northwest University, Xi’an
6
3.固定床反应器传递过程—基本概念
1.粒子直径(3种，da ds dv P162) 2.形状系数 s 3.床层空隙率 B 4.床层当量直径 de 5.床层压降 P
Enzhou Liu, Northwest University, Xi’an
22
5.设计实例
反应热公式 平衡常数公式
Enzhou Liu, Northwest University, Xi’an
4次方
23
范德霍夫方程
5.设计实例
Enzhou Liu, Northwest University, Xi’an
Enzhou Liu, Northwest University, Xi’an
12
式（6-55）和（6-59）分别积分并整理得：
设计方程 操作方程
W xAf dxA
FA0 xA0 (rA)
T T 0y A 0 ( c P H A )(x A x A 0 )(x A x A 0 ) （6-60）
Enzhou Liu, Northwest University, Xi’an
9
4.1 等温反应器的计算(P173) 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
(rA)dW FA0dA x
WdWWxAf dxA
自热式反应器
传热和温度控制是难点，固定列管式固定床反应器性能较好 反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50; 填充段长与粒径之比大于100(气体)或200(液体)
Enzhou Liu, Northwest University, Xi’an
6
3.固定床反应器传递过程—基本概念
1.粒子直径(3种，da ds dv P162) 2.形状系数 s 3.床层空隙率 B 4.床层当量直径 de 5.床层压降 P
Enzhou Liu, Northwest University, Xi’an
22
5.设计实例
反应热公式 平衡常数公式
Enzhou Liu, Northwest University, Xi’an
4次方
23
范德霍夫方程
5.设计实例
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固定床生物反应器
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
1 2 3
葡萄糖异构 化。
青霉素选择 性水解反应。
氨基酸消旋 混合物的选 择性反应分 离。
固定床反应器的应用
以固定化细胞 为催化剂的
固定化酵 母生产乙 醇。
废水的生 物处理。
利用滴流床反应器制备生物柴油的研究
目前制备生物柴油一般 采用间歇式搅拌釜，该工艺 存在原料消耗大、反应耗能 大及反应效率低等问题。张 冠杰等人首次采用自制的滴 流床反应器进行醇解反应制 备生物柴油，实现了改善反 应物接触状况、降低能耗及 连续生产等目的。
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
影响滴流床反应器 操作特性的主要因 素有：
1、固定化颗粒床层 所具有的表面积。 2、床层被下降液体 所湿润的程度。 3、气、液的流动模 式。
滴流床反应器
按床层与外界的传热方式分类，可有以下几类：
绝热式固定床反应器
固定床 反应器
固定床反应器培训课件
载热体的选择
在传热面积一定的情况下，载热体有较大的传热 系数。
19
图9-3列管式固定床反应器
(a）沸腾式 （b）内部循环式 （ c）外部循环式
20
列管式固定床反应器优点：
• 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. • 列管式固定床反应器缺点： • 是结构比绝热反应器复杂，催化剂的装卸也不
方便。
21
适用场合
换热式固定床反应器可用于放热反应， 也可用于吸热反应。
但对于反应过程中催化剂失活很快，以 致催化剂的再生或更换十分频繁的反应，不 宜采用固定床反应器，无论是绝热式还是换 热式。
22
2）.自热换热式反应器
对外换热式。
原料
• 化工生产中应用最多的是换热条 件较好的列管式反应器，其结构 催化剂
类似管壳式热交换器。
蒸汽 调节阀
补充水
• 通常在管内充填催化剂，反应气 体自上而下通过催化剂床层进行 反应，管间通载热体 (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)。
产物
图 乙炔法合成氯乙烯反应器
9
1. 绝 热 式 反 应 器
（掌握结构、分类、应用）
• 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，其最外层为隔热材料 层（耐火砖、矿渣棉、玻璃纤维等），常称作 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。
10
1）单段绝热床
本课着重讲述气固相催化反应，并讨论定量 处理的方法。
在传热面积一定的情况下，载热体有较大的传热 系数。
19
图9-3列管式固定床反应器
(a）沸腾式 （b）内部循环式 （ c）外部循环式
20
列管式固定床反应器优点：
• 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. • 列管式固定床反应器缺点： • 是结构比绝热反应器复杂，催化剂的装卸也不
方便。
21
适用场合
换热式固定床反应器可用于放热反应， 也可用于吸热反应。
但对于反应过程中催化剂失活很快，以 致催化剂的再生或更换十分频繁的反应，不 宜采用固定床反应器，无论是绝热式还是换 热式。
22
2）.自热换热式反应器
对外换热式。
原料
• 化工生产中应用最多的是换热条 件较好的列管式反应器，其结构 催化剂
类似管壳式热交换器。
蒸汽 调节阀
补充水
• 通常在管内充填催化剂，反应气 体自上而下通过催化剂床层进行 反应，管间通载热体 (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)。
产物
图 乙炔法合成氯乙烯反应器
9
1. 绝 热 式 反 应 器
（掌握结构、分类、应用）
• 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，其最外层为隔热材料 层（耐火砖、矿渣棉、玻璃纤维等），常称作 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。
10
1）单段绝热床
本课着重讲述气固相催化反应，并讨论定量 处理的方法。
固定床反应器.ppt1
优点
1.化学反应速率较快、在完成同样的生产能力时 所需的催化剂和反应器体积较小。 2.可以严格控制停留时间，调节温度的分布。 3.催化剂可连续使用。 4.可在高温、高压条件下操作。
存在的不足
1.催化剂载体导热性不良，床层中的传热性 能较差。可能出现“飞温”。 2.如果使用的催化剂较小颗粒，会造成流体 阻力增大，破坏正常操作，使得催化剂的 活性内表面得不到充分利用。 3.催化剂的再生、更换不方便。
多段绝热式固定床反应器
﹙a﹚ 中间换 热式
﹙b﹚中间 换热式
﹙c﹚中间 换热式
﹙d﹚冷激式
﹙e﹚ 冷激式
以各种载热体为介质的对外换热式 反应器多为列管是结构如下图所示 类似于列管式换热器
列管式固定床反应器中，合理选择载热体及其温度的控制是保 持反应稳定进行的关键。载热体的温度与反应温度的温差宜小 ，但必须移走反应过程中释放出的大量热量。这就要求有较大 的传热面积和传热系数。
二、固定床反应器的类型与结构 为适应不同的传热要求和传热方式，已 出现多种固定床反应器结构形式。主 要分为绝热式和换热式两类。 绝热式固定床反应器又可以分为单段式 和多段式。 换热式固定床反应器按换热介质不同可 分为对外换热式和自然式。 按照反应气体在催化床中的流动方向， 按照反应气体在催化床中的流动方向， 固定床反应器可分为轴向绝热式 轴向绝热式和 固定床反应器可分为轴向绝热式和径向 绝热式。 绝热式。
载热体的选择 240 ℃以下 250-300 ℃ 300-500 ℃ 600 ℃以上 加压热水 导热油 熔盐 烟道气
何谓热点？ 一般沿轴 向温度分 布都有一 最高温度 ，称为“ 热点”。 在热点以前放热速率大于移热速率，则床层温度升高，热点过 后恰恰相反，故床层温度逐渐降低。控制热点温度是使反应顺 利进行的关键。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”。
固定床反应器选择与操作PPT文档共28页
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
固定床反应器选择与操作
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
化工反应过程之固定床反应器
热传导、 热对流、 热辐射。
热传导、 热对流
傅立叶定律：
dQ dl T
z
牛顿冷却定律：
dQ dA T
z
一般情况下，可以把催化剂颗粒看成是等温体，忽略颗粒内
部、颗粒在流体间和床层径向传热阻力，床层的传热阻力全
部集中在管壁处。这样传热过程的计算就可简化成床层与器
壁之间的传热计算
固定床中的传质传热
固 传热速度方程为 dQ t Tm Tw dF
为了消除壁效应，一般，管径与粒径之比应 大于8。
催化剂床层特性
固定床的当量直径de为水力半径RH的四倍
固 定 床
流道有效截面积 4
de
4RH
4 流道润湿周边长
Se
当 量 直
Se
（1 ）AP
VP
（6 1 ）
dS
径
de
4RH
4
Se
2 3 1
dS
流体在固定床中的流动特性
在固定床中，流体在颗粒间的空隙中流动，流动通 道是弯曲、变径、相互交错的，流体撞击颗粒后分 流、混合、改变流向，增加了流体的扰动程度。
绝热式固定床反应器
中间换热式
多 段
进料
绝
热
式
固
催化剂
定
床
反
应
器
催化剂
中间换热式是指冷、 热流体是通过段间的 换热器管壁进行热量 的交换。其作用是将 换 上一段的反应气体冷 热 却至适宜温度后再进 器 入下一段反应，反应 气体冷却所放出的热 量可用于对未反应的 原料气体预热或通入 外来换热介质移走。 而换热设备可以放在 反应器外
截面积的流速。
u0
V0 AR
固定床的经验法计算
固定床反应器设计23页PPT
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
固定床反应器设计
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
固定床反应器设计
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
化工反应过程之固定床反应器
化工反应过程之固定床反应器固定床反应器是一种常见的化工反应器，广泛应用于工业生产中的催化反应、气体吸附分离、气体净化等领域。
它的特点是反应物固定在反应器内的催化剂床层上，反应过程中通过流体将反应物质质量传递到催化剂表面进行反应，反应生成物质通过床层离开反应器。
固定床反应器的结构主要由反应器本体、进料管、排料管和反应器床层组成。
反应器本体通常由金属材料制成（如不锈钢），具有良好的发热、承压和耐腐蚀性能。
进料管在反应器底部引入反应物质，排料管则在反应器顶部将反应生成物排出。
床层是固定床反应器的核心部分，通常由催化剂颗粒物质装填而成，具有大的比表面积和较高的孔隙度，以提供足够的反应表面积和反应空间。
固定床反应器在化工生产中具有重要的应用。
首先，它广泛用于催化反应。
在固定床反应器中，催化剂床层有效地提供了反应的活性表面，使得反应速率得以提高。
例如，加氢反应、氧化反应、脱氢反应等都可以使用固定床反应器进行。
其次，固定床反应器也被用于气体吸附分离和气体净化。
吸附剂床层能够吸附特定成分，实现气体组分的分离和纯化。
此外，固定床反应器还适用于颗粒物质的固液分离、固气分离等过程。
固定床反应器的工作原理主要包括质量传递和物质平衡两个方面。
在反应物进入床层前，需要先经过预热区，以使其达到适宜的反应温度。
之后，在床层内发生质量传递过程，即反应物质通过流体传递到催化剂表面，发生化学反应。
在反应过程中，需要保持适宜的温度和压力条件，以提供反应的最佳反应速率和选择性。
反应生成物质则随着流体一起流出固定床反应器。
固定床反应器的优势在于：一、反应物质与催化剂的接触充分，反应效率高；二、催化剂寿命长，催化剂载体不易破碎；三、床层的填料物质易于更换和维护；四、反应器体积相对较小，能够实现高度效能的连续化生产。
然而，固定床反应器也有一些缺点需要克服。
首先，反应床层在长时间运行后会出现积碳、堵塞等现象，需进行定期清洗和更换床层。
其次，固定床反应器对反应物料的物理性质要求较高，如化学性质、颗粒度等。
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
固定床反应器ppt课件
• 压降m
1.75
1
3 B
B
g u m2
ds
式中：
Rem
: 修正的雷诺数，Re m
精品课件
dsum g g 1 B
33
固定床的传递特性
• 影响床层压力降的最大因素： • 床层的空隙率 • 流体的流速 • 两者稍有增大，会使压力降产生较大变化。 • 降低床层压降的方法： • 增大床层空隙率，如采用较大粒径的颗粒； • 降低流体的流速，但要考虑这会使相间的传质和
却。
精品课件
19
固定床反应器类型
精品课件
20
固定床反应器类型
• 列管式固定床反应器具有良好的传热性能，单位 床层体积具有较大的传热面积，可用于热效应中 等或稍大的反应过程。反应器由成千上万根“单 管”组成。一根单管的反应性能可以代表整个反 应器的反应效果，因而放大设计较有把握，在实 际生产中应用比较广泛。
• 颗粒的定型尺寸－－最能代表颗粒性质的尺寸为颗粒的当量直径。对于非球 形颗粒，可将其折合成具有相同的体积（或外表面积、比表面积）的球形颗 粒，以当量直径表示。如体积、外表面积、比表面积当量直径。
精品课件
29
固定床的传递特性
• 2、 床层空隙率
• 单位体积床层内的空隙体积(没有被催化剂 占据的体积，不含催化剂颗粒内的体积)。
固定床中的传热组成颗粒内传热颗粒与流体间的传热传热系数固定床中的传质1流体与催化剂颗粒外表面之间的传质前面讨论宏观动力学是采用催化剂表面的温度浓度然而催化剂表面的温度浓度却难于测量
精品课件
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固定床反应器设计
小组成员：
一、固定床反应器定义
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。
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2 换热式反应器
• 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。
• 换热式固定床反应器的特点： • 在催化剂床层进行化学反应的同时，床层还通过
器壁与外界进行热交换。 • 按换热介质的不同，又可分为对外换热式和自身
换热式。
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1）对外换热式反应器
• 以各种载热体为换热介质，称为
图9-1圆筒绝热式反应器 １一矿渣棉；2一瓷环；3一催化剂
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固定床反应器操作过程中发生超压现象的处理方法
固定床反应器操作过程中若发生超压现 象，需要紧急放空处理时，一般应按流 程顺序进行，即: 打开出口放空阀放空，以免逆流程放空 导致气流冲动催化剂床层，但危急情况 下可以同时打开出口处和入口处的放空 阀。
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9.1.1固定床反应器的特点及工业应用
固定床反应器优点*
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。 • ④可在高温高压下操作。
对外换热式。
原料
• 化工生产中应用最多的是换热条 件较好的列管式反应器，其结构 催化剂
类似管壳式热交换器。
蒸汽 调节阀
补充水
• 通常在管内充填催化剂，反应气 体自上而下通过催化剂床层进行 反应，管间通载热体 (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)。
产物
图 乙炔法合成氯乙烯反应器
载热体的选择
在传热面积一定的情况下，载热体有较大的传热 系数。
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图9-3列管式固定床反应器
(a）沸腾式 （b）内部循环式 （ c）外部循环式
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列管式固定床反应器优点：
• 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
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流体流动方式
实际生产中，物料大多数是采用自上而下的 流动方式，少数为自下而上流动，载热体则在管 间流动，其流向可以与反应气体成逆流，也可以 成并流，应根据不同反应的具体要求来进行选择。 若进行的是吸热反应，则载热体为化学反应的热 源。对于放热反应、载热体为冷却介质，移走由 反应所产生的热量。 换热强度应满足反应过程所要求的温度条件。
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2）.多段绝热式反应器
• 多段绝热固定床反应器使用场合： • 多段绝热固定床反应器多用以进行放热反
应等。 多段绝热反应器分类 • 按段间换热方式的不同可分为三类： • (1).间接换热式； • (2).原料气冷激式； • (3).非原料气冷激式。 • 后两类又可总称为直接换热式。
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第九章 固定床反应器特征是: 系统中同时存在两个或两个以上的相态， 在发生化学反应的同时，也发生着相间和 相内的传递现象，主要是质量传递和热量 传递。 如果这些传递现象不存在，那么就不可能 发生化学反应。
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多相系统中反应的基本类型
可概括为三种基本类型： (1)在两相界面处进行反应，所有气固反应或气固 相催化反应都属于这一类型； (2)在一个相内进行反应，大多数气液反应均属于 这种情况，进行反应的相叫做反应相； (3)在两个相内同时发生反应，某些液液反应属于 这种情况。
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1. 绝 热 式 反 应 器
（掌握结构、分类、应用）
• 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，其最外层为隔热材料 层（耐火砖、矿渣棉、玻璃纤维等），常称作 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。
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1）单段绝热床
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固定床反应器缺点*
• 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
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9.1.2 固定床反应器的构型
• 固定床反应器分类* • 固定床反应器按反应中与外界有否热量交换可以
划分为两大类：绝热式和换热式。 • 绝热式:单段绝热床、多段绝热式反应器 • 换热式：对外换热式和自身换热式。
本课着重讲述气固相催化反应，并讨论定量 处理的方法。
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根据固体催化剂是处于静止状态还是运动状 态，反应器又可分为两大类， 属于静止状态的有固定床反应器和滴流床反 应器， 催化剂处于运动状态的有流化床反应器、移 动床反应器和浆态反应器等。 本章的主要研究对象是固定床反应器，流化 床反应器第十章介绍。
• 一般为一高径比不大的圆筒体。 见图9-1。
• 单段绝热反应器优点：
• 单段绝热式固定床催化反应器 结构简单、造价便宜，反应器 内体积能得到充分利用。
单段绝热反应器适用的场合*：
• (1).反应热效应较小的反应；
• (2).温度对目的产物收率影响 不大的反应；
• (3).虽然反应热效应大，但单 程转化率较低的反应或者有大 量惰性物料存在，使反应过程 中温升小的反应.
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• 9.1固定床反应器的特点及结构 • 9.2固定床反应器内的流体流动 • 9.3固定床反应器内的传质与传热 • 9.4 固定床反应器的计算方法
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9.1固定床反应器的特点及结构
• 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。
• 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。
惰性物料来稀释催化剂. • 列管式固定床反应器缺点： • 是结构比绝热反应器复杂，催化剂的装卸也不
方便。
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适用场合
换热式固定床反应器可用于放热反应， 也可用于吸热反应。
但对于反应过程中催化剂失活很快，以 致催化剂的再生或更换十分频繁的反应，不 宜采用固定床反应器，无论是绝热式还是换 热式。
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2）.自热换热式反应器
• 以原料气为换热介质，利用反应后的高温气体预 热原料，使其达到反应温度，本身得到冷却，即 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。
• 只适用于放热反应，而且是原料气必须预热的系 统。
反应物料的流向：