固定床气固相催化反应工程

5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型
3、特点
优点：①传热效率高，温度分布均匀，于是特别适 用于对T敏感的反应。
②固体cat具有流动性，更换和再生容易，适用于 cat容易失活需及时更换再生的反应，如催化裂 解等。
③用dp 的cat ,ζ ④ u . 生产能力
5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型
4.1按换热方式的不同可分为： 绝热式、换热式 1）绝热式 单段：由反应物到产物一次完成。图5-1 它适用于热效应小，单程转化率低，s对T不敏感
的反应。 多段：反应 换热 反应 换热 ...... 即由反应物到产物多次完成。图5-2 它可分为
间接换热式
原料气冷激
直接换热式（冷激式） 非原料气冷激
5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型
二、流化床反应器：（Fluidized Bed Reactors）
1、定义：气体通过由处于流化状态的催化剂颗粒 构成的床层而进行反应装置。
注意：这里的“固定”与“流化”都是对催化剂颗 粒所处状态而言的。
2、应用：石油、化工、冶金、煤炭等部门。 气—固催化反应、矿石焙烧（冶金）、固体干燥
（物理过程）、沸腾床（流化床）燃烧锅炉（电 力部门）。
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催化剂
原料
蒸汽 调节阀
补充水
产物
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三套管并流式冷管催化床温度分布及操作状况
反应进度 床层深度
温度
温度
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4．2 按流体流动方向（反应气体的流动方向）分类 1)轴向固定床，用的最多，不特殊说明，均指轴向床。
x
平衡温度线
最佳温度线
T
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(2) 多段固定床绝热反应器
产
品
Ⅰ
（a）间接换热式
原
x Ⅱ
料
平衡温度线
Ⅲ
最佳温度线
Ⅳ T
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产 品
Ⅰ
原 料
Ⅱ
Ⅲ
（b）原料气冷激式
x
平衡温度线
最佳温度线
Ⅳ T
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缺点：①偏离活塞流程度大，转化率低 ②粒子的损失和带出严重，于是必须附设粒子回收
装置，如旋风分离器等。 ③由于粒子的湍动，对床层内壁和内部构件磨损严
重。 ④由实验室工业化，放大效应大，放大周期长，放
大费用高，丙烯腈放大5年。 (Ф300-Ф3000)
5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型
第5章 固定床气-固相催化反应工程
目录
5.1 固定床气-固相催化反应工程 5.2 固定床流体力学 5.3 固定床热量与质量传递过程 5.4 绝热式固定床催化反应器 5.5 连续换热内冷自热式催化反应器 5.6 连续换热外冷及外热管式催化反应器 5.7 薄床层催化反应器
5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型
炭，硅藻土等。 ②为使△P ,dp=2-6mm,dp ,ζ ③cat的更换和再生困难。
5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型
4 反应器分类 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
多段绝热 单段绝热 内冷式
外冷(热)
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4、流化床类型：
※按操作气速分类：鼓泡床、湍动床、快速硫化 床，提升管。
※按cat受力方式分类：流体流化床，磁控流化床， 离心流化床。
※按相态分类：两相床，三相床。
※按Geldart分类：A、B、C、D。一般教科书的 讨论只限于鼓泡床。流化床是反应工程学科最 活跃的领域，发展较快，中国有“颗粒学会”， 定期召开全国流态化会议。
原 料
Ⅰ
(c)非原料气冷激式
Ⅱ
x
平衡温度线
冷 激
Ⅲ
剂
Ⅳ
平衡温度线 最佳温度线
产
T
品
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2）换热式 这类反应器类型很多，常用的型式是列管式图5-6，
套管式图5-7。 ◆按换热介质不同可分为： ※自身换热：以原料气为换热介质，自身换热，主
要用于热效应不太大的高压反应，如合成氨和合 成甲醇等。 ※对外换热式：由热载体移出热量，按热载体的循 环方式可分为：沸腾式、内循环式、外循环式。
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3 优缺点
优点：①当床层不是太厚（L/dp>100），流速 不是太低（Re>10），流体的轴向流动可视为 活塞流，因此具有PFR的特点，cA ,rA ,xAf
②由于床层中的颗粒是静止不动的，于是cat不 易磨损，这样降低cat消耗，降低了成本，提高 了经济效益，尤其是对比较贵重的金属cat，更 是如此。
一 固定床气-固相催化反应器的基本类型
进行气—固相催化反应器的装置主要有固定床和 流化床两大类。
◆固定床反应器（Fixed Bed Reactors） 1、定义：气体通过由静止的催化剂颗粒构成的床
层而进行反应的装置。 2、应用：炼油工业：裂解、重整、异构化、加氢
精制 无机化工：合成氨、硫酸生产 有机化工：乙烯氧化制环氧乙烷、氯乙烯的合成 乙烯水合成制乙醇。
5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型
三、复合床：
1、流化床 固定床，流化床换热，固定床反应。 2、固定床反应（管内），流化床换热（管间）。
5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型
反应器设计原则 反应器设计：化工工艺设计、机械设计 ※化工工艺设计：反应器造型，工艺操作条件的
③适应性强，生产规模可大可小，操作灵活（可 调），可在高压、高温下操作。
5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型
缺点：①最大的缺点是床层的传热性能差。 原因: a.床层中装有固定不动的cat，影响流体
的径向流动 b. 由于受△P的限制，u ，传热速率 c. cat颗粒多是导热性差的物质，如活性
缺点：u ，△P
2)径向固定床。图5-9。流道短，压降小。径向床设 计要求较高，分布流道的制造使气体均布。
3)轴径向固定床。图5-12
5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型
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