第6章固定床反应器

2
一、固定床反应器的特点
1、固定床反应器的优点是： ①返混小，床层内流体的流动接近平推流。 ②较少的催化剂和较小的反应容积可获得较大的生产能力。 ③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。 ④催化剂机械损耗小。 ⑤结构简单，操作方便。
3
一、固定床反应器的特点
2、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。
14
二、固定床反应器的分类
径向流动反应器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，气体流道短， 流速低，可大幅度地降低催化床压降，为使 用小颗粒催化剂提供了条件。径向流动反应 器的设计关键是合理设计流道使各个横截面 上的气体流量均匀，对分布流道的制造要求 较高，且要求催化剂有较高的机械强度，以 免催化剂破损而堵塞分布小孔，破坏流体的 均匀分布。
11
二、固定床反应器的分类
①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：
沸腾水 有机液态传热介质 熔盐 烟道气
100~300 ℃ 200~350 ℃ 300~400 ℃ 600~700 ℃
②反应管管径一般为 25~50 mm
③催化剂的粒径取值一般为2~6 mm，不小于1.5 mm。
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。
4
一、固定床反应器的特点
流化床反应器是利用气体或液体自下而上通过固体颗粒层而 使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应或液固相 反应的反应器。
在移动床反应器中，固体反应物或催化剂自反应器顶部连续 加入，在反应过程中逐渐下移，最后自反应器底部连续卸出。 气体（或液体）反应物可自下而上或自上而下通过固体颗粒 床层，以进行反应。由于反应器中固体颗粒之间基本上没有 相对运动，但却有整个颗粒层的下移运动，因此，也可将其 看成是一种移动的固定床反应器。
二、固定床反应器的分类
2、多段绝热床 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： 特点：催化剂床层的温度波动小。 缺点：结构较复杂，催化剂装卸较困难。 冷激式： 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
式 自热式
熔盐（＞300 ℃）
反应气的 轴向流动固定床反应器 流动方向 径向流动固定床反应器
7
二、固定床反应器的分类
一、绝热式 1、单段绝热式
特点：反应器结构简单，生产能力大。 缺点：反应过程中温度变化较大。 适用范围：适合热效应不大、反应 对温度的要求较宽的反应
6-2 甲醇氧化制甲醛的反应器 8
1、表示方法
体积相当直径： dV (6VP / )1/3
面积相当直径： da (aP / )1/2
比外表面相当直径：dS 6 / SV 6VP / aP
注意：三种方法的计算结果不同
17
一、粒子直径和床层孔隙率
2、颗粒的形状系数
颗粒的形状系数（球形系数）：φs
等体积球形粒子的外表面积与非球颗粒的外表积之比。
第六章 固定床反应器 6.1 固定床反应器的概述
一、固定床反应器的特点 二、固定床反应器的分类
1
一、固定床反应器的特点
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。
水蒸气
乙苯 催化剂
如：气-固相催化反应器、
测
温
气-固相非催化反应器。
口
图6-1乙苯脱氢的绝热床反应器
产品
5
流化床反应器
移动床反应器
6
二、固定床反应器的分类
固定 床反 应器
不同 的传 热要 求和 传热 方式
单段绝热式
绝 热 式 多段绝热式
反应 特征
二段 三段 四段
段间反 应气冷 却或加 热方式
中间间接换热式
原料气冷激式 冷激式 非原料气冷激式
加压热水（＜240℃）
换 热
对外换热式 导热油（250~300 ℃）
12
二、固定床反应器的分类
2、自热式固定床反应器 ：
单管逆流
单管并流
双套管并流： 综合以上两者的优点，既能使下部床层的温度维持得较高， 又能使上部床层的温度迅速达到最优温度。
13
二、固定床反应器的分类
三、其他型式固定床反应器 气固相固定床催化反应器除以上几种主要型式外，近年来又 发展了径向反应器。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流动与径向流动。轴向流动反应器中气 体流向与反应器的轴平行，而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。
－
0.3
物料 砂
形状
φs 0.75
拉西环
－
0.3 各种形状平均 尖状 0.65
烟道尘
球状 0.89
硬砂
尖片状 0.43
聚集态 0.55
砂
圆形 0.83
天然煤灰 大至 10mm 0.65
砂
有角状 0.73
破碎煤粉
0.75 碎玻璃屑 尖角状 0.65
15
第六章 固定床反应器 6.1 固定床反应器的概述 6.2 固定床中的传递过程
一、粒子直径和床层孔隙率 二、床层压降 三、固定床中的传热 四、固定床中的传质与混合
16
一、粒子直径和床层孔隙率
一、颗粒直径的表示方法
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，可将其折合成球形颗粒，以当量直径表 示。主要有三种表示：体积相当直径、外表面积相当直径 和比外表面积相当直径。
9
二、固定床反应器的分类
原料
产品
产品
原料
原料
间接换热
冷 激 剂
原料冷激
产品
非原料冷激
10
二、固定床反应器的分类
二、换热式 按换热介质不同，可分为对外换热式 和自热式固定床反应器。
1、对外换热式固定床反应器 ： 列管式固定床反应器：通常是在管内放 催化剂，管间走热载体。气体自上而下 流过床层催化剂床层内的流动是通过颗 粒之间的空隙进行的，载热体流经管间 经行加热或者冷却。
S aS / ap
其中等体积球形粒子的外表面积
aS
=百度文库
d
2
V
则：S (dV / da )2 , S dV 6VP / aP dS
S 反映了颗粒形状与圆球形的差异程度 颗粒的形状系数 S 1
球体的形状系数＝1，非球体的形状系数<1
18
一、粒子直径和床层孔隙率
非球形颗粒的形状系数
物料
形状
φs
鞍形填料