固定床反应器简介..
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。
固定床反应器培训
故障四
设备振动大。排除方法：检查固定床反应器的安装基础是 否牢固，如有问题及时加固；检查设备部件是否有松动或 损坏，如有及时修复或更换。
04
固定床反应器的优化与改 进
催化剂的优化选择
总结词
催化剂是固定床反应器的核心要素，其选择和优化对反应效果具有决定性影响。
详细描述
在选择催化剂时，需要考虑其活性、选择性、稳定性和成本效益。通过实验研究和模拟计算，可以评 估不同催化剂的性能，并选择最适合特定反应的催化剂。此外，催化剂的优化还可以通过改进制备方 法、添加助剂或进行表面改性来实现。
固定床反应器的基本结构
催化剂
固定床反应器中的催化剂通常 装填在反应器的底部或中部，
以固定床的形式存在。
反应物料
反应物料从反应器的顶部进入 ，通过催化剂层进行化学反应 。
换热器
为了控制反应温度，固定床反 应器通常配备换热器，以便在 必要时对反应物料进行加热或 冷却。
出料口
反应后的物料从反应器的底部 或侧部出料口排出。
证和模拟分析来评估新型反应器的性能。
05
固定床反应器的安全与环 保
安全操作规程
操作人员需经过专业培训，熟悉 固定床反应器的结构、工作原理
和操作规程。
操作过程中应严格遵守安全操作 规程，确保设备运行稳定、安全
可靠。
定期对固定床反应器进行检查和 维护，确保设备处于良好状态。
环保要求与处理措施
固定床反应器应符合环保要求 ，确保废气、废水和固废等污 染物达标排放。
操作条件的优化调整
总结词
操作条件如温度、压力、流量等对固定 床反应器的性能具有重要影响。
VS
详细描述
通过实验确定最佳的操作条件是必要的。 这包括最佳的温度、压力、气体流量等参 数。此外，操作条件的优化还可以通过控 制反应物的浓度、反应时间、反应器内构 件设计来实现。优化后的操作条件可以提 高反应效率、降低能耗和减少副反应的发 生。
固定床反应器结构工作原理
固定床反应器结构工作原理
固定床反应器是一种常用的化学反应器，它由一个固定的反
应床和一个反应室组成。
反应床由一系列的垂直支架组成，支架
上安装有一系列的反应器，反应器内装有反应物，反应室内装有
反应物和反应剂。
当反应物和反应剂混合在一起时，反应床上的
反应器会发生反应，产生反应产物。
反应床上的反应器可以是固定的，也可以是可调节的。
固定
床反应器的反应床上的反应器是固定的，反应室内的反应物和反
应剂的比例是固定的，反应床上的反应器只能发生一种反应。
固定床反应器的优点是反应速度快，反应温度可以控制，反
应物和反应剂的比例可以控制，反应产物的纯度高，反应器的反
应效率高，反应器的反应稳定性好。
固定床反应器的缺点是反应物和反应剂的比例不能调节，反
应器的反应效率不能很高，反应器的反应稳定性不能很好，反应
器的反应速度不能很快。
固定床反应器是一种常用的化学反应器，它具有反应速度快、反应温度可控、反应物和反应剂的比例可控、反应产物纯度高、
反应器反应效率高、反应器反应稳定性好等优点，但是反应物和
反应剂的比例不能调节，反应器的反应效率不能很高，反应器的
反应稳定性不能很好，反应器的反应速度不能很快。
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。
固定床反应器的日常运行与操作
通过优化固定床反应器的操作和催化剂性能，该机构在化 学反应研究和催化剂开发方面取得了重要突破，为相关领 域的发展提供了有力支持。
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VS
操作员需要通过控制加热和冷却介质 流量来调节反应器的温度。在启动反 应器前，需要预热至适宜的温度，避 免因温度过低导致催化剂失活或因温 度过高导致催化剂烧结。同时，需要 密切关注温度变化，防止因温度过高 或过低对反应结果产生不利影响。
压力调节
压力对固定床反应器的操作具有重要影响，压力波动可能导致催化剂失活或机械 故障。
工作原理
在固定床反应器中，反应物料通过催化剂床层进行化学反应 。催化剂固定在反应器内，不随物料一起流动。反应过程中 ，温度和压力等条件可控制，以获得最佳的反应效果。
流程
固定床反应器的操作流程包括进料、反应、出料等步骤。进 料前需对催化剂进行活化或预处理，出料后通常还需进行后 处理或分离操作。根据不同的化学反应和工艺要求，固定床 反应器的操作参数和流程会有所不同。
03
固定床反应器的操作技巧
进料控制
控制进料流量是固定床反应器操作的关键，流量过快或过慢 都可能影响反应效果。
操作员需要根据反应需求，通过调节进料泵的转速或阀门的 开度，保持稳定的进料流量。同时，需要定期检查进料管线 是否堵塞或泄漏，确保进料流量稳定且符合工艺要求。
温度调节
温度是化学反应的重要参数，对固 定床反应器的温度进行精确控制至关 重要。
优化换热系统
改进换热器设计，提高换 热效率，降低热量损失。
能耗监测与控制
实时监测能耗数据，通过 智能控制技术优化能耗， 降低运行成本。
安全性能提升
安全防护措施
01
安装安全阀、防爆膜等安全设施，预防超压、过热等危险情况。
固定床反应器的详细介绍
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。
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。
绝热式反应器可分为单段绝热式反应器和多段绝热式反应器。
（1）单段绝热式反应器一般为高径比不大的圆筒体，结构简单，生产能力大，但反应过程中温度变化较大。
适合的反应：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。
（2）多段绝热式反应器催化剂床层的温度波动较小，但结构比较复杂，催化剂装卸困难。
多段绝热反应器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。
固定床反应器的设计—固定床反应器特点与结构
间接换热式催化剂床层绝热操作方程
A-B 反应 x↑
B-C 换热 x不变
C-D 反应 x↑
D-E 换热 x不变
E-F 反应 x↑
F-G 换热 x不变
绝热操作线方程式： 表达温度与转化率的 关系。
反应热效应、绝热温 升、热熔、密度一定 时，反应段斜率相同
1.绝热式固定床反应器
（3）多段式催化床层温度的分布：间接换热式催化剂床层温度分布 和冷激（直接换热）式催化剂床层温度分布
1.绝热式固定床反应器
（2）多段式：有多段催化剂床层，反应和冷却间隔进行。 适应场合：反应热效应较大，反应速率慢的反应。 中间间接换热式：床层间加换热器（），调节温度。如：水煤气转换、二氧化硫的
氧化反应
1.绝热式固定床反应器
（2）多段式：有多段催化剂床层，反应和冷却间隔进行。 适应场合：反应热效应较大，反应速率慢的反应。
中间间接换热式：床层间加换热器（换热盘管），调节温度。如：环己醇脱氢制环己酮 及丁二醇脱水制丁二烯 。
换热盘管
1.绝热式固定床反应器
（2）多段式：有多段催化剂床层，反应和冷却间隔进行。适应反应 热效应较大，反应速率慢的反应。
冷激式：用冷流体直接与上一段出口气体混合来实现降温。多适应于工业上高压力操
•以高温烟道气为载体， 将反应所需热量在反应 管外通过管壁传给催化 剂层
生产实例：乙苯催化脱 氢制备苯乙烯。
2、换热式固定床反应器
（1）外换热式：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。 载热体选择：
低于240℃----加压热水 250—300 ℃ -----导热油 300 ℃ -----熔盐（KNO353%，NaNO27%、NaNO340%） 600—700℃左右----烟道气
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
固定床反应器总结
固定床反应器总结1. 简介固定床反应器是一种常见的化工反应器类型，用于进行气体或液体相的催化反应。
其特点是反应物在反应器中通过固定的催化剂床层流过，反应发生在催化剂颗粒表面上。
2. 反应机理固定床反应器的反应机理主要包括质量传递和化学反应两个过程。
在质量传递过程中，反应物通过流动相与催化剂表面发生质量传递，进而被吸附到催化剂表面。
在化学反应过程中，吸附的反应物分子与催化剂表面上的活性位点发生化学反应，生成产物。
产物再次进行质量传递，在固定床反应器中，通过连续的物质传递和反应过程，在催化剂床层内实现了高效的转化。
3. 设计与操作注意事项在固定床反应器的设计和操作过程中，需要注意以下几个关键问题：3.1 催化剂选择催化剂的选择对反应器的效果具有重要影响。
催化剂应具备高的活性和选择性，并且能够在反应条件下稳定存在。
此外，催化剂的物理性质（如形状、尺寸）也对反应器性能有一定影响。
3.2 催化剂填充方式固定床反应器中，催化剂的填充方式对反应器性能同样有重要影响。
常见的填充方式有堆积填充和捆绑填充。
堆积填充方式简单易行，但容易形成通道，造成反应不均匀。
捆绑填充方式可以有效缓解通道效应，提高反应器利用率。
3.3 反应器温度控制反应器温度是保证反应进行的关键参数之一。
合适的反应温度能够提高反应速率和产物选择性。
在固定床反应器中，常用的温度控制方式有加热管和冷却器。
合理的温度控制方式可以避免温度过高或过低导致的催化剂失活和副反应的发生。
3.4 反应器的压力控制反应器压力对于反应物质传递速率和反应平衡有重要影响。
控制合适的反应器压力可以提高反应速率和产物选择性。
常见的压力控制方式包括调节进料流量和使用压力控制阀等。
4. 应用领域固定床反应器在化工工业中应用广泛，常见的应用领域包括：•石化工业：用于石油裂化、氢化、重整等反应；•化学工业：用于有机合成、氧化、加氢等反应；•环境工程：用于废水处理和废气处理等。
5. 优缺点分析固定床反应器的优点包括：•反应效果好：催化剂床层的连续流动能够实现高转化率和高选择性；•反应物质传递快：固定床反应器可以借助催化剂床层进行物质传递，实现高效反应；•反应器稳定性高：固定床反应器催化剂床层具备良好的稳定性，催化剂寿命相对较长。
第六章_固定床反应器详解
3.熔盐：温度范围300℃～400℃，由无机熔
盐KNO3、NaNO3、NaNO2按一定比例组成， 在一定温度时呈熔融液体，挥发性很小。但 高温下渗透性强，有较强的氧化性。 4.烟道气：适用于600～700℃的高温反应。
26
6.2 固定床的传递特性
• 气体在催化剂颗粒
之间的孔隙中流动，
较在管内流动更容
补充水
产物
4. 自热式反应器
采用反应放出的热量来预热新鲜的进料，
达到热量自给和平衡，其设备紧凑，可用
于高压反应体系。
但其结构较复杂，操作弹性较小，启动反
应时常用电加热。
24
6.1.3 传热介质
•传热介质的选用根据反应的温度范围决定， 其温度与催化床的温差宜小，但又必须移走 大量的热，常用的传热介质有： 1.沸腾水：温度范围100~300℃。使用时需注 意水质处理，脱除水中溶解的氧。 2.联苯醚、烷基萘为主的石油馏分：粘度低 ，无腐蚀，无相变，温度范围200~ 350℃
如图 (b) 所示。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构 成的环隙中，流体沿径向流过床层，可采 用离心流动或向心流动。
径向反应器的优点是流体流过的距离较短
，流道截面积较大，床层阻力降较小。
轴向反应器与径向反应器
(a)
(b)
2.多段绝热式固定床反应器
热效应大，常把催化剂床层分成几段(层)， 段间采用间接冷却或原料气（或惰性组分）
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原料气
绝热式
催化剂
固定床 反应器
产物
9
绝热式固定床反应器可分为轴向反应器和
径向反应器。 (1)轴向绝热式固定床反应器
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.
固定床反应器介绍
单段绝热式
2021/3/10
返9回
多段绝热式
2021/3/10
返10回
对外换热式
2021/3/10
返11回
对外换热式结构
2021/3/10
返12回
加氢反应器结构示意图
2021/3/10
13
固定床反应器实物
2021/3/10
返14回
固定床反应器
一、固定床反应器的工业背景 二、固定床反应器的工作原理
1、固定床反应器的工作原理 2、固定床反应器的原理动画
三、固定床反应器的结构形式 四、固定床反应器的工艺仿真说明
1、固定床反应器的DCS图 2、固定床反应器的现场图
2021/3/10
1
固定床反应器的工业背景
反应器是化工生产中的关键设备，是人们通过一定 的手段抑制副反应、提高转化率、提高生产能力的化学 反应设备。
凡是流体通过静态固体颗粒形成的床层而进行 化学反应的设备都称作固定床反应器。
分为气-固相催化反应器和液-固相催化反应器 两种。
其中以气态反应物料通过由固体催化剂所构成 的床层进行化学反应的气-固相催化反应器在化工 生产中应用最为广泛。
2021/3/10
返4回
固定床反应器的原理动画
2021/3/10
催化剂用量少，反应器体积小，催化剂的颗粒不 易磨损，可在高温高压下操作等。
主要缺点
流体流速不能太快，传热性能差，温度分布不易 控制均匀.
在放热反应中，换热式反应器轴向位置存在“热 点”，易造成“飞温”；
不能使用细颗粒的催化剂，且催化剂的再生和更
换不便。 2021/ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ/10
3
固定床反应器的工作原理
《固定床反应器》
(1B)
1h1rsdp2 3(s)
(6-24)
Rep d pG, pr Cp, 2(12)(B 0. 20 1.6 26)
编辑ppt
所以， e的求算过程为：
根据dp/dt查图6-14
6-23
e
Re pr
根据dp G Cp μ λ计算 Re, pr
λ 流体导热
λS 颗粒导热（粒内）
0 e
φ 颗粒接触传热
层装催化剂，管内走反应
催化剂
原料
气体，壳程走传热介质。
优点是传热效果好，反应
后的气体可实现急速降温
换 热
或升温，通常反应时间短， 介
质
气体流动类似于平推流。
如甲醇氧化反应器。
产物
编辑ppt
• 自热式固定床反应器
在这类反应器内，原料气 先与反应后的气体通过管 壁进行热交换，预热，再 进行反应，一般用于热效 应不大的高压反应。例如 合成氨反应器。不过现在 趋向多段绝热式。
原料气
剂均匀堆于床内。内部无换热构件(下
部催化剂支撑结构，上部气体分布装
置)。结构简单，造价便宜，反应器体
催
积得到充分利用。但通常只用于化学
化
剂 反应热效应不大，并且反应温度范围
相对较宽的过程。例如乙苯脱氢反应
器，无加热装置(实验室用电阻丝加 热)，实际工业过程通过加高温水蒸气
产物
供热。
编辑ppt
• 多段绝热床反应器
比其它因素对压降更为敏感。 在生产过程中，流体的压头有限，床层压降往往有重
要影响，因此一般固定床中的压降不宜超过床内压力 的15%。
编辑ppt
(6) 固定床中的传热
化学反应大都伴有热效应，如对于放热反应，如何把 产生的热量及时传递出来是维持反应正常进行首先要 考虑的问题。
固定床反应器培训
固定床反应器培训1. 简介固定床反应器是一种常用的化工反应器，用于进行气相或液相的催化反应。
在固定床反应器中，催化剂被固定在床层中，而反应物则从床层中通过，发生反应后产生产物。
本文档将介绍固定床反应器的工作原理、结构特点、操作要点以及常见故障和维护方法，旨在帮助读者了解和掌握固定床反应器的基本知识。
2. 工作原理固定床反应器的工作原理基于催化剂和反应物之间的相互作用。
催化剂在反应过程中可以降低活化能，促进反应的进行。
反应物进入固定床反应器后，通过催化剂床层，与催化剂发生反应生成产物。
床层中的催化剂可以提供大量活性位点，增加反应速率，同时也保持了反应物和产物与催化剂之间的接触时间，提高了反应的效率。
3. 结构特点固定床反应器的结构特点主要包括床层、催化剂、进料和出料装置以及控制系统。
•床层：床层是固定床反应器中催化剂的载体，通常由陶瓷、金属或活性炭等材料制成。
床层的设计和选择应考虑催化剂的活性、稳定性和寿命，以及反应物和产物的传质和传热性能。
•催化剂：催化剂是固定床反应器中的关键组成部分，它可以提供活性位点促进反应的进行。
选择合适的催化剂应考虑反应的类型、条件和要求，催化剂的选择应具有较高的催化活性、稳定性和选择性。
•进料和出料装置：进料和出料装置用于将反应物引入和产物排出固定床反应器。
进料装置应确保反应物均匀分布到床层中，同时出料装置应能有效排出产物，避免产物积累。
•控制系统：控制系统用于监测和调节固定床反应器的工作参数，包括温度、压力、流量等。
通过合理的控制系统，可以实现反应过程的自动化控制，提高反应的稳定性和可控性。
4. 操作要点在操作固定床反应器时，需要注意以下几个要点：•温度控制：固定床反应器中的温度是反应过程中一个重要的操作参数，过高或过低的温度都可能对反应产生不良影响。
因此，需要对反应器进行良好的温度控制，确保反应过程在适宜的温度范围内进行。
•压力控制：固定床反应器中的压力也是一个重要的操作参数，过高或过低的压力都可能导致反应产物出现问题。
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
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
床层入口处的均匀性分布是初始分布， 床层入口处的均匀性分布是初始分布，是关 键，它直接影响到床层中部和出口处的分布 效果。 效果。 在床层入口，无论是轴向分布还是径向分布， 在床层入口，无论是轴向分布还是径向分布， 都取决于气、液分布器。 都取决于气、液分布器。
匀地分布，并径向通过催化剂床层。 匀地分布，并径向通过催化剂床层。
•径向反应器的最大优点是： 径向反应器的最大优点是： •能大幅度地降低压降，从而允许采用颗粒小、 能大幅度地降低压降，从而允许采用颗粒小、
活性高的催化剂。 活性高的催化剂。
•降低能耗。 降低能耗。
径向反应器
径向反应器特点： 径向反应器特点： 为绝热、活塞流通过催化剂床层， 为绝热、活塞流通过催化剂床层，产品转化率 随径向历程增加，温度逐渐下降（吸热反应） 随径向历程增加，温度逐渐下降（吸热反应） 或增高（放热反应）。 或增高（放热反应）。 目前，径向反应器已大量应用到催化重整、异 目前，径向反应器已大量应用到催化重整、 构化等石油化工领域。在径向反应器的设计上， 构化等石油化工领域。在径向反应器的设计上， 主要考虑： 主要考虑： 气流均布； 气流均布； 流体在分、集气管内的流动状态； 流体在分、集气管内的流动状态； 与静压差有关的动量交换系数。 与静压差有关的动量交换系数。
鼓泡床反应器
•鼓泡床反应器的作用 •使气体通过气体分布器在液相中鼓泡，产生 使气体通过气体分布器在液相中鼓泡，
气、液接触界面和湍动。 液接触界面和湍动。 •这类反应器结构简单，造价低，特别适用于 这类反应器结构简单，造价低， 少量气体和大量液体（高持液量）的反应。 少量气体和大量液体（高持液量）的反应。 •鼓泡床反应器的特点 •高的液-气体积比，故单位反应器体积的气高的液-气体积比，故单位反应器体积的气液接触比其他类型反应器的大。 液接触比其他类型反应器的大。 •气泡运动导致液体充分混合，促使整个反应 气泡运动导致液体充分混合， 器内的温度较为均匀。 器内的温度较为均匀。 •对温度敏感的反应系统控制收率是合适的。 对温度敏感的反应系统控制收率是合适的。
第6章固定床反应器解析
单段绝热式 绝 热 式 多段绝热式
二段 反应 三段 特征 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
不同 的传 热要 求和 传热 方式 固定床 反应器
非原料气冷激式 加压热水（＜240℃） 导热油（250~300 ℃） 熔盐（＞300 ℃）
换 热 式
对外换热式
自热式
反应气的 流动方向
体流量均等，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。
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 半径方向流动径向流动催化床 的气体流道短，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。
径向反应塔示意图
第Байду номын сангаас章
固定床反应器
水蒸气
乙苯
6 . 1 概述
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。 如：气-固相催化反应器、 气-固相非催化反应器。 测 温 口
催化剂
产品 乙苯脱氢的绝热床反应器 6-1
一、固定床反应器的特点
结构简单 高空速 很少催化剂损耗 很小气固返混 较长的扩散时间及距离 高床层压降 床内取热供热困难 催化剂取出更新困难 催化剂颗粒大，效率低
轴向流动固定床反应器 径向流动固定床反应器
固定床反应器的分类
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 100-300 ℃ 200-350 ℃
熔盐
烟道气
300-400 ℃
600-700 ℃
反应器按催化剂床是否与外界进行热量交换分为：绝热
固定床反应器
固定床 反应器
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
反应 特征
三段
四段
段间反应 中间间接换热式
气冷却或
原料气冷激式
加热方式 冷激式 非原料气冷激式
加压热水（＜240℃）
换 列管式反应器 导热油（250~300 ℃）
热 式
熔盐（＞300 ℃）
自热式
反应气的 流动方向
乙炔法合成氯乙烯反应为放 热反应109kJ/mol，利用高位 槽或加压泵强制循环换热， 水温靠调节阀控制压力来调 节。
编辑ppt
固定床反应器
热载体：水、高压水：100~300℃ 导生油：200~350℃
熔盐：300~500℃ 烟道气：600~700℃
特点：换热效果好、床温均匀，但结构较复杂。
应用：热效应大、温度要求均匀控制的场合
产品 原料
原料
间接换热
冷 激 剂
产品
原料冷激
非原料
多段固定床绝热反应器
固定床反应器类型
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列管式 固定床 反应器
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逆流
并流
不同流向的自热式固定床反应器的轴向温度分布示意图
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固定床反应器类型
（a）
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（b）
固 定 床 反 应 器 类 型
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6.2 固定床的传递特性
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产品 原料
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产品 原料
原料
间接换热
冷 激 剂
产品
原料冷激
非原料
多段固定床绝热反应器
固定床反应器类型
编辑ppt
固定床反应器类型
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• 该加氢步骤分两步完成以提高反应的选择性。 高纯度氢气 二段反应器进料中
粗氢（含有CO） 一段反应器进料中 • 反应器进料首先通过换热器（E101）换热，其次由 预热器E102中的低压蒸汽加热到反应温度。再次，它 进入第一个反应器床层，并向下流经催化剂床层。在第 一个床层中应有大约75%的乙炔被转化。一段的排放物 流在乙炔转化器中间冷却器中被冷却以脱除反应的热量， 最后进入第二个反应器床层，对剩余的乙炔进行加氢反 应。
固定床反应器装置介绍
目录
一、应用范围 二、工艺设备简介 三、原料和产品
四、工艺原理
五、工艺流程 六、操作方法
一、应用范围
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。广泛应用在石 油炼制工业（裂化、重整、异构化、加氢）、无机化学工业 (合成氨、硫酸、天然气转化)、有机化学工业等领域(乙烯氧化 制环氧乙烷、乙烯水合制乙醇、乙苯脱氧制苯乙烯苯加氢制环 己烷等） 本单元模拟的乙炔加氢反应系统，其作用是除去脱乙烷塔 顶气相混合碳二组份中的乙炔。
• • • • •
• 缺点： • 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。 • 对于乙炔加氢反应器（后加氢），常用的固定床反应器有 两种：径向绝热式固定床反应器（有时采用多级串联）和列管 式固定床反应器（等温反应器）。本单元为两段床层的绝热式 固定床反应器。
•
用于该工艺的催化剂是一种采用散布在 氧化铝上的钯金属的加氢催化剂。第一段催 化剂是作为一种选择性催化剂操作，其操作 条件设定用于加强乙炔转换为乙烯的反应。 第二段催化剂是一种较小选择的模式，可将 反应器排放物流中的乙炔降到最低程度。
六、操作精要
四、工艺原理
• 混合烃与氢气混合经过换热之后进入反应器，在催化 剂的作用下，进行乙炔加氢反应生成乙烯，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。
•
五、工艺流程
• 脱乙烷塔塔顶物料经加热后进入乙炔转化器 （R101A/B），采用选择性加氢生成乙烯的方法， 除去物料中所含的乙炔。本装置设有两台反应器， 进行切换操作，使催化剂在不影响连续操作的情 况下，用过热蒸汽和空气的混合物对催化剂进行 再生。
二、工艺设备简介
• 绝热式固定床反应器
• 反应器绝热措施良好，无热量损失且与外界无热量交换。 对于可逆放热反应，依靠本身放出的反应热而使反应气体温 度逐渐升高，催化剂床层入口气体温度高于催化剂的起始活 性温度，而出口气体温度低于催化剂的耐热温度。 绝热式固定床反应器分为：单端绝热式和多段绝热式 优点： ①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，固定床反应 器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。
• 3、开车操作要点
（1）碳二混合烃进料，反应器冲压。 注：初始引入碳二混合烃时，阀门开度不宜过大。 （2）引氢气。 开车时要先建立好碳二混合烃的正常流量，并建立起 反应器正常压力后，再逐步引入氢气。 （3）操作参数调整至正常 •
• 4、停车操作要点 • （1）降负荷 • 减小进料量，同时调整氢气进料量；同步关小反
• 2. 比值控制
• 在本装置中，由于氢气的流量大小影响反应器床层的温 度和出口乙炔浓度，所以本装置采用比值控制控制碳二混 合烃进料和氢气进料，即当进料量FIC1001接近给定值时 （投自动），FIC1002投串级，使氢气投入比值控制；同理， 当二段反应器达到投用条件时，FIC1003也用比值控制。
• • • • • 应器出料阀，保持温度、压力稳定 （2）切断进料 将所有进料阀门都关闭。 （3）停所有换热设备 停车时，要等反应器物料倒空后，再停冷却水。 （4）关闭所有调节阀及现场所有阀门
• 1. 分程控制
• 分别控制加热蒸汽（LS）量和不经过换热器的原料量，正常 温度控制在30℃。 • TIC1001的OP值在0~50%之间，对应A阀从100%~0的实际开 度，此时B阀处于全关状态，当OP=0，则A阀全开；反之，当 • OP=100%,则B阀全开。
B阀 LS E101 A阀 E102 TIC 1001
三、原料和产品
• 原料：来自脱乙烷塔塔顶的碳二混合烃，包括 86%乙烯、12%乙烷、1.6%乙炔；15.8℃氢气和 粗氢。 • 产品：脱除乙炔后的碳二混合烃，温度为-9.6℃， 乙炔含量小于5X10-6
富炔碳二 氢气 反 应 器反应 器无炔碳二