固定床反应器

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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
• 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，
• 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 对外换热式。 • 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 类似管壳式热交换器。
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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。
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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
催化剂 补充水 原料 蒸汽 调节阀
• 通常在管内Байду номын сангаас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
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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。 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。 16
• 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。
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 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。
• 自热式反应器示意图
多相系统的特征
多相系统的特征是: 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。 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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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。
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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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。
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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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2 换热式反应器
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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：