第九章 固定床反应器
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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。
19
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。
20
2）.自热换热式反应器
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
一般为一高径比不大的圆筒体 。见图9-1。
4
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
5
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。
12
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。
13
14
2 换热式反应器
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，
7
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
8
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。
6
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。
16
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。
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
11
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。
本课着重讲述气固相催化反应，并讨论定量 处理的方法。
3
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。
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：
自热式反应器示意图
ຫໍສະໝຸດ Baidu21
优、缺点：
逆流：优点是原料气进入床层后能较快地升温而接 近最佳温度，缺点是反应后期易于过冷。
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。
17
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
第九章 固定床反应器
1
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。
2
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。
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。
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
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
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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。
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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。
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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
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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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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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。
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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。
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
11
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。
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。
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：
自热式反应器示意图
ຫໍສະໝຸດ Baidu21
优、缺点：
逆流：优点是原料气进入床层后能较快地升温而接 近最佳温度，缺点是反应后期易于过冷。
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
18
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
第九章 固定床反应器
1
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。
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。
15
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。
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