第四章固定床反应器
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4.烟道气：适用于600～700℃的高温反应。
第四章固定床反应器
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4.2 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 易达到湍流。
• 气体自上而下流过
床层。
第四章固定床反应器
24
4.2.1颗粒尺寸
• 颗粒尺寸是颗粒体系的重要参数，常用粒径 来表示。球形粒子的粒径是其直径，其他形 状的粒子粒径则需定义。
第四章固定床反应器
第四章固定床反应器
3.列管式固定床反应器
热效应较大，不宜采用绝热式反应器， 可采用换热式固定床反应器。此设备如同 列管式换热器，又称为列管式固定床反应 器。
如图(d)所示，反应器由多根反应管并联 构成，管径一般为25 ~30㎜，管数可达万 根以上。管内装催化剂，传热介质流经管
际上是一个容器，催化剂均匀堆置于床内 ，预热到一定温度的反应物料自上而下流 过床层进行反应，床层同外界无热交换。
第四章固定床反应器
10
(2)径向绝热式固定床反应器 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。
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列管式 固定床 反应器
第四章固定床反应器
列管式反应器优点： • 传热较好，管内温度较易控制； • 返混小、选择性较高； • 只要增加管数，便可有把握地进行放大； • 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 • 适用: 原料成本高，副产物价值低以及分
离不是十分容易的情况。
第四章固定床反应器
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℃
第四章固定床反应器
22
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。
• 颗粒的定型尺寸－－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 将其折合成具有相同的体积（或外表面积、 比表面积）的球形颗粒，以当量直径表示。 如体积、外表面积第四、章固定比床反表应器面积当量直径。25
• 体积当量直径：(非球形颗粒折合成同体积
的球形颗粒应当具有的直径）
球形体积：VS
放置搁板，上面堆放固体催化剂。气体从 上而下通过催化剂床层。
结构简单，床层横截面温度均匀。单位体 积内催化剂量大，即生产能力大。但只适
用于热效应不大的反应。
第四章固定床反应器
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原料气
催化剂
绝热式 固定床 反应器
产物
第四章固定床反应器
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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 如图(a)所示。这种反应器结构最简单，实
百度文库
π 6
d3
1
dV
6VS π
3
• 外表面积当量直径： (非球形颗粒折合成
相同外表面积的球形颗粒应当具有的直径）
球形外表面积：SS πd 2
第四章固定床反应器
da
SS π
26
• 比表面积当量直径： (非球形颗粒折合成相
同比表面积的球形颗粒应当具有的直径）
SV
SS VS
πd 2 πd 3
• 可用较少量的催化剂和较小的反应器容 积获得较大的生产能力；
• 结构简单、催化剂机械磨损小，适合于 贵金属催化剂；
• 反应器的操作方便、操作弹性较大。 第四章固定床反应器
相对于流化床反应器，固定床反应器缺点 • 催化剂颗粒较大，有效系数较低； • 催化剂床层的传热系数较小，容易产生局
部过热； • 催化剂颗粒的更换费事，不适于容易失活
第四章固定床反应器
轴向反应器与径向反应器
(a)
(b)
第四章固定床反应器
第四章固定床反应器
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） 冷激，以控制反应温度在一定的范围内 。
图 (c) 是用于 SO2 转化的多段绝热反应器， 段间引入冷空气进行冷激。对于这类可逆放 热反应过程，通过段间换热形成先高后低的 温度变化，提高转化率和反应速率。
第四章
固定床反应器
(1)
第四章固定床反应器
1
4.1 概 述
气固相催化反应器可分三大类： 固定床反应器； 流化床反应器； 移动床反应器。
固体催化剂颗粒堆积起来所形成的固定床 层静止不动，气体反应物自上而下流过床 层，进行反应的装置称作固定床反应器。
第四章固定床反应器
第四章固定床反应器
主要固定床催化反应过程如下表
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。
第四章固定床反应器
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4.1.3 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：
第四章固定床反应器
(d)
第四章固定床反应器
• 列管式固定床反应器具有良好的传热性 能，单位床层体积具有较大的传热面积， 可用于热效应中等或稍大的反应过程。反 应器由成千上万根“单管”组成。一根单管 的反应性能可以代表整个反应器的反应效 果，因而放大设计较有把握，在实际生产 中应用比较广泛。
第四章固定床反应器
的催化剂。
第四章固定床反应器
4.1.2 固定床反应器类型
固定床反应器形式多种多样，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， 多段绝热式固定床反应器， 列管式固定床反应器， 自热式反应器。
第四章固定床反应器
1.绝热式固定床反应器
反应器外壳包裹绝热保温层，使催化剂床 层与外界没有热量交换。中空圆筒的底部
基本化学工业
烃类水蒸气转化 一氧化碳变换 一氧化碳甲烷化 氨合成 二氧化硫氧化 甲醇合成
石油化学工业
催化重整 二氯化烷 丁二烯 苯酐 苯乙烯
异构化 醋酸乙烯酯 顺酐 环已烷 加氢脱烷基
第四章固定床反应器
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4.1.1 固定床反应器的优缺点
• 固定床层内的气相流动接近平推流，有 利于实现较高的转化率与选择性；
第四章固定床反应器
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4.2 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 易达到湍流。
• 气体自上而下流过
床层。
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4.2.1颗粒尺寸
• 颗粒尺寸是颗粒体系的重要参数，常用粒径 来表示。球形粒子的粒径是其直径，其他形 状的粒子粒径则需定义。
第四章固定床反应器
第四章固定床反应器
3.列管式固定床反应器
热效应较大，不宜采用绝热式反应器， 可采用换热式固定床反应器。此设备如同 列管式换热器，又称为列管式固定床反应 器。
如图(d)所示，反应器由多根反应管并联 构成，管径一般为25 ~30㎜，管数可达万 根以上。管内装催化剂，传热介质流经管
际上是一个容器，催化剂均匀堆置于床内 ，预热到一定温度的反应物料自上而下流 过床层进行反应，床层同外界无热交换。
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(2)径向绝热式固定床反应器 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。
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列管式 固定床 反应器
第四章固定床反应器
列管式反应器优点： • 传热较好，管内温度较易控制； • 返混小、选择性较高； • 只要增加管数，便可有把握地进行放大； • 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 • 适用: 原料成本高，副产物价值低以及分
离不是十分容易的情况。
第四章固定床反应器
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℃
第四章固定床反应器
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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。
• 颗粒的定型尺寸－－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 将其折合成具有相同的体积（或外表面积、 比表面积）的球形颗粒，以当量直径表示。 如体积、外表面积第四、章固定比床反表应器面积当量直径。25
• 体积当量直径：(非球形颗粒折合成同体积
的球形颗粒应当具有的直径）
球形体积：VS
放置搁板，上面堆放固体催化剂。气体从 上而下通过催化剂床层。
结构简单，床层横截面温度均匀。单位体 积内催化剂量大，即生产能力大。但只适
用于热效应不大的反应。
第四章固定床反应器
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原料气
催化剂
绝热式 固定床 反应器
产物
第四章固定床反应器
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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 如图(a)所示。这种反应器结构最简单，实
百度文库
π 6
d3
1
dV
6VS π
3
• 外表面积当量直径： (非球形颗粒折合成
相同外表面积的球形颗粒应当具有的直径）
球形外表面积：SS πd 2
第四章固定床反应器
da
SS π
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• 比表面积当量直径： (非球形颗粒折合成相
同比表面积的球形颗粒应当具有的直径）
SV
SS VS
πd 2 πd 3
• 可用较少量的催化剂和较小的反应器容 积获得较大的生产能力；
• 结构简单、催化剂机械磨损小，适合于 贵金属催化剂；
• 反应器的操作方便、操作弹性较大。 第四章固定床反应器
相对于流化床反应器，固定床反应器缺点 • 催化剂颗粒较大，有效系数较低； • 催化剂床层的传热系数较小，容易产生局
部过热； • 催化剂颗粒的更换费事，不适于容易失活
第四章固定床反应器
轴向反应器与径向反应器
(a)
(b)
第四章固定床反应器
第四章固定床反应器
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） 冷激，以控制反应温度在一定的范围内 。
图 (c) 是用于 SO2 转化的多段绝热反应器， 段间引入冷空气进行冷激。对于这类可逆放 热反应过程，通过段间换热形成先高后低的 温度变化，提高转化率和反应速率。
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固定床反应器
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第四章固定床反应器
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4.1 概 述
气固相催化反应器可分三大类： 固定床反应器； 流化床反应器； 移动床反应器。
固体催化剂颗粒堆积起来所形成的固定床 层静止不动，气体反应物自上而下流过床 层，进行反应的装置称作固定床反应器。
第四章固定床反应器
第四章固定床反应器
主要固定床催化反应过程如下表
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。
第四章固定床反应器
21
4.1.3 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：
第四章固定床反应器
(d)
第四章固定床反应器
• 列管式固定床反应器具有良好的传热性 能，单位床层体积具有较大的传热面积， 可用于热效应中等或稍大的反应过程。反 应器由成千上万根“单管”组成。一根单管 的反应性能可以代表整个反应器的反应效 果，因而放大设计较有把握，在实际生产 中应用比较广泛。
第四章固定床反应器
的催化剂。
第四章固定床反应器
4.1.2 固定床反应器类型
固定床反应器形式多种多样，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， 多段绝热式固定床反应器， 列管式固定床反应器， 自热式反应器。
第四章固定床反应器
1.绝热式固定床反应器
反应器外壳包裹绝热保温层，使催化剂床 层与外界没有热量交换。中空圆筒的底部
基本化学工业
烃类水蒸气转化 一氧化碳变换 一氧化碳甲烷化 氨合成 二氧化硫氧化 甲醇合成
石油化学工业
催化重整 二氯化烷 丁二烯 苯酐 苯乙烯
异构化 醋酸乙烯酯 顺酐 环已烷 加氢脱烷基
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4.1.1 固定床反应器的优缺点
• 固定床层内的气相流动接近平推流，有 利于实现较高的转化率与选择性；