固相催化反应器课件

（4）消除环境污染（环境保护）
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2 气-固相催化反应器
固定床反应器：最常用
流化床反应器：比较常用 反应器类型
移动床反应器：较少用
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（１）固定床反应器
反应器内填充有固定不动的固体颗粒，可以是催 化剂，也可以是固体反应物。或者说凡是流体通 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。
固相催化反应器
定义
分类
1 催化剂
组成
性能指标
合成方法
2 气-固相催化反应器 学习交流PPT
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1 催化剂
（1）定义：它是能加速化学反应速率而不改变该 反应标准自由焓变化的一种物质。
基本特征 ① 它能加快化学反应速率，但本身 并不进入化学反应的计量。
② 它对反应具有选择性。
③ 它不能无中生有。
④ 它只改变化学反应速率，而不改变化学平 衡常数。
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• 外热式反应器的反应管径一般都 比较小，多为20～35mm。一 方面是为了减小床层的径向温差， 另一方面是为了单位床层体积具 有较大的换热面积，其优点是床 层轴向温度分布比绝热式反应器 均匀，其缺点是结构比绝热式反 应器复杂，催化剂装填也不太方 便。
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• 自热式：利用反应热来加热原料气使之达到要求温度， 再进入催化剂床层进行反应的自身换热式反应器。它 只适用于热效应不太大的放热反应和原料气必须预热 的系统。这种反应器本身能达到热量平衡，不需外加 热源或者外加热介质来冷却反应床层。
流化床催化反应器是利用固体流态化技术进 行气固相催化反应的装置。
将大量固体颗粒悬浮于运动的流体从而使颗粒 具有类似于流体的某些宏观表观特性，这种流固 接触状态称为固体流态化。
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优缺点：
①流固相界面积大，有利于非均相反应的进行（传 热面积大）。
②热稳定性高（传热系数高）。
③连续生产，效率高。
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流化床中常见的异常现象：沟流和腾涌
沟流：气体通过床层时，其流速虽超过临界流 化速度，但床层内只形成一条狭窄的流动，大部 分床层仍处于固定状态。这种现象称为沟流。沟 流分为贯穿沟流和局部沟流。
沟流危害：产生死床，造成催化剂烧结，降低 转化率和生产能力。
造成原因：颗粒太细、潮湿、易粘结；床层薄； 气速过低或气流分布不合理。
近年来又发展了径向反应器。这种反应器的气体 流道短，流速低，可以大幅度降低催化床压降， 为使用小颗粒催化剂提供了条件。但设计这种径 向流动反应器一定要合理设计流道以使各个横截 面上的气体流量均等，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。
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（２）流化床反应器
④物料返混大，粒子磨损严重。
⑤回收和集尘装置使内构件变得复杂。
⑥操作要求高（流化床的控制比固定床复杂，因为 操作弹性低，操作条件不能有太大的变化，对控 制系统提出了更高的要求）。
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流化床根据流体的不同可分为聚式流化床和散式流 化床。一般而言，对于液固系统由于固体颗粒均 匀的分布在床层各处，床面清晰可见，虽略有波 动，但相当稳定。这种床层称为散式流化床。而 对于气固系统由于固体颗粒不是均匀的分散于床 层中，而是程度不同的一团一团聚集在一起作不 规则的运动（颗粒小时，现象尤为明显）。这种 床层称为聚式流化床。
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催化剂的使用
①运输、贮藏与填装 ②升温与还原 ③开停车与钝化 ④催化剂的使用、失活与再生 ⑤催化剂的卸出
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催化剂工业的发展方向
（1）更新原料路线，采用更廉价的原料（资源有 效利用）
（2）缓和工艺操作条件，达到节能降耗的目的 （节能）
（3）开发新产品，提高产品的收率，改善产品的 质量（开发新产品）
④传热较差。
⑤压力降大，因此压力降受限制。
⑥催化剂的更换必须停产进行。
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多段绝热式固定床
间接换热式 原料气冷激式
冷激式
惰性气体冷激式
(a)间接换热式；(b学)习原交流料PP气T 冷激式；(c)非原料气冷激式
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连续换热式固定床
• 根据换热介质的不同可分为外热式和自热式。
• 外热式：用某种和反应无关的热载体加热或冷却反应 床层的反应器。它一般用于强放热或强吸热反应。其 型式多用列管式，通常将催化剂放在管内，管间通过 载热体，也有的与之相反。载热体可根据反应过程所 要求的温度，反应热效应，操作压力及过程对温度的 敏感度来选择。一般采用强制循环进行换热。
消除方法：加大气速；干燥颗粒；加内部构架； 改善分布板。
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腾涌：聚式流化床中，气泡上升途中增至很大甚 至接近于床径，使床层被分成数段呈活塞状向上 运动，料层达到一定高度后突然崩裂，颗粒雨淋 而下这种现象称为腾涌。
⑤ 它不改变化学平衡。
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2
均相催化剂：和它们催化的反应 物处于同一物态
（2)分类 多相催化剂：和它们催化的反应 物处于不同物态
生物催化剂：植物、动物和微生 物产生的具有催化作用的蛋白质
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3
（1）活性组分：催化剂主要成 份
（2）助催化剂
（3）组成 （3）载体：固体催化剂特有
组分
（4）抑制剂
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4
（1）活性 （2）选择性 （4）性能指标 （3）使用寿命 （4）机械强度 （5）其他物理性状
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（1）沉淀法：制备固体催 化剂最常用方法
（2）浸渍法：负载型催化 剂制备方法
（5）合成方法 （3）共混合法：制备多组 分催化剂最常用方法
（4）离子交换法
（5）熔融法
固定床催化反应器
单段绝热式 绝热式
多段绝热式
连续换热式 外热式 自热式
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优缺点：
①床层内流体流动接近平推流。（用较少催化剂和 较小的反应器容积可获得较大的生产能力）
②严格控制停留时间，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。
③结构简单，操作方便，催化剂磨损小。
自热式反应器的形式很多。一般是在圆筒形的容器内 配置许多与轴向平行的管子（俗称冷管），管内通过 冷原料气，管外放置催化剂，所以又称管壳式固定床 反应器。 它按冷管的形式可分为单管、双套管、三套管和U型管 反应器几种。在按管内外流体的流向还有并流和逆流 之分。
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气固相固定床催化反应器除以上几种主要类型外，