固定床反应器课件-2.ppt

1、1第四章第四章固定床反应器固定床反应器(1)(1)n 气固相催化反应器可分三大类：固定床反应器固定床反应器；流化床反应器；移动床反应器。n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固定床反应器。固定床反应器类型固定床反应器类型 固定床固定床非非催化催化反应器反应器 固定床固定床催催 化化反应器反应器 作反应物反应物 作催化剂催化剂固体颗粒固体颗粒固定床外形固定床外形圆圆柱状，柱状，高高径比径比介于釜介于釜式反应器与式反应器与塔式反应器塔式反应器之间。内有之间。内有流体分布装流体分布装置置和和固体支固体支撑装置。撑装置。4固定床主要

2、组成部分固定床主要组成部分（P44图4-2）圆筒状的圆筒状的外壳外壳、气体分布气体分布装置、装置、催化剂催化剂支支撑装置等。撑装置等。气体分布器气体分布器作用：作用：气体分布均匀，强化传质、传热。6主要固定床催化反应过程如下主要固定床催化反应过程如下表基本化学工业石油化学工业 烃类水蒸气转化 一氧化碳变换一氧化碳变换 一氧化碳甲烷化一氧化碳甲烷化 氨合成氨合成 二氧化硫氧化二氧化硫氧化 甲醇合成甲醇合成 催化重整 异构化 二氯化烷 醋酸乙烯酯醋酸乙烯酯 丁二烯 顺酐 苯酐 环已烷 苯乙烯苯乙烯 加氢脱烷基加氢脱烷基4.2 固定床反应器分类固定床反应器形式多种多样，按反应过程是否换热分类，可有以

3、下几类：绝热式固定床催化反应器；换热式固定床催化反应器。1.1.绝热式固定床催化反应器绝热式固定床催化反应器 u反应器外壳包裹绝热保温层，使催化剂床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；中空圆筒的底部层与外界没有热量交换；中空圆筒的底部放置搁板，上面堆放固体催化剂；气体从放置搁板，上面堆放固体催化剂；气体从上而下通过催化剂床层。上而下通过催化剂床层。u结构简单，床层横截面温度均匀。单位体结构简单，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。用于热效应不大的反应。8 绝热式固定床反应器类型 绝热式固定

4、床反应器按床层分类，可分为：单单段绝热式固定床反应器；段绝热式固定床反应器；多多段绝热式固定床反应器。段绝热式固定床反应器。10原料气产物催化剂催化剂单段单段绝热式固定床反应器绝热式固定床反应器 特点：特点：该反应器结构简单，体积利该反应器结构简单，体积利用率用率高高，但催化剂层上下温差，但催化剂层上下温差大大，适用于反应热效应，适用于反应热效应小小、催、催化剂允许温度波动范围化剂允许温度波动范围宽宽等场等场合。合。11单段单段绝热式固定床反应器绝热式固定床反应器 多段绝热式固定床反应器u 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

5、的范围内 13特点：特点：该反应器每段催化剂层上下温差小，但体积利用率低，适用于反应热效应大和催化剂允许温度波动范围窄等场合。多段多段绝热式固定床反应器绝热式固定床反应器 段间的换热方式有间接间接换热式和直接直接换热式两种(p44最后一段)间接间接换热式：反应混合物的温度（T）发生改变，组成不变；直接直接换热式：反应混合物的温度（T）和组成均发生改变。14多段多段绝热式固定床反应器绝热式固定床反应器(1)(1)轴向轴向绝热式固定床反应器绝热式固定床反应器如图如图(a)(a)，这种反应器结构最简单，这种反应器结构最简单，实际上是一个容器，催化剂均匀堆置实际上是一个容器，催化剂均匀堆置于床内，预热

6、到一定温度的反应物料于床内，预热到一定温度的反应物料自上而下流过床层进行反应，床层同自上而下流过床层进行反应，床层同外界无热交换外界无热交换。15(2)径向绝热式固定床反应器如图(b)，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轴向反应器与径向反应器(a)(b)2 2、换热式固定床催化反应器、换热式固定床催化反应器a.对外换热式固定床催化反应器：适用于放热反应+吸热反应，多为列管式结构19列管式固定床反应器 体 列管式固定床反应器

7、u 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。u 如图所示，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，传热介质流经管间进行加热或冷却。反应管反应管 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。23u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

8、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。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：1.1.沸腾水：沸腾水：温度范围100300。使用时需注意水质处理，脱除水中溶解的氧。2.2.联苯醚、烷基萘为主的石油馏分：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 350273.3.熔盐：熔盐：温度范围300400，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。4.4.烟道气：烟道气：适用于600700的高温反应。28 b.自热式固定床催化反应器只适用于放热反应放热反应。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。29本课小结本课小结 固定床反应器的含义；固定床反应器的构成部分；固定床反应器的分类：按床层 30单单段多多段按是否 换热绝绝热式换换热式