固定床,流化床,漿態(tài)床的優(yōu)缺點[稻谷書屋]

1、固定床反應器 來文來自博研論壇 定義：氣體流經(jīng)固定不動的催化劑床層進行催化反應的裝置。 來文來自博研論壇 特點：結(jié)構(gòu)簡單、操作穩(wěn)定、便于控制、易實現(xiàn)大型化和連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點，是現(xiàn)代化工和反應中應用很廣泛的反應器。 來文來自博研論壇 應用：主要用于氣固相催化反應。 來文來自博研論壇 基本形式：軸向絕熱式、徑向絕熱式、列管式。 來文來自博研論壇 固定床反應器缺點： 來文來自博研論壇 http

2、:/床層溫度分布不均勻； 來文來自博研論壇 床層導熱性較差； 來文來自博研論壇 對放熱量大的反應，應增大換熱面積，及時移走反應熱，但這會減少有效空間。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 流化床反應器（沸騰床反應器） 來文來自博研論壇 定義：流體（氣體或液體）以較高流速通過床層，帶動床內(nèi)固體顆粒運動，使之懸浮在流動的主體流中進行反應，具有類似流體流動的一些特

3、性的裝置。 來文來自博研論壇 應用：應用廣泛，催化或非催化的氣固、液固和氣液固反應。 來文來自博研論壇 原理：固體顆粒被流體吹起呈懸浮狀態(tài)，可作上下左右劇烈運動和翻動，好象是液體沸騰一樣，故流化床反應器又稱沸騰床反應器。 來文來自博研論壇 結(jié)構(gòu)：殼體、氣體分布裝置、換熱裝置、氣固分離裝置、內(nèi)構(gòu)件以及催化劑加入和卸出裝置等組成。 來文來自博研論壇 優(yōu)點：傳熱面積大、傳熱系數(shù)高、傳熱效果好。進料、出料、廢渣排放用氣流輸送，易于實現(xiàn)自

4、動化生產(chǎn)。 來文來自博研論壇 缺點：物料返混大，粒子磨損嚴重；要有回收和集塵裝置；內(nèi)構(gòu)件復雜；操作要求高等。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 固定床： 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 一、固定床反應器的優(yōu)缺點 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 http:/bbs.myboyan

5、.com凡是流體通過不動的固體物料形成的床層面進行反應的設備都稱為固定床反應器，而其中尤以利用氣態(tài)的反應物料，通過由固體催化劑所構(gòu)成的床層進行反應的氣固相催化反應器在化工生產(chǎn)中應用最為廣泛。氣固相固定床反應器的優(yōu)點較多，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 來文來自博研論壇 1、在生產(chǎn)操作中，除床層極薄和氣體流速很低的特殊情況外，床層內(nèi)氣體的流動皆可看成是理想置換流動，因此在化學反應速度較快，在完成同樣生產(chǎn)能力時，所需要的催化劑用量和反應器體積較小。 來文來自博研論壇 2、氣體停留時間可以嚴格控制，溫度分布可以調(diào)節(jié)，因而有

6、利于提高化學反應的轉(zhuǎn)化率和選擇性。 來文來自博研論壇 3、催化劑不易磨損，可以較長時間連續(xù)使用。 來文來自博研論壇 4、適宜于高溫高壓條件下操作。 來文來自博研論壇 由于固體催化劑在床層中靜止不動，相應地產(chǎn)生一些缺點： 來文來自博研論壇 1、催化劑載體往往導熱性不良，氣體流速受壓降限制又不能太大，則造成床層中傳熱性能較差，也給溫度控制帶來困難。對于放熱反應，在換熱式反應器的入口處，因為反應物濃度較高，反應速度較快，放出的熱量往往

7、來不及移走，而使物料溫度升高，這又促使反應以更快的速度進行，放出更多的熱量，物料溫度繼續(xù)升高，直到反應物濃度降低，反應速度減慢，傳熱速度超過了反應速度時，溫度才逐漸下降。所以在放熱反應時，通常在換熱式反應器的軸向存在一個最高的溫度點，稱為“熱點”。如設計或操作不當，則在強放熱反應時，床內(nèi)熱點溫度會超過工藝允許的最高溫度，甚至失去控制而出現(xiàn)“飛溫”。此時，對反應的選擇性、催化劑的活性和壽命、設備的強度等均極不利。 來文來自博研論壇 2、不能使用細粒催化劑，否則流體阻力增大，破壞了正常操作，所以催化劑的活性內(nèi)表面得不到充分利用。 來文來自博研論壇 http

8、:/3、催化劑的再生、更換均不方便。 來文來自博研論壇 固定床反應器雖有缺點，但可在結(jié)構(gòu)和操作方面做出改進，且其優(yōu)點是主要的。因此，仍不失為氣固相催化反應器中的主要形式，在化學工業(yè)中得到了廣泛的應用。例如石油煉制工業(yè)中的裂化、重整、異構(gòu)化、加氫精制等；無機化學工業(yè)中的合成氨、硫酸、天然氣轉(zhuǎn)化等；有機化學工業(yè)中的乙烯氧化制環(huán)氧乙烷、乙烯水合制乙醇、乙苯脫氧制苯乙烯、苯加氫制環(huán)己烷等。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 二、固定床反應器的分類

9、 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 隨著化工生產(chǎn)的發(fā)展，已出現(xiàn)多種固定床反應器的結(jié)構(gòu)形式，以適應不同的傳熱要求和傳熱方式，主要分為絕熱式和換熱式兩大類。 來文來自博研論壇 絕熱式固定床反應器結(jié)構(gòu)簡單，催化劑均勻堆置于床內(nèi)，一般有下列特點：床層直徑遠大于催化劑顆粒直徑；床層高度與催化劑顆粒直徑之比一般超過100；與外界沒有熱量交換，床層溫度沿物料的流向而變化。 來文來自博研論壇 換熱式固定床反應器以列管式為多，通常管內(nèi)裝催化劑，

10、管間走載熱體，一般有下列特點：催化劑的粒徑小于管徑的8倍；利用載熱體來移走或供給熱量，床層溫度維持穩(wěn)定。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 流化床： 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 流化床反應器是工業(yè)上應用較廣泛的一類反應器，適用于催化或非催化的氣固、液固和氣液固反應系統(tǒng)。 來文來自博研論壇 流化床反應器的結(jié)構(gòu)型式很多，傳

11、統(tǒng)流化床反應器一般都由殼體、氣體分布裝置、內(nèi)部構(gòu)件、換熱裝置、氣因分離裝置、催化劑的加入和卸出裝置等組成。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 流化床反應器是利用固體流態(tài)化技術(shù)進行氣固相反應的裝置。將大量固體顆粒懸浮于運動的流體從而使顆粒具有類似于流體的某些宏觀表現(xiàn)特性，這種流固接觸狀態(tài)稱為固體流態(tài)化?；瘜W工業(yè)廣泛使用固體流態(tài)化技術(shù)進行固體的物理加工、顆粒輸送、催化和非催化化學加工。目前流態(tài)化技術(shù)作為一門基礎(chǔ)技術(shù)已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟的許多部門，在化工、煉油、冶金、能源、原子能、材料、輕工、生化、機械、環(huán)保等各項領(lǐng)

12、域中都可以見到。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 流化床反應器的優(yōu)點 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 流化床內(nèi)的固體粒子像流體一樣運動，由于流態(tài)化的特殊運動形式，使這種反應器具有如下優(yōu)點： 來文來自博研論壇 1、由于可采用細粉顆粒，并在懸浮狀態(tài)下與流體接觸，流固相界面積大（可高達328016400m2/m3），有利于非均相反應的進行，提高了催化劑的利用率。 來文來自博研論壇 ht

13、tp:/2、由于顆粒在床內(nèi)混合激烈，使顆粒在全床內(nèi)的溫度和濃度均勻一致，床層與內(nèi)浸換熱表面間的傳熱系數(shù)很高200400W/（m2?K），全床熱容量大，熱穩(wěn)定性高，這些都有利于強放熱反應的等溫操作。這是許多工藝過程的反應裝置選擇流化床的重要原因之一。 來文來自博研論壇 3、流化床內(nèi)的顆粒群有類似流體的性質(zhì)，可以大量地從裝置中移出、引入，并可以在兩個流化床之間大量循環(huán)。這使得一些反應再生、吸熱放熱、正反應逆反應等反應耦合過程和反應分離耦合過程得以實現(xiàn)。使得易失活催化劑能在工程中使用。 來文來自博研論壇 http:/bbs.my

14、4、流體與顆粒之間傳熱、傳質(zhì)速率也較其它接觸方式為高。 來文來自博研論壇 5、由于流固體系中孔隙率的變化可以引起顆粒曳力系數(shù)的大幅度變化，以致在很寬的范圍內(nèi)均能形成較濃密的床層。所以流態(tài)化技術(shù)的操作彈性范圍寬，單位設備生產(chǎn)能力大，設備結(jié)構(gòu)簡單、造價低，符合現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 流化床反應器的缺點 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 1

15、、氣體流動狀態(tài)與活塞流偏離較大，氣流與床層顆粒發(fā)生返混，以致在床層軸向沒有溫度差及濃度差。加之氣體可能成大氣泡狀態(tài)通過床層，使氣固接觸不良，使反應的轉(zhuǎn)化率降低。因此流化床一般達不到固定床的轉(zhuǎn)化率。 來文來自博研論壇 2、催化劑顆粒間相互劇烈碰撞，造成催化劑的損失和除塵的困難。 來文來自博研論壇 3、由于固體顆粒的磨蝕作用，管子和容器的磨損嚴重。 來文來自博研論壇 雖然流化床反應器存在著上述缺點，但優(yōu)點是主要的。流態(tài)化操作總的經(jīng)濟效果是有利的，特別是傳熱和傳質(zhì)速率快、床層

16、溫度均勻、操作穩(wěn)定的突出優(yōu)點，對于熱效應很大的大規(guī)模生產(chǎn)過程特別有利。 來文來自博研論壇 綜上所述，流化床反應器比較適用于下述過程：熱效應很大的放熱或吸熱過程；要求有均一的催化劑溫度和需要精確控制溫度的反應；催化劑壽命比較短，操作較短時間就需更換（或活化）的反應；有爆炸危險的反應，某些能夠比較安全地在高濃度下操作的氧化反應，可以提高生產(chǎn)能力，減少分離和精制的負擔。 來文來自博研論壇 流化床反應器一般不適用如下情況：要求高轉(zhuǎn)化率的反應；要求催化劑層有溫度分布的反應。 來文來自博研論壇 http:/bbs.mybo

17、來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 槳態(tài)床： 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 氣體以鼓泡形式通過懸浮有固體細粒的液體(漿液)層，以實現(xiàn)氣液固相反應過程的反應器。漿態(tài)反應器中液相可以是反應物，也可以是懸浮固體催化劑的載液。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 漿態(tài)反應器有兩種基本形式：其一是攪拌釜式，利用機械攪拌使?jié){液混合，適用于

18、固體含量高、氣體流量小或氣液兩相均為間歇進料的場合；其二是三相流化床式，借助氣體上升時的作用使固體懸浮，并使?jié){液混合，避免了機械攪拌的軸封問題，尤適于高壓反應。 來文來自博研論壇 漿態(tài)反應器中有兩個流體相，所以操作方式比較多樣，例如氣液兩相均為連續(xù)進出料，氣液兩相均為間歇進出料，以及液相為間歇進出料而氣相為連續(xù)進出料等，可以適應反應系統(tǒng)的不同要求。 來文來自博研論壇 與氣液固相反應過程常用的另一種反應器涓流床反應器相比,漿態(tài)反應器的優(yōu)點是：在強放熱條件下,易保持溫度均勻；采用細顆粒，使催化劑顆粒內(nèi)表面利用較充分

19、；當液相連續(xù)進出料時，催化劑排出再生比較方便。其缺點是：連續(xù)操作時返混嚴重，當有串聯(lián)副反應存在時會使選擇性降低；液固比通常較高，在有液相副反應時可使選擇性降低；存在催化劑細粉的分離問題。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 移動床： 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 一、移動床反應器的概念 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 固定床催化劑一般無

20、法進行連續(xù)再生，而流化床催化劑可以很好地進行連續(xù)再生，但只適用于催化劑顆粒較小的工藝。催化劑顆粒大，難以形成流態(tài)化，為了使再生連續(xù)進行，可以使用移動床。在移動床中，當催化劑由于積炭而迅速失活時，可通過特制的閉鎖裝置，利用催化劑本身的重力，緩緩地將催化劑移出反應器。這些待再生的催化劑，通過機械傳送或氣體輸送，進入再生器自上而下地再生，再生過的催化劑則用同樣的辦法，輸送回反應器，這樣實現(xiàn)了反應與再生的連續(xù)操作。這種系統(tǒng)，催化劑床層相當于在系統(tǒng)移動，稱為移動床。這類反應器最先應用于石油煉制的催化裂化工藝，后來又推廣到連續(xù)催化重整工藝。 來文來自博研論壇 來文

21、來自博研論壇 二、移動床反應器的特點 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 移動床反應器具有以下特點： 來文來自博研論壇 1、連續(xù)運轉(zhuǎn) 來文來自博研論壇 催化劑隨著反應時間的增加，表面積炭相應增加，活性下降。為了確保一定的反應速率，必須將積炭的催化劑移出反應器，不斷地補充新鮮的或再生過的催化劑，以保持催化劑的平均活性，這種不間斷的過程，確保了反應系統(tǒng)操作的連續(xù)性。 來文來自博研論壇 htt

22、p:/2、可以在較苛刻的反應條件下穩(wěn)定運轉(zhuǎn) 來文來自博研論壇 固定床的缺點之一是反應初期與末期的催化劑活性變化大，因而反應深度不同，導致產(chǎn)品的分布及產(chǎn)品的質(zhì)量都有差異，甚至影響到處理量的變化。移動床反應器，由于催化劑活性可以調(diào)節(jié)，在一定范圍內(nèi)保持恒定，整個反應器也可以在較苛刻的條件下進行，有利于充分利用催化劑的潛力，提高重整油的品質(zhì)。 來文來自博研論壇 3、較低的反應壓力 來文來自博研論壇 從理論上講，對于一定的空速及原料特性，反應壓力越低

23、，重整油收率和氫純度就越高。同時壓力低對降低對設備的要求、減少投資是非常有利的，重整的發(fā)展歷史也表明了這點。固定床反應器的重整反應壓力為3.43MPa，第一代連續(xù)重整反應壓力為0.690.98 MPa，第二代連續(xù)重整壓力只有0.290.49 MPa。 來文來自博研論壇 4、操作比較復雜 來文來自博研論壇 移動床反應器工藝不太適宜強烈放熱的反應。反應器、再生器中的催化劑始終都在流動狀態(tài)，從上而下依靠重力流動，提升可用氫氣或惰性氣體。為了保證整個系統(tǒng)的平穩(wěn)循環(huán)，對控制系統(tǒng)的要求較高，操作相應比固定床反應器要復雜。

24、來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 漿態(tài)床 來文來自博研論壇 漿態(tài)床反應器一般又叫三相床反應器。實驗室這類反應器一般采用攪拌釜，工業(yè)上一般采用鼓泡淤漿床反應器，主要用于費托合成，甲醇合成，二甲醚等。這類反應器一般催化劑為固相，反應物為氣體，內(nèi)有液相介質(zhì)。反應器內(nèi)最重要的內(nèi)件是： 來文來自博研論壇 反應器下方的氣體分布器，要求均勻分配原料氣，氣泡小而均勻，強化氣液傳質(zhì)，但

25、又不能有大的壓降； 來文來自博研論壇 反應器內(nèi)部的氣固分離裝置，用于分離細小催化劑和液體產(chǎn)物。 來文來自博研論壇 放熱反應的話，反應器內(nèi)熱量靠沸騰水產(chǎn)生蒸汽移熱。 來文來自博研論壇 優(yōu)點： 來文來自博研論壇 反應器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，容易大型化； 來文來自博研論壇 易于在線更換催化劑； 來文來自博研論壇 液相介質(zhì)熱容大，易于反應器內(nèi)部熱量分布均勻，

26、催化劑床層不易飛溫，提高產(chǎn)物選擇性； 來文來自博研論壇 使用細顆粒催化劑，無內(nèi)擴散影響，有利于提高產(chǎn)物選擇性； 來文來自博研論壇 反應器相比固定床反應器小得多，尾氣循環(huán)壓縮機能耗大大減小。 來文來自博研論壇 缺點： 來文來自博研論壇 催化劑顆粒小，且容易磨損，會給操作帶來麻煩，所以液固分離裝置要求高； 來文來自博研論壇 氣相具有一定程度返混，影響宏觀動力學速率； 來文來自博研論壇 htt

27、p:/來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 按操作方式分類 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 間歇操作反應器 來文來自博研論壇 在反應之前將原料一次性加入反應器中，直到反應達到規(guī)定的轉(zhuǎn)化率，即得反應物，通常帶有攪拌器的釜式反應器 來文來自博研論壇 優(yōu)點：操作

28、彈性大，主要用于小批量生產(chǎn) 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 連續(xù)操作反應器 來文來自博研論壇 反應物連續(xù)加入反應器產(chǎn)物連續(xù)引出反應器，屬于穩(wěn)態(tài)過程，可以采用釜式、管式和塔式反應器 來文來自博研論壇 優(yōu)點：適宜于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)能力較強，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定易于實現(xiàn)自動化操作。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 半連續(xù)操作反應器 來文來自博研論壇 預先將部分反應物在反應前一次加入反應器，其余的反應物在反應過程中連續(xù)或斷連續(xù)加入，或者在反應過程中將某種產(chǎn)物連續(xù)地從反應器中取出，屬于非穩(wěn)態(tài)過程 來文來自博研論壇 優(yōu)點：反應不太快，溫度易于控制，有利于提高可逆反應的轉(zhuǎn)化率 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 按流體