一文分清固定床、移動床、流化床反應(yīng)器

1、固定床、移動床、流化床反應(yīng)器這三種反應(yīng)器都是有固體顆粒床層的反應(yīng)器，你分的清嗎？首先，“床”指的是什么？大量固體顆粒堆積在一起，便形成了具有一定高度的顆粒床層，這就是 名稱里的床。這些固體顆?？梢允欠磻?yīng)物，也可以是催化劑。如何區(qū)分固定床、移動床、流化床反應(yīng)器如果這個顆粒床層是固定不動的，就叫固定床。如果這個顆粒床層是整體移動的，固體顆粒自頂部連續(xù)加入，又從底部 卸出，顆粒相互之間沒有相對運動，而是以一個整體的狀態(tài)移動，叫做移動 床。當(dāng)流體（氣體或液體）通過顆粒床層時，進行反應(yīng)。如果將流體通過床 層的速度提高到一定數(shù)值，固體顆粒已經(jīng)不能維持不變的狀態(tài)，全部懸浮于 流體之中，固體顆粒之間進行的是無

2、規(guī)則運動，整個固體顆粒的床層，可以 像流體一樣流動，這即是流動床。下面為大家詳細的介紹這三種反應(yīng)器。固定床反應(yīng)器又稱填充床反應(yīng)器，內(nèi)部裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)物，以實現(xiàn)多相 反應(yīng)。固體物通常呈顆粒狀，堆積成一定高度（或厚度）的床層，床層靜止 不動，流體通過床層進行反應(yīng)。固定床反應(yīng)器主要用于實現(xiàn)氣固相催化反應(yīng)，如氨合成塔、二氧化硫接 觸氧化器、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐等。用于氣固相或液固相非催化反應(yīng)時，床層則 填裝固體反應(yīng)物。涓流床反應(yīng)器也可歸屬于固定床反應(yīng)器，氣、液相并流向 下通過床層，呈氣液固相接觸。優(yōu)點催化劑機械磨損小。床層內(nèi)流體的流動接近于平推流，與返混式的反應(yīng)器相比，可用較少 量的催化劑和較小

3、的反應(yīng)器容積來獲得較大的生產(chǎn)能力。由于停留時間可以嚴(yán)格控制，溫度分布可以適當(dāng)調(diào)節(jié)，因此特別有利 于達到高的選擇性和轉(zhuǎn)化率?？稍诟邷馗邏合虏僮鳌Ｈ秉c固定床中的傳熱較差。催化劑的再生、更換均不方便，催化劑的更換必須停產(chǎn)進行。不能使用細粒催化劑，但固定床反應(yīng)器中的催化劑不限于顆粒狀，網(wǎng) 狀催化劑早已應(yīng)用于工業(yè)上。目前，蜂窩狀、纖維狀催化劑也已被廣泛使用。固定床反應(yīng)器的分類按傳熱方式分類絕熱式反應(yīng)器絕熱式固定床催化反應(yīng)器在反應(yīng)過程中，床層不與外界進行熱量交換。其最外層為隔熱材料層（耐火磚、礦渣棉、玻璃纖維等），常稱作保溫 層，作用是防止熱量的傳出或傳入，減少能量損失，維持一定的操作條件并 起到安全防護

4、的作用。絕熱式反應(yīng)器可分為單段絕熱式反應(yīng)器和多段絕熱式反應(yīng)器。單段絕熱式反應(yīng)器一般為高徑比不大的圓筒體，結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力大，但反應(yīng)過程中溫 度變化較大。適合的反應(yīng)：反應(yīng)熱效應(yīng)較小的反應(yīng)。溫度對目的產(chǎn)物收率影響不大的反應(yīng)。雖然反應(yīng)熱效應(yīng)大，但單程轉(zhuǎn)化率較低的反應(yīng)或者有大量惰性物料存 在，使反應(yīng)過程中溫升小的反應(yīng)。多段絕熱式反應(yīng)器催化劑床層的溫度波動較小，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，催化劑裝卸困難。多段絕熱反應(yīng)器按段間換熱方式的不同可分為三類：間接換熱式原料氣冷激式非原料氣冷激式換熱式反應(yīng)器當(dāng)反應(yīng)熱效應(yīng)較大時，為了維持適宜的溫度條件，必須利用換熱介質(zhì)來 移走或供給熱量。換熱式固定床反應(yīng)器的特點：在催化劑床層

5、進行化學(xué)反應(yīng)的同時，床層 還通過器壁與外界進行熱交換，可分為對外換熱式和自身換熱式。對外換熱式以各種載熱體為換熱介質(zhì)，稱為對外換熱式。通常在管內(nèi)充填催化劑，反應(yīng)氣體自上而下通過催化劑床層進行反應(yīng)， 管間通載熱體（在用高壓水或用高壓蒸汽作熱載體時，則把催化劑放在管間， 而使管內(nèi)走高壓流體）。自身換熱式反應(yīng)器以原料氣為換熱介質(zhì)，利用反應(yīng)后的高溫氣體預(yù)熱原料，使其達到反應(yīng) 溫度，本身得到冷卻，即反應(yīng)前后的物料在床層中自己進行換熱稱作自熱式 反應(yīng)器。按反應(yīng)氣流動方向分類分為軸向反應(yīng)器與徑向反應(yīng)器。下圖第一個為軸向絕熱式固定床反應(yīng)器，后兩個為徑向絕熱式固定床反 應(yīng)器。軸向反應(yīng)器結(jié)構(gòu)比較簡單，催化劑均勻的

6、堆置于床內(nèi)物料自上而下流過 床層進行反應(yīng)。徑向反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)比軸向的復(fù)雜，催化劑裝載于兩個同心圓構(gòu)成的環(huán)隙 中，流體沿徑向流過床層，可采用離心流動或向心流動。這種類型的反應(yīng)器 流體流過的距離較短，流道截面積較大，床層阻力降較小。移動床反應(yīng)器是用以實現(xiàn)氣固相反應(yīng)過程或液固相反應(yīng)過程的反應(yīng)器。在反應(yīng)器頂部 連續(xù)加入顆粒狀或塊狀固體反應(yīng)物或催化劑，隨著反應(yīng)的進行，固體物料逐 漸下移，最后自底部連續(xù)卸出。流體則自下而上（或自上而下）通過固體床 層，以進行反應(yīng)。優(yōu)點固體和流體的停留時間可以在較大范圍內(nèi)改變。返混較?。ㄅc固定床反應(yīng)器相近）。對固體物料性狀以中等速度變化的反應(yīng)過程也能適用。缺點控制固體顆粒的均

7、勻下移比較困難。流化床反應(yīng)器當(dāng)流體通過床層的速度逐漸提高到某值時，顆粒出現(xiàn)松動，顆粒間空隙 增大，床層體積出現(xiàn)膨脹。如果再進一步提高流體速度，床層將不能維持固 定狀態(tài)。此時，顆粒全部懸浮與流體中，顯示出相當(dāng)不規(guī)則的運動。隨著流 速的提高，顆粒的運動愈加劇烈，床層的膨脹也隨之增大，但是顆粒仍逗留 在床層內(nèi)而不被流體帶出。床層的這種狀態(tài)和液體相似稱為流化床。流化床反應(yīng)器是利用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸 浮運動狀態(tài)，并進行氣固相反應(yīng)過程或液固相反應(yīng)過程的反應(yīng)器。沸騰床是流化床的一種，固體在流化床反應(yīng)器內(nèi)流動，流體和固體顆粒 所構(gòu)成的床層猶如沸騰的液體。沸騰床反應(yīng)器下部設(shè)有分布板，板

8、上放固體 顆粒，流體自分布板下送入，當(dāng)流體速度達到一定數(shù)值后，固體顆粒開始松 動，再增大流速就進入流化狀態(tài)。反應(yīng)器內(nèi)一般設(shè)有擋板，換熱器，及流體 與固體分離裝置等內(nèi)部部件。沸騰床接觸面大，傳熱傳質(zhì)效率高，時空產(chǎn)率 高，但返混嚴(yán)重。沸騰床因為固體處于運動狀態(tài)，反應(yīng)或傳熱效果好，但動力 消耗大，而且在煤調(diào)濕中粉塵攜帶量大。優(yōu)點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(yīng)的進行，提高了催化劑的 利用率。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/ (mK )，全床熱容量 大，熱穩(wěn)定性高，這些都有利于強放熱反應(yīng)的等溫操作。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(yīng)一再生、吸熱一放 熱、正反應(yīng)-逆反應(yīng)等反應(yīng)耦合過程和反應(yīng)-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。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 溫度均勻、操作穩(wěn)定的突出優(yōu)點，對于熱效應(yīng)很大的大規(guī)模生產(chǎn)過程特別有 利。缺點氣體流動狀態(tài)與活塞流偏離較大，