任務(wù)7認(rèn)識(shí)固定床反應(yīng)器

工作任務(wù)

根據(jù)化工產(chǎn)品的反應(yīng)特點(diǎn)和生產(chǎn)條件初步選擇氣固相反應(yīng)器的類型。技術(shù)理論

化學(xué)工業(yè)中最常用的氣固相反應(yīng)器主要是固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器。任務(wù)7認(rèn)識(shí)固定床反應(yīng)器11.1.1固定床反應(yīng)器的特點(diǎn)流體（主要以氣體為主）通過由不動(dòng)的固體催化劑構(gòu)成的床層進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備稱為固定床反應(yīng)器。氣固相固定床反應(yīng)器的特點(diǎn)：①在化學(xué)反應(yīng)速率較快、在完成同樣生產(chǎn)能力時(shí)所需要的催化劑用量和反應(yīng)器體積較小。②氣體停留時(shí)間可以嚴(yán)格控制，溫度分布可以調(diào)節(jié)，因此有利于提高化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性。

11.1固定床反應(yīng)器的特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)③催化劑不易磨損。④適宜于在高溫高壓條件下操作。缺陷：①床層中傳熱性能較差，溫度控制較困難；②避免使用細(xì)粒催化劑③催化劑的再生、更換均不方便。11.1.2固定床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)

隨著石油化工生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，尤其是精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)過程對(duì)反應(yīng)設(shè)備、操作條件、工藝參數(shù)的控制等要求越來越高，為此研究開發(fā)了很多結(jié)構(gòu)型式的固定床反應(yīng)，以適應(yīng)不同的傳熱要求和傳熱方式，其中最常見的有：絕熱式固定床反應(yīng)器列管式固定床反應(yīng)器自熱式固定床反應(yīng)器徑向固定床反應(yīng)器

絕熱式固定床反應(yīng)器

在反應(yīng)過程中不與外界進(jìn)行熱量交換的反應(yīng)器稱為絕熱式固定床反應(yīng)器。

該反應(yīng)器絕熱措施良好，無(wú)熱量損失且與外界無(wú)熱量交換。對(duì)于可逆放熱反應(yīng)，依靠本身放出的反應(yīng)熱而使反應(yīng)氣體溫度逐步升高；催化床入口氣體溫度高于催化劑的起始活性溫度，而出口氣體溫度低于催化劑的耐熱溫度。

絕熱反應(yīng)器又可分為單段絕熱式和多段絕熱式。

（一）單段絕熱式固定床反應(yīng)器

優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，反應(yīng)器體積利用率較高。適用于反應(yīng)熱效應(yīng)較小、反應(yīng)溫度允許波動(dòng)范圍較寬、單程轉(zhuǎn)化率較低的反應(yīng)過程。

缺點(diǎn)：換熱僅僅依靠床壁，換熱面積很小。

多段絕熱式固定床反應(yīng)器是在段間進(jìn)行反應(yīng)物料的換熱，以調(diào)節(jié)整個(gè)生產(chǎn)過程的反應(yīng)溫度。該反應(yīng)器又可分為中間換熱式和冷激式。（二）多段絕熱式固定床反應(yīng)器中間換熱式

冷、熱流體是通過段間的換熱器管壁進(jìn)行熱量的交換。冷激式

冷激氣體直接與反應(yīng)器內(nèi)的氣體混合，達(dá)到降低反應(yīng)溫度的目的。

列管式固定床反應(yīng)器

列管式固定床反應(yīng)器，通常是在管內(nèi)填充催化劑，管間通熱載體，氣體原料自上而下通過催化劑床層進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)熱通過管壁與管外的熱載體進(jìn)行熱交換。

特點(diǎn)：其傳熱效果好，易控制催化劑床層溫度，又因管徑較細(xì)，流體在催化床內(nèi)的流動(dòng)可視為理想置換流動(dòng)，故反應(yīng)速率快，選擇性高；但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備費(fèi)用高。

列管式固定床反應(yīng)器熱載體特點(diǎn)：反應(yīng)條件下應(yīng)具有較好的熱穩(wěn)定性和較大的熱容，不生成沉積物，對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕，能長(zhǎng)期使用，價(jià)廉易得。同時(shí)要求熱載體溫度與反應(yīng)溫度相差不宜太大，以免造成近壁處的催化劑過冷或過熱。

常用的熱載體主要有：水、加壓水（373~573K）、導(dǎo)生液（聯(lián)苯二苯醚混合物，473~623K）、熔鹽（如硝酸鈉、硝酸鉀和亞硝酸鈉混合物，573~773K）、煙道氣（873~973K）等。

根據(jù)載熱體和熱載體不同循環(huán)方式分類，列管式固定床反應(yīng)器有多種不同的結(jié)構(gòu)形式。沸騰式結(jié)構(gòu)（對(duì)外換熱式）

對(duì)于強(qiáng)放熱的反應(yīng)，軸向和徑向都有溫差。一般沿軸向溫度分布都有一最高溫度稱為熱點(diǎn)。

工業(yè)上降低熱點(diǎn)溫度，減少軸向溫差的主要措施有：①在原料氣中帶入微量抑制劑，使催化劑部分毒化；②在原料氣入口附近的反應(yīng)管上層放置一定高度為惰性載體稀釋的催化劑，或放置一定高度已部分老化的催化劑；③采用分段冷卻法，改變移熱速率。

自熱式固定床反應(yīng)器

該種反應(yīng)器中，換熱介質(zhì)為原料氣，并通過管壁與反應(yīng)物料進(jìn)行換熱以維持反應(yīng)溫度。

通常只適用于熱效應(yīng)不大的放熱反應(yīng)及高壓反應(yīng)過程。

徑向固定床催化反應(yīng)器

徑向反應(yīng)器適用于反應(yīng)速率與催化劑表面積成正比的反應(yīng)，細(xì)粒催化劑的使用可以提高