固定床催化反應器

的選擇

固定床催化反應器的選擇一、固定床催化反應器的分類二、氣固相固定床催化反應器的結構三、氣固相催化反應器的選擇作業固定床反應器絕熱式換熱式對外換熱式自熱式單段絕熱式多段絕熱式中間間接換熱式冷激式原料氣冷激式非原料氣冷激式按傳熱要求和傳熱方式分按換熱介質分按段間換熱方式分按冷流體是否為原料氣分一、固定床催化反應器的分類按催化劑床層數分1、絕熱式固定床反應器絕熱式：反應體系內部與外部沒有熱量交換。特點：結構簡單催化劑均勻d床遠大于d催

H床/

d催一般超過100與外界沒有熱量交換床層溫度沿物料的流向而變化。適應的條件：反應熱較小，反應溫度允許波動較寬的場合。類型：單段式和多段式二、氣固相固定床催化反應器的結構（1）單段式：只有一段催化劑床層。一方面適應絕熱溫升較小的反應（如：乙苯脫氫制苯乙烯、CO變換、甲烷化反應等）。1.絕熱式固定床反應器另一方面也適應反應對溫度不敏感或反應速率非常快的反應（如：甲醇氧化制甲醛）。催化劑床層列管式換熱器1.絕熱式固定床反應器中間間接換熱式（2）多段式：有多段催化劑床層，反應和冷卻間隔進行。適應反應熱效應較大，反應速率慢的反應。中間間接換熱式：床層間加換熱器（加熱爐），調節溫度。如：煉油工業的重整反應1.絕熱式固定床反應器（2）多段式：有多段催化劑床層，反應和冷卻間隔進行。適應場合：反應熱效應較大，反應速率慢的反應。中間間接換熱式中間間接換熱式：床層間加換熱器（），調節溫度。如：水煤氣轉換、二氧化硫的氧化反應1.絕熱式固定床反應器中間間接換熱式（2）多段式：有多段催化劑床層，反應和冷卻間隔進行。適應場合：反應熱效應較大，反應速率慢的反應。換熱盤管中間間接換熱式：床層間加換熱器（換熱盤管），調節溫度。如：環己醇脫氫制環己酮及丁二醇脫水制丁二烯。1.絕熱式固定床反應器原料氣冷激式（2）多段式：有多段催化劑床層，反應和冷卻間隔進行。適應反應熱效應較大，反應速率慢的反應。冷激式：用冷流體直接與上一段出口氣體混合來實現降溫。多適應于工業上高壓力操作的反應器。如：大型氨合成塔、一氧化碳和氫合成甲醇。非原料氣冷激式1.絕熱式固定床反應器（3）多段式催化床層溫度的分布：間接換熱式催化劑床層溫度分布和冷激（直接換熱）式催化劑床層溫度分布1.絕熱式固定床反應器

三段中間間接換熱催化反應器及其操作狀況1一催化床；2一換熱器間接換熱式催化劑床層絕熱操作方程絕熱操作線方程式：表達溫度與轉化率的關系。反應熱效應、絕熱溫升、熱熔、密度一定時，反應段斜率相同A-B反應x↑B-C換熱x不變C-D反應x↑D-E換熱x不變E-F反應x↑F-G換熱x不變（3）多段式催化床層溫度的分布：間接換熱式催化劑床層溫度分布和冷激（直接換熱）式催化劑床層溫度分布1.絕熱式固定床反應器冷激式催化劑床層絕熱操作方程（原料氣冷激--SO2氧化）三段原料氣冷激式催化反應器及其操作狀況1一催化床；2一換熱器A-B反應x↑B-C換熱x↓C-D反應x↑D-E換熱x↓E-F反應x↑F-G換熱x不變由于生成物與原料氣的比例發生變化，B-C、D-E換熱階段轉化率下降。（3）多段式催化床層溫度的分布：間接換熱式催化劑床層溫度分布和冷激（直接換熱）式催化劑床層溫度分布1.絕熱式固定床反應器冷激式催化劑床層絕熱操作方程（非原料氣冷激—乙炔加氫）三段非原料氣冷激式催化反應器及其操作狀況1一催化床；2一換熱器A-B反應B-C換熱C-D反應D-E換熱E-F反應F-G換熱非主要成分的加入使主要成分濃度降低，造成A-B、C-D、E-F斜率不同。小結總之，絕熱式固定床的應用是相當廣泛的，特別對大型的、高溫的或高壓的反應器，希望結構簡單，同樣大小的裝置內能容納盡可能多的催化劑以增加生產能力（少加換熱空間），而絕熱床正好能符合這種要求。不過絕熱床的溫度變化總是比較大的，而溫度對反應結果的影響也是舉足輕重的，因此如何取舍，要綜合分析并根據實際情況來決定。1.絕熱式固定床反應器2、換熱式固定床反應器

概述：換熱式固定床反應器以列管式為多，通常管內裝催化劑，管間走載熱體。

適應條件：當熱效應比較大時，為了維持適宜反應溫度，必須用換熱介質移走或供給熱量。

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，床層溫度維持穩定。

分類：按換熱介質分為：外換熱式和自熱式列管式反應器的特點：

傳熱效果好；接近理想置換流，反應速率快、選擇性高；易控制床層溫度；結構比較復雜；設備費用高。（1）外換熱式：以各種載熱體為換熱介質的對外換熱式反應器多為列管式結構，如下圖。2、換熱式固定床反應器載熱體選擇：

低于240℃----加壓熱水250—300℃

-----導熱油300℃

-----熔鹽（KNO353%，NaNO27%、NaNO340%）

600—700℃左右----煙道氣其他----熔融金屬/沸騰金屬（1）外換熱式：以各種載熱體為換熱介質的對外換熱式反應器多為列管式結構。2、換熱式固定床反應器外換熱式----以加壓熱水作為載熱體原理：借助水的汽化移走反應熱傳熱效率高優點：有利于控制床層溫度提高反應速率生產實例：乙烯氧化制環氧乙烷（右圖）乙烯乙酰基氧化制醋酸乙烯

以加壓熱水作載熱體的固定床反應裝置示意圖1-列管上花板；2-反應列管；3-膨脹圈；4-汽水分離器；5-加壓熱水泵外換熱式----以道生油作載熱體原理：反應器外部設置載熱體冷卻器，移出的反應熱。副產中壓蒸汽。以道生油作載熱體的固定床反應裝置示意圖1-列管上花板；2、3-折流板；4-反應列管；5-折流板固定棒；6-人孔；7-列管下花板；8-載熱體冷卻器外換熱式----以熔鹽作載熱體原理：熔鹽移走反應熱在冷卻器中冷卻并產生高壓水蒸氣。生產實例：丙烯氨氧化制丙稀腈（右圖）以熔鹽為載熱體的反應裝置示意圖1-原料氣進口；2-上頭蓋；3-催化劑列管；4-下頭蓋；5-反應氣出口；6-攪拌器；7-籠式冷卻器原理：反應器放在用耐火磚砌成的加熱爐內以高溫煙道氣為載體，將反應所需熱量在反應管外通過管壁傳給催化劑層生產實例：乙苯催化脫氫制備苯乙烯。以煙道氣為載熱體的反應裝置示意圖1-催化劑列管；2-圓缺擋板；3-加熱爐；4-噴嘴；外換熱式----以煙道氣作載熱體固定床催化反應器的熱點溫度及降低措施概念：沿固定床催化劑床層軸向上，存在溫度分布（如下圖），其中最高溫度稱為熱點溫度。軸向的溫度分布主要決定于沿軸向各點的放熱速率和管外載熱體的移熱速率。熱點溫度存在的危害熱點溫度的控制方法☆在原料氣中帶入微量的抑制劑，使催化劑部分中毒（乙烯環氧化中加入少量1,2-二氯乙烷）；☆在入口放置一定高度為惰性載體稀釋的催化劑或已部分老化的催化劑，以降低入口處附近的反應速率，從而降低反應速率，使與移熱速率盡可能平衡；☆采用分段冷卻法，改變移熱速率，使與放熱速率盡可能平衡。3、固定床催化反應器的選擇反應的特點反應熱效應生產工藝要求反應器自身特點催化劑性能課后作業及思考