氣—固催化反應(yīng)器

2025/12/231氣—固催化反應(yīng)器固定床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器2025/12/2326.1固定床反應(yīng)器一、固定床反應(yīng)器簡介2025/12/2331.定義：凡是流體通過不動的固體物料所形成的床層而進行反應(yīng)的裝置。2025/12/234③有利于達到高的選擇性和轉(zhuǎn)化率。2.特點：①催化劑不易磨損。②床層內(nèi)流體流動→平推流，較少量催化劑可獲較大生產(chǎn)能力。④傳熱較差。⑤催化劑的更換必須停車。⑥催化劑應(yīng)有較長的壽命。2025/12/235二、固定床反應(yīng)器型式1.絕熱床反應(yīng)器2.換熱式反應(yīng)器3.自熱式反應(yīng)器2025/12/236

水蒸汽作用：可安全地過熱到高溫。熱容量大，可帶入大量顯熱，還起稀釋作用，降低乙苯的分壓，使反應(yīng)向生成苯乙烯的方向進行，清除積炭。典型例子是乙苯脫氫制苯乙烯。2025/12/237絕熱床反應(yīng)器單段絕熱式多段絕熱式間接換熱式冷激式2025/12/238返回2025/12/239返回2025/12/2310返回2025/12/2311返回2025/12/2312以列管式為多傳熱效果好，溫度易控，用于附加值高、原料成本高、不易分離的場合。2025/12/2313對外換熱式結(jié)構(gòu)2025/12/2314對外換熱式換熱返回2025/12/2315反應(yīng)前后物料在床層中自己進行換熱2025/12/23162025/12/2317三.數(shù)學模型擬均相模型非均相模型一維模型二維模型按反應(yīng)動力學根據(jù)床中溫度分布根據(jù)流動狀況理想流動模型非理想流動模型返回2025/12/23186.2流化床反應(yīng)器1954年我國將流態(tài)化技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)裝置。1942年國際上將流態(tài)化技術(shù)應(yīng)用于重油催化裂化裝置。2025/12/23192025/12/23202025/12/23212025/12/23226.2-1概述所謂流態(tài)化就是固體粒子像流體一樣進行流動的現(xiàn)象。2025/12/2323起始流態(tài)化：流體的流速達到某一數(shù)值時，顆粒開始浮動。流速為起始流化速度（umf），一般很小。2025/12/2324

膨脹式（散式流化床或均勻流化床）：在液體的情況下，流速進一步增加，膨脹均勻且波動很小，粒子分布均勻。2025/12/2325鼓泡床：氣速達到一定值時，才有氣泡。此時速度為起始鼓泡速度（umb)。2025/12/2326

節(jié)涌床：床高與床徑比大，氣泡在上升過程中可能聚并增大甚至達到占據(jù)整個床層，固體粒子一節(jié)節(jié)的往上柱塞式的推動，直到達到某一位置崩落為止，這種現(xiàn)象稱為節(jié)涌。2025/12/2327湍流床：湍動程度加劇，壓力脈動的幅值減小，此時為湍流床?？焖倭骰玻侯w粒從連續(xù)的床層變?yōu)榉稚⒌念w粒，經(jīng)歷了分散—凝并的變化。實際氣速增加到終端速度ut時，顆粒被帶走，這一速度為鼓泡床的操作極限。2025/12/2328流態(tài)化的優(yōu)點：①傳熱效能高，而且床內(nèi)溫度易維持均勻。適用熱效應(yīng)大。②大量固體粒子可方便的往來輸送。特別適用于催化劑迅速失活的場合。③粒子細，可以消除內(nèi)擴散阻力，充分發(fā)揮催化劑效能。2025/12/2329缺點：①氣流狀況不均，不少氣體以氣泡狀態(tài)通過床層。②粒子運動基本是全混式，停留時間不一。影響產(chǎn)品質(zhì)量的均一性。③粒子的磨損和帶出造成催化劑的損失，需加旋風分離器回收。2025/12/2330umfumbutu0操作氣速U0，U0/Umf（為流化數(shù)）在1.5～10范圍的，U0/Ut=0.1—0.4左右選取，通常U0在0.15～0.5m/s。2025/12/23316.2-2氣泡及其行為2025/12/2332

氣泡頂部呈球形，尾部略凹，顆粒被卷入，形成局部渦流，尾渦。氣泡小，氣泡上升速度低于乳相中氣速時，乳相中氣流可穿過氣泡上流，但當氣泡大到其上升速度超過乳相氣速時，就有部分氣體穿過氣泡形成環(huán)流，在氣泡外形成氣泡云。氣泡云與尾渦都在氣泡外，所含粒子濃度與乳相相同，形成氣泡暈。1.氣泡結(jié)構(gòu)2025/12/23332025/12/2334管柵分布器：6.2-3分布板與內(nèi)部構(gòu)件1.分布板：單層篩板直形篩板凹形篩板多層篩板夾層填料泡帽板側(cè)縫錐帽2025/12/2335♂直孔篩板2025/12/2336♂凹形篩板2025/12/2337泡帽側(cè)縫分布板2025/12/2338泡帽側(cè)孔分布板2025/12/2339♂直孔泡帽分布板2025/12/2340錐型側(cè)縫分布板2025/12/2341錐型側(cè)孔分布板2025/12/2342原則：氣體分布方式很多，以分布均勻，防止積料，結(jié)構(gòu)簡單和材料節(jié)省為宜。2025/12/2343為保證流化均勻，穩(wěn)定，分布板要有足夠壓降，一般選分布板壓降為床層壓降的10%～20%，開孔率約1%。設(shè)計篩孔分布板，先求小孔阻力系數(shù)，再求小孔氣速：2025/12/23442．內(nèi)部構(gòu)件為了傳熱或控制氣——固間接觸，常在床內(nèi)設(shè)置內(nèi)部構(gòu)件。氣體預(yù)分布器擋板旋風分離器2025/12/2345開孔式預(yù)分布器2025/12/2346充填式預(yù)分布器2025/12/2347帽式預(yù)分布器2025/12/2348同心圓錐殼式預(yù)分布器2025/12/2349彎管式氣體預(yù)分布器♂2025/12/2350內(nèi)旋擋板2025/12/2351外旋擋板2025/12/2352多旋擋板♂2025/12/23532025/12/23546.3反應(yīng)器的設(shè)計原則化工設(shè)計機械設(shè)計選型確定工藝操作條件工藝尺寸2025/12/2355設(shè)計前具備的條件：1）掌握反應(yīng)過程的熱力學數(shù)據(jù)和比熱容、粘度等物性參數(shù)2）盡可能獲得反應(yīng)動力學及傳遞過程的數(shù)據(jù)2025/12/2356設(shè)計原則：1）根據(jù)工藝特點和實際情況，應(yīng)用反應(yīng)工程的觀點確定最佳工藝參數(shù)2）應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)計參數(shù)、設(shè)備制備和檢修等方面綜合起來選擇反應(yīng)器類型。2025/12/23573）高壓反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有催化床、床外換熱器、冷激氣管等內(nèi)部構(gòu)件4）機械結(jié)構(gòu)要可靠5）多段催化床要妥善設(shè)計好段間氣體和冷激氣體的分布和均勻混合裝置。2025/12/2358反應(yīng)器的型式與特性表型式適用反應(yīng)優(yōu)缺點攪拌槽液相、液—液、液—固相適用性大，操作彈性大，溫度、濃度易控制，產(chǎn)品質(zhì)量均一管式氣相、液相返混小，反應(yīng)器容積小，比傳熱面大空塔或攪拌塔液相、液—液相結(jié)構(gòu)簡單，返混程度與高/徑比及攪拌有關(guān)，軸向溫差大鼓泡塔或擋板鼓泡塔氣—液相，氣—液—固相氣相返混小，液相返混大，溫度較易調(diào)節(jié)，氣體壓降大，流速有限制填料塔液相、氣—液相結(jié)構(gòu)簡單，返混小，壓降小，有溫差，填料裝卸麻煩板式塔氣—液相逆流接觸，氣液返混均小，流速有限制，如需傳熱，常另加傳熱面噴霧塔氣—液相快速反應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單，液體表面積大，停留時間受塔高限制，氣流速度有限制2025/12/2359固定床氣—固相返混小，催化劑用量少，不易磨損，裝卸麻煩，傳熱控溫不易流化床氣—固相，特別是催化劑失活很快的反應(yīng)傳熱好，溫度均勻，易控制，催化劑有效系數(shù)大，磨損大，返混大，對轉(zhuǎn)化率不利，操作條件限制大移動床同上固體返混小，固氣比可變性大，床內(nèi)溫差大，調(diào)節(jié)困難滴流床氣—液—固相催化劑帶出少，分離易，氣液分不要均勻，溫度調(diào)節(jié)困難蓄熱床氣相，以固相為熱載體結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)范圍較廣，切換頻繁，溫度波動大，收率低噴嘴式氣相，高速反應(yīng)的液相傳熱、