固定床反应器经典
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固定床反应器工作原理
固定床反应器是一种常见的化学反应装置,其工作原理基于固定床的设计和反应物质在固定床中通过反应产生化学变化。
在固定床反应器中,反应物质流经固定在反应器内的催化剂床层。
催化剂床层通常是由均匀分散的催化剂颗粒组成。
当反应物质通过床层时,催化剂与反应物之间发生相互作用,触发化学反应。
固定床反应器的特点在于,反应物的流动与催化剂床层的固定形成了一个逐渐被消耗的反应物质流动带。
反应物质从反应器的进料口进入固定床,并流经床层中的催化剂,同时发生化学反应。
在流动过程中,反应物质的浓度逐渐降低,而生成物的浓度逐渐增加。
由于固定床反应器内的催化剂床层是固定的,反应物质通过床层时,催化剂的活性成分将不断参与化学反应,而不会被带走。
这种催化剂的固定状态在反应器运行期间始终保持稳定,并且能够持续地促进化学反应。
此外,固定床反应器还具备良好的热负荷分布和传热特性。
固定床内的催化剂床层由于较大的表面积,能够提供充足的接触面积来促进热的传导和传热。
这有助于保持反应器内的恒定温度,并提高化学反应的效率。
总的来说,固定床反应器通过将反应物质与催化剂在固定的床层中接触和反应,实现了连续、高效的化学反应过程。
这种反
应器在化工领域中广泛应用于各种反应,如催化裂化、加氢、氧化等,发挥着重要的作用。
固定床反应器结构及原理又称填充床反应器,装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。
固体物通常呈颗粒状,粒径2~15mm左右,堆积成一定高度(或厚度)的床层。
床层静止不动,流体通过床层进行反应。
它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。
固定床反应器主要用于实现气固相催化反应,如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。
用于气固相或液固相非催化反应时,床层则填装固体反应物。
涓流床反应器也可归属于固定床反应器,气、液相并流向下通过床层,呈气液固相接触。
1、轴向绝热式固定床反应器流体沿轴向自上而下流经床层,床层同外界无热交换。
下图是绝热式固定床反应器的示意图。
它的结构简单,催化剂均匀堆置于床内,床内没有换热装置,预热到一定温度的反应物料流过床层进行反应就可以了。
(1)径向绝热式固定床反应器流体沿径向流过床层,可采用离心流动或向心流动,床层同外界无热交换。
径向反应器与轴向反应器相比,流体流动的距离较短,流道截面积较大,流体的压力降较小。
但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。
以上两种形式都属绝热反应器,适用于反应热效应不大,或反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。
由多根反应管并联构成。
管内或管间置催化剂,载热体流经管间或管内进行加热或冷却,管径通常在25~50mm之间,管数可多达上万根。
列管式固定床反应器适用于反应热效应较大的反应。
此外,尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器,称为多级固定床反应器。
例如:当反应热效应大或需分段控制温度时,可将多个绝热反应器串联成多级绝热式固定床反应器,反应器之间设换热器或补充物料以调节温度,以便在接近于最佳温度条件下操作。
(3)对外换热式固定床反应器对外换热式反应器以列管式为多。
通常是在管内放催化剂,管间走热载体(在用高压水或用高压蒸汽作热载体时,则把催化剂放在管间,而使管内走高压流体)。
(4)多段绝热式固定床反应器3、自身换热式反应器(自热式反应器)反应前后的物料在床层中自己进行换热称作自热式反应器。
化工反应过程之固定床反应器固定床反应器是一种常见的化工反应器,广泛应用于工业生产中的催化反应、气体吸附分离、气体净化等领域。
它的特点是反应物固定在反应器内的催化剂床层上,反应过程中通过流体将反应物质质量传递到催化剂表面进行反应,反应生成物质通过床层离开反应器。
固定床反应器的结构主要由反应器本体、进料管、排料管和反应器床层组成。
反应器本体通常由金属材料制成(如不锈钢),具有良好的发热、承压和耐腐蚀性能。
进料管在反应器底部引入反应物质,排料管则在反应器顶部将反应生成物排出。
床层是固定床反应器的核心部分,通常由催化剂颗粒物质装填而成,具有大的比表面积和较高的孔隙度,以提供足够的反应表面积和反应空间。
固定床反应器在化工生产中具有重要的应用。
首先,它广泛用于催化反应。
在固定床反应器中,催化剂床层有效地提供了反应的活性表面,使得反应速率得以提高。
例如,加氢反应、氧化反应、脱氢反应等都可以使用固定床反应器进行。
其次,固定床反应器也被用于气体吸附分离和气体净化。
吸附剂床层能够吸附特定成分,实现气体组分的分离和纯化。
此外,固定床反应器还适用于颗粒物质的固液分离、固气分离等过程。
固定床反应器的工作原理主要包括质量传递和物质平衡两个方面。
在反应物进入床层前,需要先经过预热区,以使其达到适宜的反应温度。
之后,在床层内发生质量传递过程,即反应物质通过流体传递到催化剂表面,发生化学反应。
在反应过程中,需要保持适宜的温度和压力条件,以提供反应的最佳反应速率和选择性。
反应生成物质则随着流体一起流出固定床反应器。
固定床反应器的优势在于:一、反应物质与催化剂的接触充分,反应效率高;二、催化剂寿命长,催化剂载体不易破碎;三、床层的填料物质易于更换和维护;四、反应器体积相对较小,能够实现高度效能的连续化生产。
然而,固定床反应器也有一些缺点需要克服。
首先,反应床层在长时间运行后会出现积碳、堵塞等现象,需进行定期清洗和更换床层。
其次,固定床反应器对反应物料的物理性质要求较高,如化学性质、颗粒度等。
反应器-13固定床反应器的选择气固相催化固定床反应器的选择选择固定床反应器的原则--什么反应需要用固定床反应器? 气固相催化反应首选--非常普遍如,合成氨、硫酸、合成甲醇、环氧乙烷乙二醇、苯酐及炼油厂中的铂重整等流体在固定床反应器内的传递特性:气体在催化剂颗粒之间的孔隙中流动,较在管内流动更容易达到湍流。
气体自上而下流过床层。
床层空隙率εB :单位体积床层内的空隙体积(没有被催化剂占据的体积,不含催化剂颗粒内的体积)。
壁效应:靠近壁面处的空隙率比其它部位大。
为减少壁效应的影响,要求床层直径至少要大于颗粒直径的8倍以上。
颗粒的定型尺寸--最能代表颗粒性质的尺寸为颗粒的当量直径。
对于非球形颗粒,可将其折合成球形颗粒,以当量直径表示。
方法有:体积、外表面积、比表面积。
体积:(非球形颗粒折合成同体积的球形颗粒应当具有的直径)外表面积: (非球形颗粒折合成相同外表面积的球形颗粒应当具有的直径)形状系数:用体积相同的球形颗粒的外表面积比上非球形颗粒的外表面积。
比表面积: (非球形颗粒折合成相同比表面积的球形颗粒应当具有的直径)-颗粒密度-床层堆积密度,床层体积颗粒体积床层体积空隙体积P B PBB P B 111ρρρρε-=-=-==V V V31S 3S π66πd V d V =⎪⎭⎫ ⎝⎛⇒=球形体积:a21S 2S ππd S d S =⎪⎭⎫⎝⎛⇒=球形外表面积:1≤≡PS SA A ϕ混合粒子的平均直径:(各不同粒径的粒子直径的加权平均)流体通过固定床的压力降:压降产生原因:摩擦阻力ΔP 1:由于流体颗粒表面之间的摩擦产生。
局部阻力ΔP 2:流体在孔道内的收缩、扩大及再分布所引起的。
压降计算通常利用厄根(Ergun )方程:压降的计算 ΔP=ΔP 1+ ΔP 2= Pa简化式当 时:ΔP=ΔP 1 当R eM >103时:ΔP=ΔP 2设计要求:ΔP ≤15%P 操 工业上降低压力降的办法: ↑ε、↓L 0、↓u OG 、↑d S 等。
第六章气-固相催化反应器设计本章核心内容:本章讨论的气固相催化反应反应器包括固定床反应器和流化床反应器。
在固定床反应器部分,介绍了气固相催化反应器的各种类型和固定床层的流动特性,给出了固定床反应器的两种设计方法:经验或半经验法和数学模型法。
在流化床反应器部分,在对固体颗粒流态化现象和流态化特征参数介绍的基础上,讨论了流化床反应器的分类和工业应用。
6-1 固定床反应器的型式反应器内部填充有固定不动的固体催化剂颗粒或固体反应物的装置,称为固定床反应器。
气态反应物通过床层进行催化反应的反应器,称为气固相固定床催化反应器。
这类反应器除广泛用于多相催化反应外,也用于气固及液固非催化反应,它与流化床反应器相比,具有催化剂不易跑损或磨损,床层流体流动呈平推流,反应速度较快,停留时间可以控制,反应转化率和选择性较高的优点。
工业生产过程使用的固定床催化反应器型式多种多样,主要为了适应不同的传热要求和传热方式,按催化床是否与外界进行热量交换来分,分为绝热式和连续换热式两大类。
另外,按反应器的操作及床层温度分布不同来分,分为绝热式、等温式和非绝热非等温三种类型;按换热方式不同,分为换热式和自热式两种类型;按反应情况来分,分为单段式与多段式两类;按床层内流体流动方向来分,分为轴向流动反应器和径向流动反应器两类;根据催化剂装载在管内或管外、反应器的设备结构特征,也可以对固定床催化反应器进行分类。
图6-1、6-2、6-3分别是轴向流动式、径向流动式和列管式固定床反应器结构示意图。
其中,图6-1和图6-2所示的反应器为绝热式,图6-3所示的反应器为连续换热式。
图6-1 轴向流动式图6-2径向流动式图6-3列管式固固定床反应器固定床反应器定床反应器6-1-1 绝热式固定床反应器绝热式固定床催化反应器有单段与多段之分。
绝热式反应器由于与外界无热交换以及不计入热损失,对于可逆放热反应,依靠本身放出的反应热而使反应气体温度逐步升高;催化床入口气体温度高于催化剂的起始活性温度,而出口气体温度低于催化剂的耐热温度。