固定床,流化床,漿態(tài)床的優(yōu)缺點(diǎn)[稻谷書屋]

1、固定床反應(yīng)器 來文來自博研論壇 定義：氣體流經(jīng)固定不動(dòng)的催化劑床層進(jìn)行催化反應(yīng)的裝置。 來文來自博研論壇 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作穩(wěn)定、便于控制、易實(shí)現(xiàn)大型化和連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代化工和反應(yīng)中應(yīng)用很廣泛的反應(yīng)器。 來文來自博研論壇 應(yīng)用：主要用于氣固相催化反應(yīng)。 來文來自博研論壇 基本形式：軸向絕熱式、徑向絕熱式、列管式。 來文來自博研論壇 固定床反應(yīng)器缺點(diǎn)： 來文來自博研論壇 http

2、:/床層溫度分布不均勻； 來文來自博研論壇 床層導(dǎo)熱性較差； 來文來自博研論壇 對(duì)放熱量大的反應(yīng)，應(yīng)增大換熱面積，及時(shí)移走反應(yīng)熱，但這會(huì)減少有效空間。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 流化床反應(yīng)器（沸騰床反應(yīng)器） 來文來自博研論壇 定義：流體（氣體或液體）以較高流速通過床層，帶動(dòng)床內(nèi)固體顆粒運(yùn)動(dòng)，使之懸浮在流動(dòng)的主體流中進(jìn)行反應(yīng)，具有類似流體流動(dòng)的一些特

3、性的裝置。 來文來自博研論壇 應(yīng)用：應(yīng)用廣泛，催化或非催化的氣固、液固和氣液固反應(yīng)。 來文來自博研論壇 原理：固體顆粒被流體吹起呈懸浮狀態(tài)，可作上下左右劇烈運(yùn)動(dòng)和翻動(dòng)，好象是液體沸騰一樣，故流化床反應(yīng)器又稱沸騰床反應(yīng)器。 來文來自博研論壇 結(jié)構(gòu)：殼體、氣體分布裝置、換熱裝置、氣固分離裝置、內(nèi)構(gòu)件以及催化劑加入和卸出裝置等組成。 來文來自博研論壇 優(yōu)點(diǎn)：傳熱面積大、傳熱系數(shù)高、傳熱效果好。進(jìn)料、出料、廢渣排放用氣流輸送，易于實(shí)現(xiàn)自

4、動(dòng)化生產(chǎn)。 來文來自博研論壇 缺點(diǎn)：物料返混大，粒子磨損嚴(yán)重；要有回收和集塵裝置；內(nèi)構(gòu)件復(fù)雜；操作要求高等。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 固定床： 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 一、固定床反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn) 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 http:/bbs.myboyan

5、.com凡是流體通過不動(dòng)的固體物料形成的床層面進(jìn)行反應(yīng)的設(shè)備都稱為固定床反應(yīng)器，而其中尤以利用氣態(tài)的反應(yīng)物料，通過由固體催化劑所構(gòu)成的床層進(jìn)行反應(yīng)的氣固相催化反應(yīng)器在化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。氣固相固定床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)較多，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 來文來自博研論壇 1、在生產(chǎn)操作中，除床層極薄和氣體流速很低的特殊情況外，床層內(nèi)氣體的流動(dòng)皆可看成是理想置換流動(dòng)，因此在化學(xué)反應(yīng)速度較快，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。 來文來自博研論壇 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)，因而有

6、利于提高化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性。 來文來自博研論壇 3、催化劑不易磨損，可以較長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用。 來文來自博研論壇 4、適宜于高溫高壓條件下操作。 來文來自博研論壇 由于固體催化劑在床層中靜止不動(dòng)，相應(yīng)地產(chǎn)生一些缺點(diǎn)： 來文來自博研論壇 1、催化劑載體往往導(dǎo)熱性不良，氣體流速受壓降限制又不能太大，則造成床層中傳熱性能較差，也給溫度控制帶來困難。對(duì)于放熱反應(yīng)，在換熱式反應(yīng)器的入口處，因?yàn)榉磻?yīng)物濃度較高，反應(yīng)速度較快，放出的熱量往往

7、來不及移走，而使物料溫度升高，這又促使反應(yīng)以更快的速度進(jìn)行，放出更多的熱量，物料溫度繼續(xù)升高，直到反應(yīng)物濃度降低，反應(yīng)速度減慢，傳熱速度超過了反應(yīng)速度時(shí)，溫度才逐漸下降。所以在放熱反應(yīng)時(shí)，通常在換熱式反應(yīng)器的軸向存在一個(gè)最高的溫度點(diǎn)，稱為“熱點(diǎn)”。如設(shè)計(jì)或操作不當(dāng)，則在強(qiáng)放熱反應(yīng)時(shí)，床內(nèi)熱點(diǎn)溫度會(huì)超過工藝允許的最高溫度，甚至失去控制而出現(xiàn)“飛溫”。此時(shí)，對(duì)反應(yīng)的選擇性、催化劑的活性和壽命、設(shè)備的強(qiáng)度等均極不利。 來文來自博研論壇 2、不能使用細(xì)粒催化劑，否則流體阻力增大，破壞了正常操作，所以催化劑的活性內(nèi)表面得不到充分利用。 來文來自博研論壇 http

8、:/3、催化劑的再生、更換均不方便。 來文來自博研論壇 固定床反應(yīng)器雖有缺點(diǎn)，但可在結(jié)構(gòu)和操作方面做出改進(jìn)，且其優(yōu)點(diǎn)是主要的。因此，仍不失為氣固相催化反應(yīng)器中的主要形式，在化學(xué)工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。例如石油煉制工業(yè)中的裂化、重整、異構(gòu)化、加氫精制等；無機(jī)化學(xué)工業(yè)中的合成氨、硫酸、天然氣轉(zhuǎn)化等；有機(jī)化學(xué)工業(yè)中的乙烯氧化制環(huán)氧乙烷、乙烯水合制乙醇、乙苯脫氧制苯乙烯、苯加氫制環(huán)己烷等。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 二、固定床反應(yīng)器的分類

9、 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 隨著化工生產(chǎn)的發(fā)展，已出現(xiàn)多種固定床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式，以適應(yīng)不同的傳熱要求和傳熱方式，主要分為絕熱式和換熱式兩大類。 來文來自博研論壇 絕熱式固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，催化劑均勻堆置于床內(nèi)，一般有下列特點(diǎn)：床層直徑遠(yuǎn)大于催化劑顆粒直徑；床層高度與催化劑顆粒直徑之比一般超過100；與外界沒有熱量交換，床層溫度沿物料的流向而變化。 來文來自博研論壇 換熱式固定床反應(yīng)器以列管式為多，通常管內(nèi)裝催化劑，

10、管間走載熱體，一般有下列特點(diǎn)：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(wěn)定。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 流化床： 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 流化床反應(yīng)器是工業(yè)上應(yīng)用較廣泛的一類反應(yīng)器，適用于催化或非催化的氣固、液固和氣液固反應(yīng)系統(tǒng)。 來文來自博研論壇 流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式很多，傳

11、統(tǒng)流化床反應(yīng)器一般都由殼體、氣體分布裝置、內(nèi)部構(gòu)件、換熱裝置、氣因分離裝置、催化劑的加入和卸出裝置等組成。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 流化床反應(yīng)器是利用固體流態(tài)化技術(shù)進(jìn)行氣固相反應(yīng)的裝置。將大量固體顆粒懸浮于運(yùn)動(dòng)的流體從而使顆粒具有類似于流體的某些宏觀表現(xiàn)特性，這種流固接觸狀態(tài)稱為固體流態(tài)化。化學(xué)工業(yè)廣泛使用固體流態(tài)化技術(shù)進(jìn)行固體的物理加工、顆粒輸送、催化和非催化化學(xué)加工。目前流態(tài)化技術(shù)作為一門基礎(chǔ)技術(shù)已經(jīng)滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多部門，在化工、煉油、冶金、能源、原子能、材料、輕工、生化、機(jī)械、環(huán)保等各項(xiàng)領(lǐng)

12、域中都可以見到。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 流化床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn) 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 流化床內(nèi)的固體粒子像流體一樣運(yùn)動(dòng)，由于流態(tài)化的特殊運(yùn)動(dòng)形式，使這種反應(yīng)器具有如下優(yōu)點(diǎn)： 來文來自博研論壇 1、由于可采用細(xì)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(dá)328016400m2/m3），有利于非均相反應(yīng)的進(jìn)行，提高了催化劑的利用率。 來文來自博研論壇 ht

13、tp:/2、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/（m2?K），全床熱容量大，熱穩(wěn)定性高，這些都有利于強(qiáng)放熱反應(yīng)的等溫操作。這是許多工藝過程的反應(yīng)裝置選擇流化床的重要原因之一。 來文來自博研論壇 3、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(gè)流化床之間大量循環(huán)。這使得一些反應(yīng)再生、吸熱放熱、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(shí)現(xiàn)。使得易失活催化劑能在工程中使用。 來文來自博研論壇 http:/bbs.my

14、4、流體與顆粒之間傳熱、傳質(zhì)速率也較其它接觸方式為高。 來文來自博研論壇 5、由于流固體系中孔隙率的變化可以引起顆粒曳力系數(shù)的大幅度變化，以致在很寬的范圍內(nèi)均能形成較濃密的床層。所以流態(tài)化技術(shù)的操作彈性范圍寬，單位設(shè)備生產(chǎn)能力大，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，符合現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 流化床反應(yīng)器的缺點(diǎn) 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 1

15、、氣體流動(dòng)狀態(tài)與活塞流偏離較大，氣流與床層顆粒發(fā)生返混，以致在床層軸向沒有溫度差及濃度差。加之氣體可能成大氣泡狀態(tài)通過床層，使氣固接觸不良，使反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率降低。因此流化床一般達(dá)不到固定床的轉(zhuǎn)化率。 來文來自博研論壇 2、催化劑顆粒間相互劇烈碰撞，造成催化劑的損失和除塵的困難。 來文來自博研論壇 3、由于固體顆粒的磨蝕作用，管子和容器的磨損嚴(yán)重。 來文來自博研論壇 雖然流化床反應(yīng)器存在著上述缺點(diǎn)，但優(yōu)點(diǎn)是主要的。流態(tài)化操作總的經(jīng)濟(jì)效果是有利的，特別是傳熱和傳質(zhì)速率快、床層

16、溫度均勻、操作穩(wěn)定的突出優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于熱效應(yīng)很大的大規(guī)模生產(chǎn)過程特別有利。 來文來自博研論壇 綜上所述，流化床反應(yīng)器比較適用于下述過程：熱效應(yīng)很大的放熱或吸熱過程；要求有均一的催化劑溫度和需要精確控制溫度的反應(yīng)；催化劑壽命比較短，操作較短時(shí)間就需更換（或活化）的反應(yīng)；有爆炸危險(xiǎn)的反應(yīng)，某些能夠比較安全地在高濃度下操作的氧化反應(yīng)，可以提高生產(chǎn)能力，減少分離和精制的負(fù)擔(dān)。 來文來自博研論壇 流化床反應(yīng)器一般不適用如下情況：要求高轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)；要求催化劑層有溫度分布的反應(yīng)。 來文來自博研論壇 http:/bbs.mybo

17、來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 槳態(tài)床： 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 氣體以鼓泡形式通過懸浮有固體細(xì)粒的液體(漿液)層，以實(shí)現(xiàn)氣液固相反應(yīng)過程的反應(yīng)器。漿態(tài)反應(yīng)器中液相可以是反應(yīng)物，也可以是懸浮固體催化劑的載液。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 漿態(tài)反應(yīng)器有兩種基本形式：其一是攪拌釜式，利用機(jī)械攪拌使?jié){液混合，適用于

18、固體含量高、氣體流量小或氣液兩相均為間歇進(jìn)料的場(chǎng)合；其二是三相流化床式，借助氣體上升時(shí)的作用使固體懸浮，并使?jié){液混合，避免了機(jī)械攪拌的軸封問題，尤適于高壓反應(yīng)。 來文來自博研論壇 漿態(tài)反應(yīng)器中有兩個(gè)流體相，所以操作方式比較多樣，例如氣液兩相均為連續(xù)進(jìn)出料，氣液兩相均為間歇進(jìn)出料，以及液相為間歇進(jìn)出料而氣相為連續(xù)進(jìn)出料等，可以適應(yīng)反應(yīng)系統(tǒng)的不同要求。 來文來自博研論壇 與氣液固相反應(yīng)過程常用的另一種反應(yīng)器涓流床反應(yīng)器相比,漿態(tài)反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是：在強(qiáng)放熱條件下,易保持溫度均勻；采用細(xì)顆粒，使催化劑顆粒內(nèi)表面利用較充分

19、；當(dāng)液相連續(xù)進(jìn)出料時(shí)，催化劑排出再生比較方便。其缺點(diǎn)是：連續(xù)操作時(shí)返混嚴(yán)重，當(dāng)有串聯(lián)副反應(yīng)存在時(shí)會(huì)使選擇性降低；液固比通常較高，在有液相副反應(yīng)時(shí)可使選擇性降低；存在催化劑細(xì)粉的分離問題。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 移動(dòng)床： 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 一、移動(dòng)床反應(yīng)器的概念 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 固定床催化劑一般無

20、法進(jìn)行連續(xù)再生，而流化床催化劑可以很好地進(jìn)行連續(xù)再生，但只適用于催化劑顆粒較小的工藝。催化劑顆粒大，難以形成流態(tài)化，為了使再生連續(xù)進(jìn)行，可以使用移動(dòng)床。在移動(dòng)床中，當(dāng)催化劑由于積炭而迅速失活時(shí)，可通過特制的閉鎖裝置，利用催化劑本身的重力，緩緩地將催化劑移出反應(yīng)器。這些待再生的催化劑，通過機(jī)械傳送或氣體輸送，進(jìn)入再生器自上而下地再生，再生過的催化劑則用同樣的辦法，輸送回反應(yīng)器，這樣實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)與再生的連續(xù)操作。這種系統(tǒng)，催化劑床層相當(dāng)于在系統(tǒng)移動(dòng)，稱為移動(dòng)床。這類反應(yīng)器最先應(yīng)用于石油煉制的催化裂化工藝，后來又推廣到連續(xù)催化重整工藝。 來文來自博研論壇 來文

21、來自博研論壇 二、移動(dòng)床反應(yīng)器的特點(diǎn) 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 移動(dòng)床反應(yīng)器具有以下特點(diǎn)： 來文來自博研論壇 1、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) 來文來自博研論壇 催化劑隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，表面積炭相應(yīng)增加，活性下降。為了確保一定的反應(yīng)速率，必須將積炭的催化劑移出反應(yīng)器，不斷地補(bǔ)充新鮮的或再生過的催化劑，以保持催化劑的平均活性，這種不間斷的過程，確保了反應(yīng)系統(tǒng)操作的連續(xù)性。 來文來自博研論壇 htt

22、p:/2、可以在較苛刻的反應(yīng)條件下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn) 來文來自博研論壇 固定床的缺點(diǎn)之一是反應(yīng)初期與末期的催化劑活性變化大，因而反應(yīng)深度不同，導(dǎo)致產(chǎn)品的分布及產(chǎn)品的質(zhì)量都有差異，甚至影響到處理量的變化。移動(dòng)床反應(yīng)器，由于催化劑活性可以調(diào)節(jié)，在一定范圍內(nèi)保持恒定，整個(gè)反應(yīng)器也可以在較苛刻的條件下進(jìn)行，有利于充分利用催化劑的潛力，提高重整油的品質(zhì)。 來文來自博研論壇 3、較低的反應(yīng)壓力 來文來自博研論壇 從理論上講，對(duì)于一定的空速及原料特性，反應(yīng)壓力越低

23、，重整油收率和氫純度就越高。同時(shí)壓力低對(duì)降低對(duì)設(shè)備的要求、減少投資是非常有利的，重整的發(fā)展歷史也表明了這點(diǎn)。固定床反應(yīng)器的重整反應(yīng)壓力為3.43MPa，第一代連續(xù)重整反應(yīng)壓力為0.690.98 MPa，第二代連續(xù)重整壓力只有0.290.49 MPa。 來文來自博研論壇 4、操作比較復(fù)雜 來文來自博研論壇 移動(dòng)床反應(yīng)器工藝不太適宜強(qiáng)烈放熱的反應(yīng)。反應(yīng)器、再生器中的催化劑始終都在流動(dòng)狀態(tài)，從上而下依靠重力流動(dòng)，提升可用氫氣或惰性氣體。為了保證整個(gè)系統(tǒng)的平穩(wěn)循環(huán)，對(duì)控制系統(tǒng)的要求較高，操作相應(yīng)比固定床反應(yīng)器要復(fù)雜。

24、來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 漿態(tài)床 來文來自博研論壇 漿態(tài)床反應(yīng)器一般又叫三相床反應(yīng)器。實(shí)驗(yàn)室這類反應(yīng)器一般采用攪拌釜，工業(yè)上一般采用鼓泡淤漿床反應(yīng)器，主要用于費(fèi)托合成，甲醇合成，二甲醚等。這類反應(yīng)器一般催化劑為固相，反應(yīng)物為氣體，內(nèi)有液相介質(zhì)。反應(yīng)器內(nèi)最重要的內(nèi)件是： 來文來自博研論壇 反應(yīng)器下方的氣體分布器，要求均勻分配原料氣，氣泡小而均勻，強(qiáng)化氣液傳質(zhì)，但

25、又不能有大的壓降； 來文來自博研論壇 反應(yīng)器內(nèi)部的氣固分離裝置，用于分離細(xì)小催化劑和液體產(chǎn)物。 來文來自博研論壇 放熱反應(yīng)的話，反應(yīng)器內(nèi)熱量靠沸騰水產(chǎn)生蒸汽移熱。 來文來自博研論壇 優(yōu)點(diǎn)： 來文來自博研論壇 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，容易大型化； 來文來自博研論壇 易于在線更換催化劑； 來文來自博研論壇 液相介質(zhì)熱容大，易于反應(yīng)器內(nèi)部熱量分布均勻，

26、催化劑床層不易飛溫，提高產(chǎn)物選擇性； 來文來自博研論壇 使用細(xì)顆粒催化劑，無內(nèi)擴(kuò)散影響，有利于提高產(chǎn)物選擇性； 來文來自博研論壇 反應(yīng)器相比固定床反應(yīng)器小得多，尾氣循環(huán)壓縮機(jī)能耗大大減小。 來文來自博研論壇 缺點(diǎn)： 來文來自博研論壇 催化劑顆粒小，且容易磨損，會(huì)給操作帶來麻煩，所以液固分離裝置要求高； 來文來自博研論壇 氣相具有一定程度返混，影響宏觀動(dòng)力學(xué)速率； 來文來自博研論壇 htt

27、p:/來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 按操作方式分類 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 間歇操作反應(yīng)器 來文來自博研論壇 在反應(yīng)之前將原料一次性加入反應(yīng)器中，直到反應(yīng)達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)化率，即得反應(yīng)物，通常帶有攪拌器的釜式反應(yīng)器 來文來自博研論壇 優(yōu)點(diǎn)：操作

28、彈性大，主要用于小批量生產(chǎn) 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 連續(xù)操作反應(yīng)器 來文來自博研論壇 反應(yīng)物連續(xù)加入反應(yīng)器產(chǎn)物連續(xù)引出反應(yīng)器，屬于穩(wěn)態(tài)過程，可以采用釜式、管式和塔式反應(yīng)器 來文來自博研論壇 優(yōu)點(diǎn)：適宜于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)能力較強(qiáng)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 半連續(xù)操作反應(yīng)器 來文來自博研論壇 預(yù)先將部分反應(yīng)物在反應(yīng)前一次加入反應(yīng)器，其余的反應(yīng)物在反應(yīng)過程中連續(xù)或斷連續(xù)加入，或者在反應(yīng)過程中將某種產(chǎn)物連續(xù)地從反應(yīng)器中取出，屬于非穩(wěn)態(tài)過程 來文來自博研論壇 優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)不太快，溫度易于控制，有利于提高可逆反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率 來文來自博研論壇 來文來自博研論壇 按流體