固定床、移動(dòng)床、流化床

1、合肥學(xué)院Hefei University化學(xué)反應(yīng)工程過程論文 NlVt題目：定床、移動(dòng)床、流化床系別：化學(xué)與材料工程系專業(yè)：化學(xué)工程與工藝學(xué)號(hào)：1403022034 姓名:教師：高天明2017年6月定床、移動(dòng)床、流化床固定床：當(dāng)氣體以較小的速度流過固定床時(shí)，流動(dòng)氣體的上升阻力不致使 顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，床高維持不變；床層壓降隨流速對(duì)數(shù)增大而增大。 流化床：固體顆?？梢韵袼纫后w一樣在設(shè)備內(nèi)有明顯的界面，即使設(shè)備傾 斜，界面仍會(huì)保持水平；床層壓降不隨流速變化（基本不變）。輸送床：固體顆粒在設(shè)備內(nèi)無明顯界面；床層壓力隨流速增大而減小。 流化床和沸騰床可能只是叫法上不同。流化床：也就是沸騰床，接

2、觸面大，傳熱傳質(zhì)效率高，時(shí)空產(chǎn)率高，但返 混嚴(yán)重。（需要注意的是不能堵塞氣體分布器，堵了很麻煩的。固定床和移動(dòng)床 比較適合氣一氣、氣一液和液一液反應(yīng)，床層本身作為催化劑，優(yōu)點(diǎn)是返混 小，固相帶出少，分離簡(jiǎn)單。流化床的床型是設(shè)計(jì)中很重要的，與反應(yīng)體系的 匹配要求比較高。此外，操作中的氣速、帶出量、與配套的旋風(fēng)等分離設(shè)備設(shè) 計(jì)比較嚴(yán)格。流化床的傳熱和破汽泡、溝流措施也是研究比較多的。固定床反應(yīng)器是一種被廣泛采用的多相催化反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)填充有固定 不動(dòng)的固體顆粒，可以是固體催化劑也可以是固體反應(yīng)物。例如管式固定床反 應(yīng)器，管內(nèi)裝催化劑，管內(nèi)裝催化劑，反應(yīng)物料自上而下通過床層，管間為載 熱體與管內(nèi)反

3、應(yīng)物進(jìn)行換熱，以維持所需的溫度條件。此外，固定床反應(yīng)器也 可用于氣固及液固非催化反應(yīng)。沸騰床是流化床的一種，固體在流化床反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng)，流體和固體顆粒所 構(gòu)成的床層猶如沸騰的液體。沸騰床反應(yīng)器下部設(shè)有分布板，板上放固體顆 粒，流體自分布板下送入，當(dāng)流體速度達(dá)到一定數(shù)值后，固體顆粒開始松動(dòng)， 再增大流速就進(jìn)入流化狀態(tài)。反應(yīng)器內(nèi)一般設(shè)有擋板，換熱器，及流體與固體 分離裝置等內(nèi)部部件。移動(dòng)床與固定床相似，不同的是固體顆粒自頂部連續(xù)加入，由底部卸出。 沸騰床因?yàn)楣腆w處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，反應(yīng)或傳熱效果好，但動(dòng)力消耗大，而且在煤 調(diào)濕中粉塵攜帶量大。固定床：固定床反應(yīng)器又稱填充床反應(yīng)器，裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)

4、 物用以實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)過程的一種反應(yīng)器。固體物通常呈顆粒狀，粒徑215mm 左右，堆積成一定高度（或厚度）的床層。床層靜止不動(dòng)，流體通過床層進(jìn)行 反應(yīng)。它與流化床反應(yīng)器及移動(dòng)床反應(yīng)器的區(qū)別在于固體顆粒處于靜止?fàn)顟B(tài)。 固定床反應(yīng)器主要用于實(shí)現(xiàn)氣固相催化反應(yīng)，如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化 器、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐等。用于氣固相或液固相非催化反應(yīng)時(shí)，床層則填裝固體 反應(yīng)物。涓流床反應(yīng)器也可歸屬于固定床反應(yīng)器，氣、液相并流向下通過床 層，呈氣液固相接觸。固定床反應(yīng)器有三種基本形式：軸向絕熱式固定床反應(yīng)器。流體沿軸向 自上而下流經(jīng)床層，床層同外界無熱交換。徑向絕熱式固定床反應(yīng)器。流體 沿徑向流過床層，可采用離心

5、流動(dòng)或向心流動(dòng)，床層同外界無熱交換。徑向反 應(yīng)器與軸向反應(yīng)器相比，流體流動(dòng)的距離較短，流道截面積較大，流體的壓力 降較小。但徑向反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)較軸向反應(yīng)器復(fù)雜。以上兩種形式都屬絕熱反應(yīng) 器，適用于反應(yīng)熱效應(yīng)不大，或反應(yīng)系統(tǒng)能承受絕熱條件下由反應(yīng)熱效應(yīng)引起 的溫度變化的場(chǎng)合。列管式固定床反應(yīng)器。由多根反應(yīng)管并聯(lián)構(gòu)成。管內(nèi)或 管間置催化劑，載熱體流經(jīng)管間或管內(nèi)進(jìn)行加熱或冷卻，管徑通常在2550mm 之間，管數(shù)可多達(dá)上萬根。列管式固定床反應(yīng)器適用于反應(yīng)熱效應(yīng)較大的反 應(yīng)。此外，尚有由上述基本形式串聯(lián)組合而成的反應(yīng)器，稱為多級(jí)固定床反應(yīng) 器。例如：當(dāng)反應(yīng)熱效應(yīng)大或需分段控制溫度時(shí)，可將多個(gè)絕熱反應(yīng)器串聯(lián)

6、成 多級(jí)絕熱式固定床反應(yīng)器，反應(yīng)器之間設(shè)換熱器或補(bǔ)充物料以調(diào)節(jié)溫度，以便 在接近于最佳溫度條件下操作。固定床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是：返混小，流體同催化劑可進(jìn)行有效接觸，當(dāng)反 應(yīng)伴有串聯(lián)副反應(yīng)時(shí)可得較高選擇性。催化劑機(jī)械損耗小。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。固 定床反應(yīng)器的缺點(diǎn)是：傳熱差，反應(yīng)放熱量很大時(shí)，即使是列管式反應(yīng)器也 可能出現(xiàn)飛溫（反應(yīng)溫度失去控制，急劇上升，超過允許范圍）。操作過程 中催化劑不能更換，催化劑需要頻繁再生的反應(yīng)一般不宜使用，常代之以流化 床反應(yīng)器或移動(dòng)床反應(yīng)器。固定床反應(yīng)器中的催化劑不限于顆粒狀，網(wǎng)狀催化劑早已應(yīng)用于工業(yè)上。目前，蜂窩狀、纖維狀催化劑也已被廣泛使用。數(shù)學(xué)模型，固定床反應(yīng)器是研究得比

7、較充分的一種多相反應(yīng)器，描述固定 床反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型有多種，大致分為擬均相模型（不考慮流體和固體間的濃 度、溫度差別）和多相模型（考慮到流體和固體間的濃度、溫度差別）兩類， 每一類又可按是否計(jì)及返混，分為無返混模型和有返混模型，按是否考慮反應(yīng) 器徑向的濃度梯度和溫度梯度分為一維模型和二維模型。固定床反應(yīng)器是一種被廣泛采用的多相催化反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)填充有固定 不動(dòng)的固體顆粒，可以是固體催化劑也可以是固體反應(yīng)物。例如管式固定床反 應(yīng)器，管內(nèi)裝催化劑，管內(nèi)裝催化劑，反應(yīng)物料自上而下通過床層，管間為載 熱體與管內(nèi)反應(yīng)物進(jìn)行換熱，以維持所需的溫度條件。此外，固定床反應(yīng)器也 可用于氣固及液固非催化反應(yīng)。當(dāng)

8、氣體以較小的速度流過固定床時(shí)，流動(dòng)氣體 的上升阻力不致使顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，床高維持不變；床層壓降隨流速 對(duì)數(shù)增大而增大。流化床：流體向上流過一個(gè)微細(xì)顆粒的床層（塔體），當(dāng)流速低的時(shí)候流 體只是穿過靜止的顆粒之間的空隙，此時(shí)的床體稱為固定床；隨著流速的增 加，顆?；ハ嚯x開，并可看到少量的顆粒在一定的區(qū)間進(jìn)行震動(dòng)和游動(dòng)，稱為 膨脹床；速度再升高達(dá)到使全部顆粒都剛好懸浮在向上流動(dòng)的氣體或者液體 中，此時(shí)的床層就是流化床起點(diǎn)。固體顆?？梢韵袼纫后w一樣在設(shè)備內(nèi)有 明顯的界面，即使設(shè)備傾斜，界面仍會(huì)保持水平；床層壓降不隨流速變化（基 本不變）。簡(jiǎn)單的說固體顆粒在流體作用下表現(xiàn)出類似流體狀態(tài)的現(xiàn)象稱

9、為流 態(tài)化。流化床是流態(tài)化發(fā)生的設(shè)備。流化床反應(yīng)器中催化劑處于沸騰流化狀 態(tài)，被反應(yīng)介質(zhì)與提升介質(zhì)帶動(dòng)快速通過反應(yīng)器，如FCC的提升管反應(yīng)器。輸 送床：固體顆粒在設(shè)備內(nèi)無明顯界面；床層壓力隨流速增大而減小。沸騰床是流化床的一種，固體在流化床反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng)，流體和固體顆粒所 構(gòu)成的床層猶如沸騰的液體。沸騰床反應(yīng)器下部設(shè)有分布板，板上放固體顆 粒，流體自分布板下送入，當(dāng)流體速度達(dá)到一定數(shù)值后，固體顆粒開始松動(dòng)， 再增大流速就進(jìn)入流化狀態(tài)。反應(yīng)器內(nèi)一般設(shè)有擋板，換熱器，及流體與固體 分離裝置等內(nèi)部部件。 沸騰床接觸面大，傳熱傳質(zhì)效率高，時(shí)空產(chǎn)率高，但 返混嚴(yán)重。沸騰床因?yàn)楣腆w處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，反應(yīng)或傳熱效

10、果好，但動(dòng)力消耗 大，而且在煤調(diào)濕中粉塵攜帶量大。移動(dòng)床：移動(dòng)床與固定床相似，不同的是固體顆粒自頂部連續(xù)加入，由底 部卸出。移動(dòng)床離子交換樹脂在交換器、再生器和清洗塔之間，周期性流動(dòng)的 離子交換裝置。移動(dòng)床與固定固定床的差別在于反應(yīng)過程中催化劑從反應(yīng)器入 口向出口緩慢運(yùn)動(dòng)，新鮮催化劑（或再生好的催化劑）從反應(yīng)器入口進(jìn)入，失活 的催化劑從反應(yīng)器出口移出，進(jìn)行再生。催化劑運(yùn)動(dòng)速度較慢，沒有達(dá)到流化 狀態(tài)。如UOP與IFP連續(xù)重整工藝中的移動(dòng)床反應(yīng)器。區(qū)別：固定床可以處理高灰分，高灰熔點(diǎn)的煤，投資小，環(huán)保差氣流床產(chǎn)量 最大，但對(duì)煤種有一定要求；硫化床現(xiàn)在壓力加不上去，推廣受限。這三種床最關(guān)鍵的就是設(shè)

11、計(jì)床體，現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)床體大多數(shù)是一種經(jīng)驗(yàn) 估算和模擬實(shí)驗(yàn)，擴(kuò)大到工業(yè)生產(chǎn)上往往存在很多缺點(diǎn)。它們的主要區(qū)別還得 看用途，物料的性質(zhì)，既是物理過程還是化學(xué)反應(yīng)過程。固定床和移動(dòng)床比較 適合氣一氣、氣一液和液一液反應(yīng)，床層本身作為催化劑，優(yōu)點(diǎn)是返混小，固 相帶出少，分離簡(jiǎn)單。流化床的床型是設(shè)計(jì)中很重要的，與反應(yīng)體系的匹配要 求比較高。此外，操作中的氣速、帶出量、與配套的旋風(fēng)等分離設(shè)備設(shè)計(jì)比較 嚴(yán)格。流化床的傳熱和破汽泡、溝流措施也是研究比較多的。流化床需要注意 的是不能堵塞氣體分布器，堵了很麻煩的。固定床、移動(dòng)床和沸騰床的區(qū)分是依據(jù)向床層內(nèi)通氣量的大小而定的，隨 著通氣量的增加，一次是固定床、鼓泡床（沸騰床），湍動(dòng)床，輸送床。移動(dòng) 床嚴(yán)格意義上屬于流化床的范疇，是顆粒整理向下移動(dòng)，床層高度不變，例