非均相反應(yīng)器

氣固相反應(yīng)器的選擇、設(shè)計(jì)、操作與控制種類特點(diǎn)應(yīng)用范圍

管式反應(yīng)器長度遠(yuǎn)大于管徑,內(nèi)部沒有任何構(gòu)件多用于均相反應(yīng)過程

釜式反應(yīng)器高度與直徑比約為2-3內(nèi)設(shè)攪拌裝置均相、多相反應(yīng)過程均可塔式

(填料塔板式塔)高度遠(yuǎn)大于直徑，內(nèi)部設(shè)有填料、塔板等以提高相互接觸面積用于多相反應(yīng)過程

固定床底層內(nèi)部裝有不動(dòng)的固體顆粒，固體顆?？梢允谴呋瘎┗蚴欠磻?yīng)物用于多相反應(yīng)系統(tǒng)

流化床反應(yīng)過程中反應(yīng)器內(nèi)部有固體顆粒的懸浮和循環(huán)運(yùn)動(dòng)，提高反應(yīng)器內(nèi)液體的混合性能多相反應(yīng)體系，可以提高傳熱速率

移動(dòng)床固體顆粒自上而下作定向移動(dòng)與反應(yīng)流體逆向接觸用于多相體系，催化劑可以連續(xù)再生

滴流床是固定反應(yīng)器的一種，但反應(yīng)物還包括氣液兩種屬于固定床的一種，用于使用固體催化劑的氣液反應(yīng)過程按照反應(yīng)器結(jié)構(gòu)分：氣固相反應(yīng)器的選擇固定床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器流速繼續(xù)增大，當(dāng)流體通過固體顆粒產(chǎn)生的摩擦力與固體顆粒的浮力之和等于顆粒自身重力時(shí)，床層略有膨脹，但顆粒不能自由運(yùn)動(dòng)，顆粒間仍處于接觸狀態(tài)，當(dāng)流速進(jìn)一步增加到高于初始流化的流速時(shí)，顆粒全部懸浮在向上流動(dòng)的流體中，即進(jìn)入流化狀態(tài)。此時(shí)床層高度發(fā)生變化，但存在明顯的上界面當(dāng)流速較低時(shí)，床層固體顆粒靜止不動(dòng)，顆粒之間仍保持接觸，床層的空隙率及高度都不變，流體只在顆粒間的縫隙中通過固定床流態(tài)化現(xiàn)象臨界流化床流化床流態(tài)化現(xiàn)象流化床壓降流態(tài)化現(xiàn)象流態(tài)化:固體顆粒通過與流體接觸，轉(zhuǎn)化成類似流體狀態(tài)的操作或?qū)⒐腆w顆粒懸浮于運(yùn)動(dòng)的流體中氣固相催化反應(yīng)器的基本類型：

固定床反應(yīng)器

流化床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器定義：在反應(yīng)器中，若原料氣以一定流速通過靜止催化劑的固體層，通常把這類反應(yīng)器稱為固定床反應(yīng)器。

固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器在固定床中，流體在顆粒間的空隙中流動(dòng)，流動(dòng)通道是彎曲、變徑、相互交錯(cuò)的，流體撞擊顆粒后分流、混合、改變流向，增加了流體的擾動(dòng)程度。徑向混合軸向混合流體沿軸向依次流過一個(gè)由顆粒間空隙形成的串聯(lián)著的“小槽”，在進(jìn)口處，由于孔道收縮，流速增大，進(jìn)到“小槽”后，由于突然擴(kuò)大而減速，形成混合由于流體在流動(dòng)過程中不斷撞擊到顆粒上，發(fā)生流股的分裂而造成流體在固定床中的流動(dòng)特性流動(dòng)過程流體以平均流速沿軸向作理想置換流動(dòng)流體的徑向和軸向的混合擴(kuò)散，包括層流時(shí)的分子擴(kuò)散和湍流時(shí)的渦流擴(kuò)散床層內(nèi)流體的混合程度可通過在軸向置換流基礎(chǔ)上迭加相應(yīng)的混合擴(kuò)散來表示，并根據(jù)此流動(dòng)機(jī)理推導(dǎo)出該模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式流體在固定床中的流動(dòng)特性流動(dòng)阻力流體與顆粒表面間的摩擦阻力流體在孔道中的收縮、擴(kuò)大和再分布所造成的局部阻力層流湍流床層壓降流體在固定床中的流動(dòng)特性氣體分布不均勻的原因空隙率分布流速分布流體初始動(dòng)能催化劑床層氣體分布流體在固定床中的流動(dòng)特性特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：

a.操作中氣流可看成是理想置換，完成相同的生產(chǎn)任務(wù)所需要的有效體積小，催化劑用量少。b.氣體的停留時(shí)間可以嚴(yán)格控制，有利于選擇性的提高。c.催化劑不易磨損，可長時(shí)間連續(xù)使用。d.可用于高溫高壓下操作。第五章固定床反應(yīng)器

固定床反應(yīng)器由于固體催化劑在床層靜止不動(dòng)，也存在一些缺點(diǎn)：

a.導(dǎo)熱性能差，溫控難。

化學(xué)反應(yīng)總是伴隨著熱效應(yīng)，溫度對(duì)反應(yīng)速度影響很大，反應(yīng)過程要求及時(shí)移走或供給熱量，但在固定床內(nèi)，由于催化劑載體往往導(dǎo)熱性不良，流體流速受壓降限制又不能太大，這就造成了傳熱和溫度控制上的困難。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)速度降低，反應(yīng)速度減慢，使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，稱為“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。所以，固定床反應(yīng)器從結(jié)構(gòu)到操作控制所作的種種改進(jìn)，大多數(shù)是為了解決這個(gè)問題。

缺點(diǎn)：

a.導(dǎo)熱性能差，溫控難。b.難于使用小顆粒催化劑。c.催化劑再生、更換均不方便等。特點(diǎn)：固定床反應(yīng)器的及其應(yīng)用

固定床反應(yīng)器絕熱式換熱式對(duì)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(zhì)分按段間換熱方式分按冷流體是否為原料氣分固定床催化反應(yīng)器的分類按催化劑床層數(shù)分固定床反應(yīng)器不同的傳熱要求和傳熱方式絕熱式二段三段四段冷激式反應(yīng)特征單段絕熱式段間反應(yīng)氣冷卻或加熱方式中間間接換熱式多段絕熱式原料氣冷激式非原料氣冷激式換熱式對(duì)外換熱式自熱式加壓熱水（＜240℃）導(dǎo)熱油（250~300℃）熔鹽（＞300℃）反應(yīng)氣的流動(dòng)方向軸向流動(dòng)固定床反應(yīng)器徑向流動(dòng)固定床反應(yīng)器分類及其應(yīng)用分類及其應(yīng)用固定床反應(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。分類及其應(yīng)用絕熱式固定床反應(yīng)器

反應(yīng)器絕熱措施良好，無熱量損失且與外界無熱量交換。對(duì)于可逆放熱反應(yīng)，依靠本身放出的反應(yīng)熱而使反應(yīng)氣體溫度逐步升高；催化床入口氣體溫度高于催化劑的起始活性溫度，而出口氣體溫度低于催化劑的耐熱溫度。絕熱式反應(yīng)器又分為單段絕熱式和多段絕熱式。分類及其應(yīng)用絕熱式固定床反應(yīng)器其特點(diǎn)是反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)便宜，反應(yīng)器體積利用率較高。適用于反應(yīng)熱效應(yīng)較小、反應(yīng)溫度允許波動(dòng)范圍較寬、單程轉(zhuǎn)化率較低的反應(yīng)過程催化劑原料氣產(chǎn)物氣瓷環(huán)瓷球單段絕熱式固定床反應(yīng)器絕熱式固定床反應(yīng)器中間換熱式是指冷、熱流體是通過段間的換熱器管壁進(jìn)行熱量的交換。其作用是將上一段的反應(yīng)氣體冷卻至適宜溫度后再進(jìn)入下一段反應(yīng)，反應(yīng)氣體冷卻所放出的熱量可用于對(duì)未反應(yīng)的原料氣體預(yù)熱或通入外來換熱介質(zhì)移走。而換熱設(shè)備可以放在反應(yīng)器外絕熱式固定床反應(yīng)器中間換熱式催化劑催化劑換熱器進(jìn)料多段絕熱式固定床反應(yīng)器絕熱式固定床反應(yīng)器冷激式多段絕熱式固定床反應(yīng)器冷激式是采用冷激氣體直接與反應(yīng)器內(nèi)的氣體混合，達(dá)到降低反應(yīng)溫度的目的，根據(jù)使用冷激的氣體不同，又可分為原料氣冷激式反應(yīng)器和非原料氣冷激式反應(yīng)器。

列管式固定床反應(yīng)器進(jìn)氣出氣冷卻水熱水列管式固定床反應(yīng)器通常是在管內(nèi)充填催化劑，管間通熱載體，氣體原料自上而下通過催化劑床層進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)熱通過管壁與管外的熱載體進(jìn)行熱交換列管式固定床反應(yīng)器按不同熱載體和熱載體不同循環(huán)方式分類，列管式固定床反應(yīng)器有多種結(jié)構(gòu)型式沸騰床外部循環(huán)式氣體換熱式內(nèi)部循環(huán)式自熱式固定床反應(yīng)器自熱式反應(yīng)器是指換熱介質(zhì)為原料氣，并通過管壁與反應(yīng)物料進(jìn)行換熱以維持反應(yīng)溫度的反應(yīng)器。適用于熱效應(yīng)不大的放熱反應(yīng)以及高壓反應(yīng)過程特點(diǎn)是利用反應(yīng)熱對(duì)原料進(jìn)行預(yù)熱，實(shí)現(xiàn)了熱量自給，從而使設(shè)備更緊湊與高效、熱量利用率高、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。若反應(yīng)放出的熱量較大，只靠反應(yīng)管的傳熱面積不能維持床層溫度時(shí)，工業(yè)上常在催化劑層內(nèi)插入各種各樣的冷卻管，從而增大了傳熱面積，并可使催化劑層溫度分布接近于較理想的狀況。

34甲烷化爐自熱式固定床反應(yīng)器自熱式反應(yīng)器在開車時(shí)需要外部熱源。固定床催化反應(yīng)器的熱點(diǎn)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(diǎn)溫度。軸向的溫度分布主要決定于沿軸向各點(diǎn)的放熱速率和管外載熱體的移熱速率。

圖5.12列管式固定床反應(yīng)器的溫度分布如圖5.12所示。在熱點(diǎn)以前放熱速率大于移熱速率，因此出現(xiàn)軸向床層溫度升高，熱點(diǎn)以后恰恰相反，床層溫度逐漸降低?？刂茻狳c(diǎn)溫度是使反應(yīng)順利進(jìn)行的關(guān)鍵。熱點(diǎn)溫度過高，使反應(yīng)選擇性降低，催化劑變劣，甚至使反應(yīng)失去穩(wěn)定型而產(chǎn)生“飛溫”。熱點(diǎn)出現(xiàn)的位置與高度和反應(yīng)條件的控制、傳熱和催化劑的活性有關(guān)。隨著催化劑的逐漸老化，熱點(diǎn)溫度逐漸下降，其高度也逐漸降低。熱點(diǎn)溫度的出現(xiàn)，使整個(gè)催化床層中只有一小部分催化劑在所要求的溫度條件下操作，影響了催化劑效率的充分發(fā)揮，為了降低熱點(diǎn)溫度，減少軸向溫差，使沿軸向大部分催化劑床層能在適宜的溫度范圍內(nèi)操作，

工業(yè)生產(chǎn)上所采取的措施有：

①在原料氣中帶入微量抑制劑，使催化劑部分毒化；

②在原料氣入口處附近的反應(yīng)管上層放置一定高度為惰性載體稀釋的催化劑，或放置一定高度已部分老化的催化劑，這兩點(diǎn)措施是降低入口處附近的反應(yīng)速率，以降低放熱速率，使與移熱速率盡可能平衡。

③采用分段冷卻法，改變移熱速率，使與放熱速率盡可能平衡。由于有些反應(yīng)具有爆炸危險(xiǎn)性，在設(shè)計(jì)反應(yīng)器時(shí)必須考慮防爆裝置，如設(shè)置安全閥、防爆膜等操作時(shí)原料必須充分混合后再進(jìn)入反應(yīng)器，原料組成要考慮爆炸極限的限制，有時(shí)為了安全，需加水蒸汽或氮?dú)庾鳛橄♂寗?。固定床反?yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)6.1.3固定床反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)6.1.3.1固定床反應(yīng)器的床層特點(diǎn)1.催化劑顆粒的直徑和形狀系數(shù)（1）體積相當(dāng)直徑dV體積相當(dāng)直徑是以顆粒（非球型顆粒）體積相等的球體的直徑表示的顆粒直徑。由可以導(dǎo)出 （6-1）6.1.3固定床反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)（2）外表面積相當(dāng)直徑外表面積相當(dāng)直徑是以與顆粒的外表面積相等的球體的直徑表示的顆粒直徑，在固定床傳熱及傳質(zhì)研究中常用這種直徑。由A=可以導(dǎo)出(6-2)6.1.3固定床反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)（3）比表面積相當(dāng)于直徑d比表面積相當(dāng)于直徑是以與顆粒的比表面積相等的球體的直徑表示的顆粒直徑，計(jì)算固定床壓力降時(shí)常用這種直徑。這里的比表面積是指單位體積顆粒所具有的外表面積，以S表示則（6-3）6.1.3固定床反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)（4）平均直徑當(dāng)顆粒的形狀不規(guī)則、大小也不均勻的時(shí)應(yīng)采用平均直徑。a.統(tǒng)計(jì)平均直徑（6-4）b.調(diào)和平均直徑（6-5）留在某一號(hào)篩上的顆粒直徑為

（6-6）6.1.3固定床反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)（5）形狀系數(shù)

催化劑顆粒的形狀系數(shù)定義為：球形顆粒的外表面積與體積相同的非球形顆粒的外表面積之比，即

（6-7）6.1.3固定床反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)2.床層空隙率空隙率是催化劑床層的空隙體積與催化劑床層總體積之比，可用式(6-8)進(jìn)行計(jì)算。

(6-8)452床層空隙率εB

單位體積床層內(nèi)的空隙體積(沒有被催化劑占據(jù)的體積，不含催化劑顆粒內(nèi)的體積)。若不考慮壁效應(yīng)，裝填有均勻顆粒的床層，其空隙率與顆粒大小無關(guān)。床層空隙率是一個(gè)重要的參數(shù)，影響因素是顆粒形狀及大小、粒度分布、顆粒與床層直徑比和顆粒的裝填方式。床層空隙率是一個(gè)重要的參數(shù)，影響因素是顆粒形狀及大小、粒度分布、顆粒與床層直徑比和顆粒的裝填方式。壁效應(yīng)床層空隙率沿床層

徑向分布不同，離

壁面約一個(gè)粒子直

徑處的床層空隙率

最大。

4647床層內(nèi)空隙率徑向分布不均勻，引起各處的流速不同，因而床層內(nèi)各處的傳熱和停留時(shí)間也不一樣。為減少壁效應(yīng)的影響，設(shè)計(jì)時(shí)要求床層直徑至少要大于顆粒直徑的8倍以上。6.1.3固定床反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)6.1.3.2固定床反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)特性固定床反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)直接影響床層的壓力降和傳遞過程，并最終影響反應(yīng)結(jié)果。6.1.3固定床反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)圖6-8固定床中的徑向流速分布6.1.3.2固定床反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)特性固定床反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)直接影響床層的壓力降和傳遞過程，并最終影響反應(yīng)結(jié)果。6.1.3固定床反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)6.1.3.3流體流過固定床層的壓力降固定床的壓力降可表示為

(6-9)經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定，修正摩擦系數(shù)fM與修正雷諾數(shù)ReM的關(guān)系可表示為(6-10)而修正雷諾數(shù)(6-11)6.1.3固定床反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)當(dāng)ReM<10時(shí)，流體處于滯流狀態(tài)，式(6-10)中150/ReM>>1.75，即式(6-9)可簡化為(6-12)當(dāng)ReM>1000時(shí)，流體處于湍流狀態(tài)，式(6-l0)中150/ReM<<1．75，即式(6-9)可簡化為

(6-13)6.1.4固定床反應(yīng)器中的傳質(zhì)與傳熱6.1.4.1固定床中的傳質(zhì)內(nèi)擴(kuò)散控制過程發(fā)生的場合是，顆粒大，因而內(nèi)擴(kuò)散阻力大，內(nèi)擴(kuò)散速度?。粶囟雀咭蚨瘜W(xué)反應(yīng)速度快；氣速高因而外擴(kuò)散速度大。內(nèi)擴(kuò)散控制過程濃度分布特征是CAg≈CAs>>CAc≈CAeq。外擴(kuò)散的控制過程傳質(zhì)速度（外擴(kuò)散速度）即為總反應(yīng)速度。外擴(kuò)散控制發(fā)生的場合是顆粒小，氣速小、溫度高。外擴(kuò)散控制過程濃度分布的特征是CAg>>CAs≈CAc≈CAeq。6.1.5固定床反應(yīng)器的工藝計(jì)算6.1.5.1經(jīng)驗(yàn)法1.空速Sv單位體積的催化劑在單位時(shí)間內(nèi)所通過的原料標(biāo)準(zhǔn)體積流量，稱為空間速率，簡稱空速。即

Sv=(6-17)“標(biāo)準(zhǔn)摩爾體積指在標(biāo)準(zhǔn)狀況下(STP,0℃,101kPa),一摩爾氣體所占有的體積。標(biāo)準(zhǔn)下1摩爾體積是22.4升Vm=22.4L/mol6.1.5固定床反應(yīng)器的工藝計(jì)算6.1.5.1經(jīng)驗(yàn)法1.空速Sv單位體積的催化劑在單位時(shí)間內(nèi)所通過的原料標(biāo)準(zhǔn)體積流量，稱為空間速率，簡稱空速。即

Sv=(6-17)例題：某固定床反應(yīng)器催化劑用量20m3，反應(yīng)原料混合氣通入量W=2500kg/h，已知原料氣的平均分子量為30。試求：空速Sv。6.1.5固定床反應(yīng)器的工藝計(jì)算6.1.5.1經(jīng)驗(yàn)法1.空速Sv例題：某固定床反應(yīng)器催化劑用量20m3，反應(yīng)原料混合氣通入量W=2500kg/h，已知原料氣的平均分子量為30。試求：空速Sv。W=2500kg/hM=30g/mol“標(biāo)準(zhǔn)摩爾體積指在標(biāo)準(zhǔn)狀況下(STP,0℃,101kPa),一摩爾氣體所占有的體積。標(biāo)準(zhǔn)下1摩爾體積是22.4升Vm=22.4L/mol6.1.5固定床反應(yīng)器的工藝計(jì)算1.空速Sv例題：某固定床反應(yīng)器催化劑用量20m3，反應(yīng)原料混合氣通入量W=2500kg/h，已知原料氣的平均分子量為30。試求：空速Sv。W=2500kg/hM=30g/molVm=22.4L/molVON=W/M?Vm

=2500kg/h/30g/mol

?22.4L/mol

=1866Nm3/hSV=1866m3/20m3=93.3Nm3/(m3?h)6.1.5固定床反應(yīng)器的工藝計(jì)算2．催化劑空時(shí)收率SW。定義為：單位質(zhì)量(或體積)的催化劑在單位時(shí)間內(nèi)所獲得的目的產(chǎn)物量。即

Sw=(6-18)

6.1.5固定床反應(yīng)器的工藝計(jì)算3．催化劑負(fù)荷SG定義為：單位質(zhì)量的催化劑在單位時(shí)間內(nèi)所處理的某一原料量。即

SG=(6-19)6.1.5固定床反應(yīng)器的工藝計(jì)算3．催化劑負(fù)荷SG定義為：單位質(zhì)量的催化劑在單位時(shí)間內(nèi)所處理的某一原料量。即

SG=(6-19)例2在比較適宜的工藝條件下，苯催化氧化制順丁烯二酸酐（空氣法）的單管試驗(yàn)得到的催化劑負(fù)荷SG=150g苯/（kg催化劑.h），試按此經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定每小時(shí)處理7700kg原料氣體（其中苯含量為4.52重量%）的列管式固定床反應(yīng)器的催化劑床層體積（設(shè)ρB=810kg/m3）。流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器定義：若原料氣通過反應(yīng)器時(shí)，固體顆粒受流體的影響而懸浮于氣流中，這類反應(yīng)器稱為流化床反應(yīng)器。流態(tài)化現(xiàn)象大氣泡和騰涌現(xiàn)象特征：氣泡在上升過程中不斷匯合長大，當(dāng)氣泡直徑大到與床徑相等時(shí)，顆粒層氣泡像活塞一樣向上推動(dòng)，達(dá)到一定高度后氣泡破裂，引起部分顆粒的分散下落后果:導(dǎo)致氣固間接觸不好。原因：床高與床層直徑比較大、顆粒直徑較大、氣速較高溝流現(xiàn)象特征:氣體通過床層時(shí)形成短路部分.后果：由于顆粒沒有流化或流化不好，從而引起催化劑的燒結(jié).原因：顆粒很細(xì)、密度大且氣速很低；潮濕的物料和易于粘結(jié)的物料；氣體分布板設(shè)計(jì)不好，不正常流化現(xiàn)象特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

（1）傳熱效率高，床內(nèi)溫度易于維持均勻?！@對(duì)于熱效應(yīng)大而對(duì)溫度又很敏感的過程是很重要的，因此特別地被應(yīng)用于氧化、裂解、焙燒以及干燥等各種過程。

（2）大量固體粒子可方便地往來輸送?！@對(duì)于催化劑迅速失活而需隨時(shí)再生的過程（如催化裂化）來說，正是能否實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵。此外，單純作為粒子的輸送手段，在各行業(yè)中也得到廣泛應(yīng)用。（3）可采用細(xì)顆粒催化劑，可以消除內(nèi)擴(kuò)散阻力，充分發(fā)揮催化劑的效能。缺點(diǎn)：（2）粒子運(yùn)動(dòng)基本上是全混式，因此停留時(shí)間不一，在以粒子為加工對(duì)象時(shí)，可影響產(chǎn)品質(zhì)量的均一性，且轉(zhuǎn)化率不高；另外粒子的全混也造成氣體的部分返混，影響反應(yīng)速度和造成副反應(yīng)的增加。（3）粒子的磨損和帶出造成催化劑的損失，并要有旋風(fēng)分離器等粒子回收系統(tǒng)。（1）氣流狀況不均，不少氣體以氣泡狀態(tài)經(jīng)過床層，g-s兩相接觸不夠有效，在要求高轉(zhuǎn)化率時(shí)，這種狀況更為不利。特點(diǎn)流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)一、流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)流化床內(nèi)的固體像流體一樣運(yùn)動(dòng)，由于流態(tài)化的特殊運(yùn)動(dòng)形式，主要適用于氣－固、液－固以及氣－液－固催化或非催化反應(yīng)，典型的是催化裂解裝置。流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)一、流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)-優(yōu)點(diǎn)1、有利于非均相反應(yīng)的進(jìn)行，提高了催化劑的利用率

2、顆粒在床內(nèi)混合激烈，顆粒在全床內(nèi)溫度和濃度均勻一致，有利于強(qiáng)放熱反應(yīng)的等溫操作。

3、床內(nèi)顆?？纱罅恳瞥龌蛞?，并在兩個(gè)床間大量循環(huán)，使得一些反應(yīng)－再生、吸熱－放熱、正－逆等反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)，尤其催化劑再生容易；

4、傳熱、傳質(zhì)速率較其他接觸方式高

5、操作彈性范圍寬，單位設(shè)備能力大、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)-缺點(diǎn)缺點(diǎn)：

1、氣體流動(dòng)狀態(tài)與理想轉(zhuǎn)換偏離較大，氣體與顆粒返混，沒有溫度差和濃度差，氣體可能以氣泡通過，氣固接觸不良，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率降低。

2、催化劑顆粒間碰撞劇烈，造成破碎，增加損失和除塵困難；

3、顆粒磨蝕作用，管道和設(shè)備腐蝕嚴(yán)重流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)流化床優(yōu)點(diǎn)是主要的，流化態(tài)操作的經(jīng)濟(jì)效果不錯(cuò)，特別是傳熱和傳質(zhì)速率快、床層溫度均勻、操作穩(wěn)定，對(duì)于熱效應(yīng)很大的大規(guī)模生產(chǎn)特別有利。比較適用于熱效應(yīng)很大的放熱或吸熱過程、要求有均一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)間需更換（活化）的反應(yīng)；一般不適用于要求高轉(zhuǎn)化率和要求催化劑層有溫度分布的反應(yīng)。流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)流化床反應(yīng)器的類型和結(jié)構(gòu)

流化床結(jié)構(gòu)形勢較多，一般由流化床反應(yīng)器主體、氣體分布裝置、內(nèi)部構(gòu)件、換熱裝置、氣體分離裝置等組成

流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)

1、流化床反應(yīng)器主體按床層中的介質(zhì)密度分為濃相段（有效體積）和稀相段，底部設(shè)有錐底，有些床的上部有擴(kuò)大段，用以增強(qiáng)固體顆粒的沉降。

2、氣體分布裝置包括設(shè)置在錐底的預(yù)分布器和氣體分布板。

3、內(nèi)部構(gòu)件一般布置在濃相段，破碎氣體在床中產(chǎn)生的氣泡，增大氣固相間的接觸機(jī)會(huì)，減少返混，增加反應(yīng)數(shù)量和提高轉(zhuǎn)化率。主要包括擋板、擋網(wǎng)和填充物。

4、換熱裝置常見的有單管式、套管式、列管束式、橫列管束式、U形管式、蛇管式（盤管）

5、氣固分離裝置主要有旋風(fēng)分離器和過濾管（網(wǎng)）

移動(dòng)床反應(yīng)器/滴流床反應(yīng)器

移動(dòng)床反應(yīng)器由固體顆粒參與的反應(yīng)器，與固定床反應(yīng)器相似，不同之處固體顆粒自反應(yīng)器頂部連續(xù)加入，自上而下移動(dòng)，由底部卸出。適用于催化劑需連續(xù)進(jìn)行再生的催化反應(yīng)過程和固相加工反應(yīng)。

滴流床反應(yīng)器，又也屬于固定床反應(yīng)器，

用于使用固體催化劑的氣液反應(yīng)，通常氣稱涓流床反應(yīng)器液體自上而下形成并流流動(dòng)，有時(shí)也采用逆流操作。如石油餾分加氫脫硫就是使用該反應(yīng)器。三、氣固相催化反應(yīng)器的選擇

一般從反應(yīng)特點(diǎn)、反應(yīng)熱、工藝要求、反應(yīng)器特點(diǎn)、催化劑性能等方面綜合考慮反應(yīng)器的選擇。型式適用的反應(yīng)應(yīng)用的特點(diǎn)應(yīng)用舉例固定床氣固（催化或非催化）相返混小，高轉(zhuǎn)化率，催化劑用量少，不易磨損，但傳熱控溫不易，催化劑裝卸麻煩乙苯脫氫制苯乙烯、合成氨流化床氣固（催化或非催化）相傳熱好、溫度均勻，易控制，催化劑有效系數(shù)大，粒子輸送容易，但損耗大，返混大，對(duì)高轉(zhuǎn)化率不利，操作條件限制較大苯氧化制苯酐、石油催化裂化移動(dòng)床氣固（催化或非催化）相固體返混小，固氣比可變性大，但粒子傳輸較易，床內(nèi)溫差大，調(diào)節(jié)困難石油催化裂化、礦物的培燒冶煉固定床反應(yīng)器與流化床的特點(diǎn)區(qū)別流化床反應(yīng)器是指催化劑顆粒在反應(yīng)過程中處于激烈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的氣固相反應(yīng)催化反應(yīng)器。流體通過由固定不動(dòng)的催化劑構(gòu)成的床層進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備稱為固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器與流化床的特點(diǎn)區(qū)別要素固定床流化床轉(zhuǎn)化率近似活塞流，轉(zhuǎn)化率高氣固分布不均勻，接觸不充分，轉(zhuǎn)化率低傳熱效果床層固定，熱量不易散發(fā)，傳熱效果差顆粒與流體不斷攪動(dòng)，傳熱效果好催化劑再生床層固定，催化劑再生不方便催化劑顆粒運(yùn)動(dòng)，再生方便催化劑磨損催化劑幾乎無磨損催化劑磨損產(chǎn)生大量細(xì)粉被氣體夾帶，造成催化劑損失和環(huán)境污染催化劑表面利用率由于空隙率的要求催化劑顆粒不能太小，表面利用率低粒度很小的固體顆?？障堵室膊粫?huì)太小，催化劑表面利用率高氣液相反應(yīng)器選擇、設(shè)計(jì)、操作與控制氣液相反應(yīng)反應(yīng)器氣液相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)鼓泡塔反應(yīng)器概述

氣液相反應(yīng)

在反應(yīng)過程中至少有一種反應(yīng)物在氣相，另一些物質(zhì)在液相，氣相中的反應(yīng)物必須傳遞到液相中，然后在液相中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種類型的反應(yīng)稱氣液相反應(yīng)。

氣液相反應(yīng)與化學(xué)吸收特點(diǎn)區(qū)別：共同點(diǎn)：化學(xué)吸收研究—側(cè)重傳質(zhì)區(qū)別：氣液相反應(yīng)——側(cè)重化學(xué)反應(yīng)，研究傳質(zhì)過程如何影響化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性、宏觀速率研究傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)之間的關(guān)系

氣液相反應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用工業(yè)反應(yīng)工業(yè)應(yīng)用舉例有機(jī)物氧化鏈狀烷烴氧化成酸；對(duì)二甲苯氧化生產(chǎn)對(duì)苯二甲酸；環(huán)已烷氧化生產(chǎn)環(huán)已酮；乙醛氧化生產(chǎn)醋酸；乙烯氧化生產(chǎn)乙醛有機(jī)物氯化苯氯化為氯化苯；十二烷烴的氯化；甲苯氯化為氯化甲苯；乙烯氯化有機(jī)物加氫烯烴加氫；脂肪酸酯加氫其他有機(jī)反應(yīng)甲醇羥基化為醋酸；異丁烯被硫酸所吸收；醇被三氧化硫硫酸鹽化；烯烴在有機(jī)溶劑中聚合酸性氣體的吸收SO3被硫酸所吸收；NO2被稀硝酸所吸收；CO2和H2S被堿性溶液所吸收；反應(yīng)器類型鼓泡塔反應(yīng)器氣體以小的氣泡形式均勻分布，連續(xù)不斷的通過氣液反應(yīng)層，保證充足的氣液接觸，氣液充分混合反應(yīng)良好這類反應(yīng)器適用于液體相也參與反應(yīng)的中速、慢速反應(yīng)和放熱量大的反應(yīng)。填料塔反應(yīng)器液體沿填料表面向下流動(dòng)，在填料表面形成液膜面而與氣相接觸進(jìn)行反應(yīng)，故液相主體量較少，適用于瞬間反應(yīng)、快速和中速反應(yīng)過程板式塔反應(yīng)器液相是連續(xù)相，氣體是分散相，借助于氣相通過塔板分散成小氣泡與板上液體相接觸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。-適用于快速和中速反應(yīng)噴霧塔反應(yīng)器液體以細(xì)小液滴的方式分散于氣體中，氣體為連續(xù)相，液體為分散相，具有相接觸面積大和氣相壓降小等優(yōu)點(diǎn)適用于瞬間、界面和快速反應(yīng)，固體生成反應(yīng)降膜反應(yīng)器借助管內(nèi)的流動(dòng)液膜進(jìn)行氣液反應(yīng)，管外使用載熱流體導(dǎo)入或?qū)С龇磻?yīng)熱。適用于瞬間、界面和快速反應(yīng)，固體生成反應(yīng)攪拌鼓泡釜式反應(yīng)器以鼓泡塔反應(yīng)器的基礎(chǔ)上加上機(jī)械攪拌以增大傳質(zhì)效率。適用于瞬間、界面和快速反應(yīng)，固體生成反應(yīng)機(jī)械攪拌的作用下反應(yīng)器內(nèi)氣體能較好的分散成細(xì)小的氣泡，增大氣液接觸面積，但攪拌接近全混，能耗高。

氣液相反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)無論在液相中進(jìn)行的是簡單反應(yīng)還是復(fù)雜反應(yīng)，宏觀上總可以將氣液相反應(yīng)分解成傳質(zhì)和反應(yīng)兩個(gè)過程，這兩個(gè)過程組成一個(gè)統(tǒng)一體，先傳質(zhì)后反應(yīng)。

氣液相反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)氣液相反應(yīng)的基本特征

無論在液相中進(jìn)行的是簡單反應(yīng)還是復(fù)雜反應(yīng)，宏觀上總可以將氣液相反應(yīng)分解成傳質(zhì)和反應(yīng)兩個(gè)過程，這兩個(gè)過程組成一個(gè)統(tǒng)一體，先傳質(zhì)后反應(yīng)。

傳質(zhì)和反應(yīng)的統(tǒng)一體內(nèi)，傳質(zhì)和反應(yīng)雙方互相影響和制約。這個(gè)統(tǒng)一體所表現(xiàn)出來的速率，往往既非反應(yīng)的本征速率，也非傳質(zhì)的本征速率，而是這兩者矛盾統(tǒng)一的速率——宏觀速率。傳質(zhì)和反應(yīng)統(tǒng)一體的統(tǒng)一水平受流體力學(xué)、傳熱和傳質(zhì)等傳遞過程和流體的流動(dòng)與混合等等因素的影響。這個(gè)統(tǒng)一水平是相對(duì)的可以變化的，即是可調(diào)的。雙膜理論假設(shè)平靜的氣