固定床反应器课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,固定床反应器,固定床反应器,1,1.,定义：凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置。,固体催化剂颗粒堆积起来所形成的固定床层静止不动，气体反应物自上而下流过床层，进行反应的装置称作固定床反应器。,一、,固定床反应器定义,2,一、固定床反应器定义2,3,3,4,4,5,5,固定床反应器,热载体：,水、高压水：,100300,导生油：,200350,熔盐：,300500,烟道气：,600700,特点：,换热效果好、床温均匀，但结构较复杂,。,应用：,热效应大、温度要求均匀控制的场合,6,固定床反应器热载体：水、高压水：1003006,7,7,大家应该也有点累了，稍作休息,大家有疑问的，可以询问和交流,8,大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流8,二、,固定床反应器的优缺点,：,1,、催化剂不易磨损。,2,、传热较差。,3,、固定床层内的气相流动接近平推流，有利于实现较高的转化率与选择性；,4,、可用较少量的催化剂和较小的反应器容积获得较大的生产能力；,5,、结构简单、催化剂机械磨损小，适合于贵金属催化剂；,6,、反应器的操作方便、操作弹性较大。,9,二、固定床反应器的优缺点：9,固定床反应器的优缺点,相对于流化床反应器，固定床反应器缺点 ：,催化剂颗粒较大，有效系数较低；,催化剂床层的传热系数较小，容易产生局部过热；,催化剂颗粒的更换费事，不适于容易失活的催化剂。,10,固定床反应器的优缺点相对于流化床反应器，固定床反应器缺点,三、固定床反应器类型,固定床反应器形式多种多样，按床层与外界的传热方式分类，可有以下几类：,绝热式固定床反应器，,多段绝热式固定床反应器，,列管式固定床反应器，,自热式反应器。,）,）,11,三、固定床反应器类型固定床反应器形式多种多样，按床层与外,固定床反应器类型,1.,绝热式固定床反应器,反应器外壳包裹绝热保温层，使催化剂床层与外界没有热量交换。中空圆筒的底部,放置搁板，上面堆放固体催化剂。气体从上而下通过催化剂床层。,结构简单，床层横截面温度均匀。单位体积内催化剂量大，即生产能力大。但只适用于热效应不大的反应。,12,固定床反应器类型1.绝热式固定床反应器 12,原料气,产物,催化剂,绝热式,固定床,反应器,固定床反应器类型,13,原料气产物催化剂绝热式固定床反应器类型13,固定床反应器类型,1,、绝热式固定床反应器可分为轴向反应器和径向反应器。,(1),轴向绝热式固定床反应器,如图,(a),所示。这种反应器结构最简单，实际上是一个容器，催化剂均匀堆置于床内，预热到一定温度的反应物料自上而下流过床层进行反应，床层同外界无热交换,14,固定床反应器类型1、绝热式固定床反应器可分为轴向反应器和径向,固定床反应器类型,(2),径向绝热式固定床反应器,如图,(b),所示。径向反应器的结构较轴向反应器复杂，催化剂装载于两个同心圆构成的环隙中，流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动。,径向反应器的优点是流体流过的距离较短，流道截面积较大，床层阻力降较小。,15,固定床反应器类型(2)径向绝热式固定床反应器15,固定床反应器类型,（,a,） （,b,）,16,固定床反应器类型（a）,固定床反应器类型,17,固定床反应器类型17,固定床反应器类型,2.,多段绝热式固定床反应器,热效应大，常把催化剂床层分成几段,(,层,),，段间采用间接冷却或原料气（或惰性组分）冷激，以控制反应温度在一定的范围内 。,图,(c),是用于,SO,2,转化的多段绝热反应器，段间引入冷空气进行冷激。对于这类可逆放热反应过程，通过段间换热形成先高后低的温度变化，提高转化率和反应速率。,18,固定床反应器类型2.多段绝热式固定床反应器18,固定床反应器类型,19,固定床反应器类型19,固定床反应器类型,3.,列管式固定床反应器,热效应较大，不宜采用绝热式反应器，可采用换热式固定床反应器。此设备如同列管式换热器，又称为列管式固定床反应器。,如图,(d),所示，反应器由多根反应管并联构成，管径一般为,25 30,，管数可达万根以上。管内装催化剂，传热介质流经管间进行加热或冷却。,20,固定床反应器类型3.列管式固定床反应器20,固定床反应器类型,21,固定床反应器类型21,固定床反应器类型,列管式固定床反应器具有良好的传热性能，单位床层体积具有较大的传热面积，可用于热效应中等或稍大的反应过程。反应器由成千上万根“单管”组成。一根单管的反应性能可以代表整个反应器的反应效果，因而放大设计较有把握，在实际生产中应用比较广泛。,22,固定床反应器类型列管式固定床反应器具有良好的传热性能，单,列管式,固定床,反应器,23,列管式23,固定床反应器类型,列管式反应器优点：,传热较好，管内温度较易控制；,返混小、选择性较高；,只要增加管数，便可有把握地进行放大；,对于极强的放热反应，还可用同样粒度的惰性物料来稀释催化剂,适用,:,原料成本高，副产物价值低以及分离不是十分容易的情况。,24,固定床反应器类型列管式反应器优点：24,固定床反应器类型,25,固定床反应器类型25,固定床反应器类型,4,、自热式反应器,采用反应放出的热量来预热新鲜的进料，达到热量自给和平衡，其设备紧凑，可用于高压反应体系。,但其结构较复杂，操作弹性较小，启动反应时常用电加热。,26,固定床反应器类型4、自热式反应器26,四、传热介质,传热介质的选用根据反应的温度范围决定，其温度与催化床的温差宜小，但又必须移走大量的热，常用的传热介质有：,1.,沸腾水：,温度范围,100300,。使用时需注意水质处理，脱除水中溶解的氧。,2.,联苯醚、烷基萘为主的石油馏分：,粘度低，无腐蚀，无相变，温度范围,200 350,27,四、传热介质传热介质的选用根据反应的温度范围决定，其温度与催,传热介质,3.,熔盐：,温度范围,300,400,，由无机熔盐,KNO,3,、,NaNO,3,、,NaNO,2,按一定比例组成，在一定温度时呈熔融液体，挥发性很小。但高温下渗透性强，有较强的氧化性。,4.,烟道气：,适用于,600,700,的高温反应。,28,传热介质3.熔盐：温度范围300400，由无机熔盐KN,五、,固定床的传递特性,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。,29,五、固定床的传递特性气体在催化剂颗粒之间的孔隙中流动，较在管,固定床的传递特性,1,、颗粒尺寸,颗粒尺寸是颗粒体系的重要参数，常用粒径来表示。球形粒子的粒径是其直径，其他形状的粒子粒径则需定义。,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，可将其折合成具有相同的体积（或外表面积、比表面积）的球形颗粒，以当量直径表示。如体积、外表面积、比表面积当量直径。,30,固定床的传递特性1、颗粒尺寸30,固定床的传递特性,2,、 床层空隙率,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,),。,若不考虑壁效应，装填有均匀颗粒的床层，其空隙率与颗粒大小无关。,31,固定床的传递特性2、 床层空隙率 31,固定床的传递特性,床层空隙率是一个重要的参数，影响因素是颗粒形状及大小、粒度分布、颗粒与床层直径比和颗粒的装填方式。,壁效应,床层空隙率沿床层,径向分布不同，离,壁面约一个粒子直,径处的床层空隙率,最大。,32,固定床的传递特性床层空隙率是一个重要的参数，影响因素是颗粒形,床层内空隙率径向分布不均匀，引起各处的流速不同，因而床层内各处的传热和停留时间也不一样。,为减少壁效应的影响，设计时要求床层直径至少要大于颗粒直径的,8,倍,以上。,固定床的传递特性,33,床层内空隙率径向分布不均匀，引起各处的流速不同，因而床层内各,3,、 床层压降,气体流动通过催化剂床层的空隙所形成的通道，与孔道周壁摩擦而将产生压降。,压降计算通常利用厄根（,Ergun,）方程：,34,3、 床层压降34,固定床的传递特性,影响床层压力降的最大因素：,床层的空隙率,流体的流速,两者稍有增大，会使压力降产生较大变化。,降低床层压降的方法：,增大床层空隙率，如采用较大粒径的颗粒；,降低流体的流速，但要考虑这会使相间的传质和传热变差，需综合考虑。,35,固定床的传递特性影响床层压力降的最大因素：35,4,、固定床中的传热,固定床中的传热组成,颗粒内传热,颗粒与流体间的传热，传热系数,h,P,床层与器壁的传热，传热系数,h,w,、,h,0,固定床的传递特性,36,4 、固定床中的传热固定床中的传热组成固定床的传递特性36,