沈阳大学石油化工学院：《反应过程与设备》课程教学资源（PPT课件）第六章 固定床反应器

第六章固定床反应器 6.,1概述 6,2固定床电的传递过程 6.3绝热床 6.4自换热式固定

第六章 固定床反应器 6.1 概述 6.2 固定床中的传递过程 6.3 绝热床反应器 6.4 自换热式固定床反应器

6.1概述 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都称作固定床反应器,其 中尤以用气态的反应物料通过由固体催化剂所构成的 床层进行反应的气-固相催化反应器占最主要的地位 如炼油工业中的催化重整,异构化,基本化学工业中 的氨合成、天然气转化,石油化工中的乙烯氧化制环 氧乙烷、乙苯脱氢制苯乙烯等等。此外还有不少非催 化的气—固相反应,如水煤气的生产,氮与电石反应 生成石灰氮(CaCN2)以及许多矿物的焙烧等,也都采 用固定床反应器

19:26 6.1 概述 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都称作固定床反应器，其 中尤以用气态的反应物料通过由固体催化剂所构成的 床层进行反应的气-固相催化反应器占最主要的地位。 如炼油工业中的催化重整，异构化，基本化学工业中 的氨合成、天然气转化，石油化工中的乙烯氧化制环 氧乙烷、乙苯脱氢制苯乙烯等等。此外还有不少非催 化的气—固相反应，如水煤气的生产，氮与电石反应 生成石灰氮(CaCN2 ) 以及许多矿物的焙烧等，也都采 用固定床反应器

固定床反应器优点 ①固定床中催化剂不易磨损 ②床层内流体的流动接近于平推流,与返混 式的反应器相比,可用较少量的催化剂和较小的 反应器容积来获得较大的生产能力。 ③由于停留时间可以严格控制,温度分布可 以适当调节,因此特别有利于达到高的选择性和 转化率,在大生产中尤为重要

19:26 固定床反应器优点 ① 固定床中催化剂不易磨损； ② 床层内流体的流动接近于平推流，与返混 式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的 反应器容积来获得较大的生产能力。 ③ 由于停留时间可以严格控制，温度分布可 以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和 转化率，在大生产中尤为重要

固定床反应器缺点 ①固定床中的传热较差; ②催化剂的更换必须停产进行

19:26 固定床反应器缺点 ① 固定床中的传热较差； ② 催化剂的更换必须停产进行

还有气—固两相逆流接触的移动床反应装置, 譬如以固体加工为目标的一些连续焙烧装置以及 有些需要连续替换催化剂的反应装置就有采用这 种方式的。它的情况与固定床颇相类似 下面我们来对各种固定床反应器的型式作 些简单的介绍和讨论

19:26 还有气—固两相逆流接触的移动床反应装置， 譬如以固体加工为目标的一些连续焙烧装置以及 有些需要连续替换催化剂的反应装置就有采用这 种方式的。它的情况与固定床颇相类似。 下面我们来对各种固定床反应器的型式作一 些简单的介绍和讨论

1.绝热式反应暑 物料气 图61-1是 绝热床反应器 催化剂 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 物 定温度的反应 物料流过床层图61-1绝热床反应器 讲行辰应就

1. 绝热式反应器 ⚫ 图6.1-1是 绝热床反应器 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。 物料气 产物 催化剂 图6.1-1 绝热床反应器

典型的例子是乙苯脱氢制苯乙烯。反应需供 热140kJ/mol,是靠加入高温(710℃)水蒸汽来供 应的(乙苯:水蒸汽=1:26(质量),混合后在630℃ 入床,离床时降到565℃。 在此,水蒸汽的作用是: ①可以带入大量的显热; ②起稀释作用,使反应的平衡向有利于生成 苯乙烯的方向移动,提高单程转化率; ③使催化剂可能产生的结炭随时得到清除, 从而保持反应器长期连续运转

19:26 典型的例子是乙苯脱氢制苯乙烯。反应需供 热140kJ／mol，是靠加入高温(710℃)水蒸汽来供 应的(乙苯:水蒸汽=1: 2.6(质量))，混合后在630℃ 入床，离床时降到565℃。 在此，水蒸汽的作用是： ① 可以带入大量的显热； ② 起稀释作用，使反应的平衡向有利于生成 苯乙烯的方向移动，提高单程转化率； ③ 使催化剂可能产生的结炭随时得到清除， 从而保持反应器长期连续运转

除单层绝热床外,工业上还有用多段的,近代的 大型合成氨反应器采用的是中间冷激的多段绝热床 总之,不论是吸热或放热的反应,绝热床的应用相当 广泛。特别对大型的,高温的或高压的反应器,希望 结构简单,同样大小的装置内能容纳尽可能多的催化 剂以增加生产能力(少加换热空间),而绝热床正好能 符合这种要求。不过绝热床的温度变化总是比较大的, 而温度对反应结果的影响也是举足轻重的,因此如何 取舍,要综合分析并根据实际情况来决定。此外还应 注意到绝热床的高/径比不宜过大,床层填充务必均 匀,并注意气流的预分布,以保证气流在床层内的均 匀分布

19:26 除单层绝热床外，工业上还有用多段的，近代的 大型合成氨反应器采用的是中间冷激的多段绝热床。 总之，不论是吸热或放热的反应，绝热床的应用相当 广泛。特别对大型的，高温的或高压的反应器，希望 结构简单，同样大小的装置内能容纳尽可能多的催化 剂以增加生产能力(少加换热空间)，而绝热床正好能 符合这种要求。不过绝热床的温度变化总是比较大的， 而温度对反应结果的影响也是举足轻重的，因此如何 取舍，要综合分析并根据实际情况来决定。此外还应 注意到绝热床的高／径比不宜过大，床层填充务必均 匀，并注意气流的预分布，以保证气流在床层内的均 匀分布

蒸汽 2.换热式反应器 原料 调节阀 换热式反 催化剂 应器以列管式为 补充水 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 产物 管内走高压流体)。图61.2乙炔法合成氯乙烯反应器

2. 换热式反应器 ⚫ 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)。 蒸汽 原料 调节阀 催化剂 补充水 产物 图6.1-2乙炔法合成氯乙烯反应器

①管径:一般为25~50mm的管子,但不小于25mm ②催化剂粒径:应小于管径的8倍,通常固定床用的粒径约 为2~6mm,不小于15mm。 ③传热所用的热载体: 沸水可以用于100℃~300℃的温度范围 ●联苯与联苯醚的混合物以及以烷基萘为主的石油馏分能 用于200~350℃的范围。 ●无机熔盐(硝酸钾,硝酸钠及亚硝酸钠的混合物)可用于 300~400℃的情况。 ●对于600~700℃左右的高温反应,只能用烟道气作为热 载体

19:26 ① 管径：一般为25～50mm的管子，但不小于25mm。 ② 催化剂粒径：应小于管径的8倍，通常固定床用的粒径约 为2～6mm，不小于1.5mm。 ③ 传热所用的热载体： ⚫ 沸水可以用于100℃～300℃的温度范围。 ⚫ 联苯与联苯醚的混合物以及以烷基萘为主的石油馏分能 用于200～350℃的范围。 ⚫ 无机熔盐(硝酸钾，硝酸钠及亚硝酸钠的混合物)可用于 300～400℃的情况。 ⚫ 对于600～700℃左右的高温反应，只能用烟道气作为热 载体