北洋勵興  固定床催化反應(yīng)  化學(xué)教學(xué)儀器

凡是流體通過不動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)在以下幾個方面：

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)氣體的流動皆可看成是理想置換流動，因此在化學(xué)反應(yīng)速度較快，在完成同樣生產(chǎn)能力時，所需要的催化劑用量和反應(yīng)器體積較小。

2、氣體停留時間可以嚴(yán)格控制，溫度分布可以調(diào)節(jié)，因而有利于提高化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性。

3、催化劑不易磨損，可以較長時間連續(xù)使用。

4、適宜于高溫高壓條件下操作。

北洋勵興  固定床催化反應(yīng)  化學(xué)教學(xué)儀器

由于固體催化劑在床層中靜止不動，相應(yīng)地產(chǎn)生一些缺點(diǎn)：

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)速度減慢，傳熱速度超過了反應(yīng)速度時，溫度才逐漸下降。所以在放熱反應(yīng)時，通常在換熱式反應(yīng)器的軸向存在一個最高的溫度點(diǎn)，稱為“熱點(diǎn)"。如設(shè)計或操作不當(dāng)，則在強(qiáng)放熱反應(yīng)時，床內(nèi)熱點(diǎn)溫度會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，對反應(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。

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。

3、催化劑的再生、更換均不方便。

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。

固定床反應(yīng)器的分類

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。

絕熱式固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，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。

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，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。