(优选)第六章固定床
气固相催化反应固定床装置操作说明
气固相催化反应固定床装置一、前言本装置由管式炉加热固定床、流化床催化反应器组成，是有机化工、精细化工、石油化工等部门的主要实验设备，尤其在反应工程和催化工程及化工工艺、生化工程、环境保护专业中使用的相当广泛。
该实验装置可进行加氢、脱氢、氧化、卤化、芳构化、烃化、歧化、氨化等各种催化反应的科研与教学工作。
它能准确地测定和评价催化剂活性、寿命、找出最适宜的工艺条件，同时也能测取反应动力学和工业放大所需数据，是化工研究方面不可缺少的手段。
本装置由反应系统和控制系统组成：反应系统的反应器为管式反应器和流化床反应器，由不绣钢材料制。
气固相催化反应固定床装置是管式反应器，床内有直径3mm的不绣钢套管穿过反应器的上下两端，并在管内插入直径1mm的垲装热电偶，通过上下拉动热偶而测出床层各不同高度的反应温度。
加热炉采用三段加热控温方式，上下段温度控制灵活，恒温区较宽。
控制系统的温度控制采用高精度的智能化仪表，有三位半的数字显示,通过参数改变能适用各种测温传感器，并且控温与测温数据准确可靠。
气固相催化反应流化床是一种在反应器内由气流作用使催化剂细粒子上下翻滚作剧烈运动的床型。
流化床也为不锈钢制，床下部有填装的陶瓷环做预热段，中下部为流化膨胀的催化剂浓相段，中上部为稀相段，顶部为扩大段。
也采用三段控温方法。
控制系统的温度控制采用高精度的智能化仪表，有三位半的数字显示，通过参数改变能适用各种测温传感器，并且控温与测温数据准确可靠。
它的换热效果比固定床优越，能及时把反应热移走，床层温度均匀，避免产物产生过热现象，提高了催化剂的反应效率。
故流化床在许多有机反应中得到应用，如丙烯氨氧化制丙烯晴、丁烷或苯氧化制顺酐、二甲苯或萘氧化制苯酐、乙烯氯化、石油催化裂化、烷烃催化脱氢、二氧化硫氧化等都有工业规模生产，在实验室用流化床研究催化剂和工艺条件对产品开发有重大作用。
整机流程设计合理，设备安装紧凑，操作方便，性能稳定，重现性好。
此外，还有与计算机联机的接口，可安装软件能在计算机上显示与存储有关数据,实现计算机控制。
固定床催化的操作
镍系催化剂
活性好，价格便宜 但如耐硫性能差，耐热性差 一般工业使用温度120～180℃ 液苯空速低（一般为0.2～0.8h-） 工业使用寿命短 只能副产低压蒸汽 目前我国镍系苯加氢催化剂主要 用于中小型生产装置；
任务三 固定床催化反应器的操作
一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件
（一）反应原料、产物及用途、生产方法 5.生产方法
可逆反应
随温度的升高，总的反应速率提高。因此，对于可逆吸热反应，也应 尽可能在较高温度下进行，这样既有利于提高平衡转化率，又可提高 反应速率。同时，也应考虑一些因素的限制。
例如：天然气的蒸汽转化反应 CH 4 H2O CO H2
是可逆吸热反应，提高温度有利于提高反应速率并提高甲烷的平衡 转化率，但考虑到设备材质等条件限制，一般转化炉内温度小于 800-850℃。
任务三 固定床催化反应器的操作
不可逆反应
由于反应速率常数随温度的升高而升高，因此，无论是放热反应还是 吸热反应，都应该在尽可能高的温度下进行，以获得较大的反应速率， 但在实际生产中，要考虑以下问题： a）温度过高，催化剂活性下降或失活； b）设备材质的选取 c）热能的供应 d）伴有副反应时，会影响反应的选择性
（三）工艺参数的确定与优化 2.反应动力学
任务三 固定床催化反应器的操作
前人在进行苯气相加氢反应动力学的研究时，并没有意识到催化剂颗粒可能并非完全处于气相状态，而是 简单地认为当反应物为气相时得到的动力学就是气相反应动力学。从理论上讲，这种观点确实存在不足， 但从工业应用角度出发，它仍具有一定意义。
《固定床反应器原理及岗位操作技术》
任务三 固定床催化反应器的操作
操作训练的载体：苯加氢生产环己烷
一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件 二、正常操作注意事项 三、苯加氢反应器岗位开停车 四、异常现象原因及处理方法
第六章 固定床
使气体分布均匀的办法
a.使催化剂各部位阻力相等。
b.采用气体分布器。如分布锥、分配头、设栅板等。
c.附加导流装置。
40
数学模型
1.拟均相模型 忽略床层中粒子与流体间温度与浓度的差别。 1）平推流的一维模型 2）有轴向返混的一维模型 3）同时考虑径向混合和径向温差的二维模型。
52
反应的热传递过程: 1. 反应热有催化剂颗粒内部向外表面传递； 2. 反应热由催化剂外表面向流体主体传递；
3. 反应热少部分由反应后的流体沿轴向带走,
主要部分由径向通过催化剂和流体构成的床层
传递到反应器器壁由载体热带走；
上述的每一传热过程都包括着 传导，对流和辐射三种传热方式， 了解床层内部的温度分布， 必须引进床层内部和床层与器避之间的传热计算。
49
2 u P ' m 1 B f ( )( 3 ) L dS B
150 f 1.75 ReM
'
一般床压不宜超过床内压力的 15% ，所以颗粒不 能太细，应做成圆球状。
50
压降的计算 Δ P=Δ P1+ =
Δ P2 Pa
2 f uOG L0 (1 ) 2 f uOG L0 (1 ) 150 2 1.75 3 dS dS 3
xWi i 1 d i
n
几何平均直径：
di
di di
30
6.2.3 床层空隙率及分布
固定床层是由许许多多的催化剂颗粒堆积而成的，
床层空隙率是表征床层结构的主要参数。
ε－颗粒间自由体积与整个体积之比。
31
1) 床层空隙率分布
固定床的特点及应用
列管式固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。
固定床的特点及应用
化工091班第4小组
• 一、固定床反应器的大体概述
• 二、固定床反应器的类型与结构
• 三、固定床的传递特性
• 四、固定床反应器的应用
一、固定床反应器的大体概述
大量固体颗粒堆积在一起便形成颗粒床层。静止的颗粒床 层又称为固定床。
凡是流体通过不动的固体物料形成的床层面进行反应的设 备都称为固定床反应器.
甚至失去控制而出现“飞温”。此时，对反应的选择性、催化剂的活性和寿
命、设备的强度等均不利。
因其传热差，反应放热量很大，因此即使是列管 式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上 升，超过允许范围）。
2、不能使用细粒催化剂，否则流体阻力增大，破坏了 正常操作，以致催化剂的活性内表面得不到充分利用。
三〉 固定床的传递特性
• 气体在催化剂颗粒之
原料 催化剂 补充水 蒸汽 调节阀
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。
产物
固定床反应器的基本单 元组合
固定床反应器内的流体流动
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。
根据段间反应气体的冷却或加热方式，多段绝热 床又分为中间间接换热式和冷激式。
中间间接换热式（如图a、b、c所示） 特点：催化剂床层的温度波动小。 缺点：结构较复杂，催化剂装卸较困难 应用：适用于放热反应 冷激式 特点：反应器结构简单，便于装卸催化剂，内无冷 管，避免由于少数冷管损坏而造成操作影响。催化剂床层 的温度波动小。 缺点：操作要求较高 应用：适用于放热反应，能做成大型催化反应器
固定床课程设计
固定床课程设计一、教学目标本课程旨在通过学习固定床的基本概念、原理及其应用，使学生掌握固定床的分类、特点、设计方法和操作技巧。
具体目标如下：1.知识目标：•了解固定床的定义、分类和基本原理。
•掌握固定床的设计方法和操作技巧。
•熟悉固定床在各领域的应用。
2.技能目标：•能够运用所学知识分析和解决固定床实际问题。
•能够运用固定床的设计方法和操作技巧进行实际操作。
•能够运用多媒体手段展示固定床的原理和应用。
3.情感态度价值观目标：•培养学生对固定床技术的兴趣和好奇心。
•培养学生对科学探究和创新的积极态度。
•培养学生对环保和可持续发展的责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.固定床的定义、分类和基本原理。
2.固定床的设计方法和操作技巧。
3.固定床在各领域的应用案例。
4.固定床技术的最新发展和趋势。
教学大纲安排如下：第一周：固定床的定义、分类和基本原理。
第二周：固定床的设计方法和操作技巧。
第三周：固定床在各领域的应用案例。
第四周：固定床技术的最新发展和趋势。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，包括：1.讲授法：讲解固定床的基本概念、原理和应用。
2.案例分析法：分析固定床在各领域的实际应用案例。
3.实验法：进行固定床的实验操作，巩固所学知识。
4.讨论法：引导学生进行思考和讨论，培养解决问题的能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选择一本与固定床相关的教材，作为学生学习的依据。
2.参考书：提供相关的参考书籍，丰富学生的知识体系。
3.多媒体资料：制作课件、视频等多媒体资料，帮助学生更好地理解固定床的原理和应用。
4.实验设备：准备实验所需的设备，让学生亲自动手操作，加深对固定床的理解。
五、教学评估为了全面、客观、公正地评估学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：通过课堂参与、提问、回答问题等方式评估学生的平时表现。
固定床范文
固定床固定床简介在进行多相过程的设备中，若有固相参加，且处于静止状态时，则设备内的固体颗粒物料层，称为固定床。
例如，固定床离子交换柱中的离子交换树脂层，固定床催化反应器中的催化剂颗粒层，固定床吸附器中的吸附剂颗粒层等，均属于固定床。
固定床又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。
固体物通常呈颗粒状，粒径2～15mm左右，聚积成肯定高度（或厚度）的床层。
床层静止不动，流体通过床层进行反应。
它与流化床反应器及移动床反应器的区分在于固体颗粒处于静止状态。
固定床反应器重要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。
用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。
涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。
固定床原理当气体以较低速度自下而上通过均匀固体颗粒床层时，气体只在静止不动的固体颗粒空隙中穿过，固体颗粒床层的高度基本上维持不变，这样的床层称为固定床。
随着气体流速增大，固体颗粒床层开始松动，固体颗粒的相对位置也在肯定区域内调整，床层高度略有加添；假如气体流速连续增大，固体颗粒则悬浮在向上流动的气体中，并进行相当不规定的运动；气体流速进一步增大，床层高度将随之加添，固体颗粒的运动更为激烈，但仍停留在床层中，而不被气流所带出，这样的床层称为流化床。
当气体流速连续增大，流化床的上界面消失，固体颗粒分散悬浮在气体中并被气流夹带而离开床层，这样的床层称为气流床，此时，气体通过固体颗粒床层的压力降随气体空塔速度的增大而急剧减小，甚至固体颗粒被气体全部带出。
依据上述原理，形成3种制气技术，即固定床气化、流化床气化和气流床气化。
固定床气化技术的特点是原料子煤预处置相对简单，气化炉出口粗煤气构成中甲烷、酚、焦油等杂质含量较高，冷煤气效率高，适合于煤制天然气。
固定床分类固定床反应器有三种基本形式：①轴向绝热式固定床反应器。
固定床吸附装置的工艺流程
固定床吸附装置的工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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列管式固定床床层高度计算公式
列管式固定床床层高度计算公式（实用版）目录1.列管式固定床简介2.列管式固定床床层高度计算公式的提出3.列管式固定床床层高度计算公式的适用范围和意义4.列管式固定床床层高度计算公式的具体内容5.列管式固定床床层高度计算公式的实际应用案例正文一、列管式固定床简介列管式固定床是一种在现代工业生产中广泛应用的床层式设备，主要用于进行物质的输送、加热或冷却等过程。
它的结构特点是由多根管子并列组成，管内流体呈层状流动。
在化工、石油、冶金等领域具有重要的应用价值。
二、列管式固定床床层高度计算公式的提出列管式固定床床层高度的计算是一个复杂且重要的过程，涉及到流体动力学、热力学等多个方面的知识。
在长期的生产实践中，人们提出了一种计算列管式固定床床层高度的公式，以更好地指导生产实践。
三、列管式固定床床层高度计算公式的适用范围和意义该公式适用于各种流体在列管式固定床中的层状流动情况，可以为工程技术人员提供重要的参考依据。
准确的床层高度计算，有助于优化设备的设计和运行，提高生产效率，降低能耗。
四、列管式固定床床层高度计算公式的具体内容列管式固定床床层高度计算公式如下：H = (π/4) * d * (ρ1 - ρ2) / ΔT其中，H 为床层高度；d 为管径；ρ1 为入口流体密度；ρ2 为出口流体密度；ΔT 为流体温度变化。
五、列管式固定床床层高度计算公式的实际应用案例以某炼油厂的列管式固定床加热器为例，假设管径为 200mm，入口流体密度为 800kg/m，出口流体密度为 900kg/m，流体温度变化为 50℃，代入公式可得：H = (π/4) * 0.2 * (800 - 900) / 50 = 0.0314m这意味着，为了保证流体在加热器中的层状流动，床层高度应控制在0.0314 米左右。
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1-原料气进口；2-上头盖； 3-催化剂列管；4-下头盖； 5-反应气出口；6-搅拌器； 7-笼式冷却器
以熔盐为载热体的示意图
20
径向固定床催化反应器示意图 甲苯歧化制苯就采用径向反应器
提高催化剂有效系数； 减少床层压降
21
6.2 固定床反应器内的流体流动
6.2.1 催化剂的物理性状
1. 比表面积 -指每克催化剂的表面积.
m2/m3:单位体积的催化剂所具有的表面积。
•
m2/g:单位质量的催化剂所具有的表面积。
2. 空隙率 -指催化剂床层的空隙体积与催化剂床层总体 积之比，用ε表示。
22
3. 表观密度 -又称假密度或颗粒密度，即包括催化 剂颗粒中的孔隙容积时，该颗粒的密度，记为， 单位为g/cm3。
4. 堆积密度 -又称填充密度，是对催化反应床层而 言。即当催化剂自由地填入反应器中时，包括床 层中的自由空间，每单位体积反应器中催化剂的 质量。记为，单位可用g/.2.2 催化剂颗粒直径, 形状系数
形状－球形、圆柱形、环形、无规则等 对于非球形颗粒，常用于球型颗粒作对比的相当 直径表示。
24
1．体积相当直径，即体积相同的球形颗粒直径 来表示非球型颗粒直径。
1
ddｖv
6v p
3
（6.1）
——非球形颗粒的体积。
25
2．面积相当直径，即采用外表面积相同的球形颗粒 直径来表示非球形颗粒直径
产中发生异常事故时能够分析问题和解决问题。
3
6.1 概述 定义：反应物料呈气态通过由静止的催化剂
颗粒构成的床层进到反应装置，称为气固 相固定床催化反应器，简称固定床反应器。
如: 乙烯氧化制环氧乙烷，乙苯脱氢制苯乙烯； 许多强放热反应，如丙烯胺氧化制丙稀腈等。
4
优点： ①催化剂不易磨损。 ②床层极薄和流速很低，床层内流体流动→ 平推流，较少量催化剂可获较大生产能力。 ③有利于达到高的选择性和转化率。
（优选）第六章固定床
1
本章内容
• 1. 固定床反应器的特点及类型
• 2. 催化剂颗粒参数
• 3. 流体在固定床中流动特性
• 4. 固定床中的传热
• 床层对壁总给热系数
• 床层有效导热系数和表观壁膜给热系数
• 流体与催化剂颗粒间给热系数
• 5. 固定床中的传质与混合
2
能力目标：
• 能分析固定床的反应与传质传热规律 • 能掌握固定床反应器的操作控制要领 • 能利用所学固定床反应器知识，在固定床反应器生
11
主要内部构件: 气体入口分布器, 段间多孔排管式分布器
一部分物料由反应器顶部气体入口分布器进入; 另一部分物料由反应器催化剂两段之间加入。 物料沿径向做到浓度均匀、温度均匀、速度均匀 ，获 得均匀的流量分配 。
12
2．换热式－对外换热式, 自动换热式
• 对外换热式－以各种载热体为换热介质。 • 注: 载热体温度与反应温度之差不宜过大，以免
• 控制温度为300~400℃时用（无机熔盐）；控制温度为 600~700℃时，只能用（烟道气）加热。
15
• 强放热反应控温措施： • 1、激冷式、同样粒度的惰
性物质来稀释催化剂、分段 稀释，分段调节流量等。 • 2、复合床。先理想混合型， 后为理想置换型。
反应级数愈高, η愈低; 转化率愈高, η愈低。
造成靠近管壁的催化剂失效。
• 自身换热器－在反应器内，以原料气为换热介 质，通过管壁与反应物料换热，以维持反应温度 的反应器称自身换热器。
13
换热式反应器
以列管式为多 传热效果好，温度易控，用于附加值高、原料 成本高、不易分离的场合。
14
• 传热所用的载热体视所需控制的温度范围而异，控制温 度为100~200℃时用（水蒸气）或（高压气水混合物） 加热；控制温度为200~250℃时用（道生油）加热；
16
甲醇氧化的薄层反应器 17 1-催化剂 2-冷却器
列管式固定床反应器 以加压热水作载热体的固定床反应装置示意图 1-列管上花板；2-反应列管；3-膨胀圈； 4-汽水分离器；5-加压热水泵 18
载热体 : 冷却水，加压水， 道生油混合物，熔盐， 烟道气
以道生油作载热体的装置示意图
1-列管上花板；2、3-折流板； 4-反应列管；5-折流板固定棒； 6-人孔；7-列管下花板； 8-载热体冷却器
27
形状系数: 球形颗粒的外表面积与体积 相同的非球形颗粒外表面积之比。
φyss
As Ap
≤1
3
d s φyss d v (φys)s 2 d a
28
• 对于大小不等的混合颗粒，平均直径可用调和平均法 计算。
8
（a)间接换热式；（b）原料气冷激式；（c）非原料气冷激式
9
多段固定床绝热反应器
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅲ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅳ
Ⅳ
产品
(a)
(b)
(c)
（a)间接换热式；（b）原料气冷激式；（c）非原料气冷激式 10
绝热床反应器
典型例子是乙苯脱氢制苯乙烯。 水蒸汽作用：可安全地加热到高温。热容量大， 可带入大量显热，还起稀释作用、清除积炭。
1
da
Ap
2
（6.2）
Ap ——非球形颗粒的外表面积。
26
3．比表面相当直径，采用比表面积相同的球形的
颗粒直径来表示非球形颗粒的直径。比表面积为：
非球形比表面积 S v= A p/ V p
球形:
sv
d
2 s
1 6
d
3 s
6 ds
ds
6 sv
6v p AP
（5.3）
在固定床中常采用体积相当直径; 在传热介质研究中采用表面相当直径。
条件。
• (3) 自热式固定床反应器－ 使冷原料本身预热到反应 所需的温度，然后进入床层进行反应。
•
前提：放热反应，热量大致平衡。
6
传热要求和传热方式:
1．绝热式 单段绝热式－
适用于反应热效应较小; 反应温度允许波动范围较宽; 单程转化率较低。
特点：结构简单，空间利用率高，造价低。
7
有多层绝热
两个绝热层间加换热器 在层间加换热盘管 用外加物料中间直接冷激 用原料气中间冷激
缺点： ④传热性能较差。 ⑤催化剂再生更换不方便。
固定床内固体－可以是催化剂，也可以是固体反应物。 适用于气固催化反应，固相加工反应
5
• . (1) 绝热式固定床反应器 － 结构简单，造价低廉， 但适用热效应不大或催化剂对温度要求不高的反应。
(2) 换热式固定床反应器
• 列管式固定床反应器－管内装填催化剂，反应物料自 上而下通过床层；管间为载热体，以维持所需的温度