固定床反应器名词解释
固定床反应器工作原理
固定床反应器工作原理
固定床反应器是一种常见的化学反应装置，其工作原理基于固定床的设计和反应物质在固定床中通过反应产生化学变化。
在固定床反应器中，反应物质流经固定在反应器内的催化剂床层。
催化剂床层通常是由均匀分散的催化剂颗粒组成。
当反应物质通过床层时，催化剂与反应物之间发生相互作用，触发化学反应。
固定床反应器的特点在于，反应物的流动与催化剂床层的固定形成了一个逐渐被消耗的反应物质流动带。
反应物质从反应器的进料口进入固定床，并流经床层中的催化剂，同时发生化学反应。
在流动过程中，反应物质的浓度逐渐降低，而生成物的浓度逐渐增加。
由于固定床反应器内的催化剂床层是固定的，反应物质通过床层时，催化剂的活性成分将不断参与化学反应，而不会被带走。
这种催化剂的固定状态在反应器运行期间始终保持稳定，并且能够持续地促进化学反应。
此外，固定床反应器还具备良好的热负荷分布和传热特性。
固定床内的催化剂床层由于较大的表面积，能够提供充足的接触面积来促进热的传导和传热。
这有助于保持反应器内的恒定温度，并提高化学反应的效率。
总的来说，固定床反应器通过将反应物质与催化剂在固定的床层中接触和反应，实现了连续、高效的化学反应过程。
这种反
应器在化工领域中广泛应用于各种反应，如催化裂化、加氢、氧化等，发挥着重要的作用。
固定床反应器结构工作原理
固定床反应器结构工作原理
固定床反应器是一种常用的化学反应器，它由一个固定的反
应床和一个反应室组成。
反应床由一系列的垂直支架组成，支架
上安装有一系列的反应器，反应器内装有反应物，反应室内装有
反应物和反应剂。
当反应物和反应剂混合在一起时，反应床上的
反应器会发生反应，产生反应产物。
反应床上的反应器可以是固定的，也可以是可调节的。
固定
床反应器的反应床上的反应器是固定的，反应室内的反应物和反
应剂的比例是固定的，反应床上的反应器只能发生一种反应。
固定床反应器的优点是反应速度快，反应温度可以控制，反
应物和反应剂的比例可以控制，反应产物的纯度高，反应器的反
应效率高，反应器的反应稳定性好。
固定床反应器的缺点是反应物和反应剂的比例不能调节，反
应器的反应效率不能很高，反应器的反应稳定性不能很好，反应
器的反应速度不能很快。
固定床反应器是一种常用的化学反应器，它具有反应速度快、反应温度可控、反应物和反应剂的比例可控、反应产物纯度高、
反应器反应效率高、反应器反应稳定性好等优点，但是反应物和
反应剂的比例不能调节，反应器的反应效率不能很高，反应器的
反应稳定性不能很好，反应器的反应速度不能很快。
化学反应工程 第六章 固定床反应器
一、颗粒层的若干物理特性参数
密度
– 颗粒密度ρp
• 包括粒内微孔在内的全颗粒密度；
– 固体真密度ρs
• 除去微孔容积的颗粒密度；
– 床层密度/堆积密度ρB
• 单位床层容积中颗粒的质量（包括了微孔和颗粒 间的空隙）；
p s (1 p ) B p(1 B )
一、颗粒层的若干物理特性参数
i
Wi FA0
i
xi dx A
r xi1
i
也即
Z 0 Ti
xi x i 1
Ti
1 (
ri
)dx A
0
i 1,2, N
min
Z 0
xi
1 ri
xA xi
1 ri 1
xA xi
0
i 1,2, N 1
对 Z 0 的处理 Ti
Z
Ti Ti
xi dx A
r xi1
i
xi x i 1
Ti
1 (
ri
)dx A
0
i 1,2, N
按中值定理：
Z
Ti
xi x i 1
Ti
1 (
ri
)dx A
（xi
x
i
1
)
Ti
• 双套管式、三套管式
流体流向：轴向、径向
固定床反应器的数学模型
拟均相数学模型：
忽略床层中颗粒与流体之间温度和浓度的差别 –平推流的一维模型 –轴向返混的一维模型 –同时考虑径向混合和径向温差的二维模型
固定床反应器的详细介绍
固定床反应器的详细介绍又称填充床反应器，内部装填有固体催化剂或固体反应物，以实现多相反应。
固体物通常呈颗粒状，堆积成一定高度（或厚度）的床层，床层静止不动，流体通过床层进行反应。
固定床反应器主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。
优点：（1）催化剂机械磨损小。
（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。
（4）可在高温高压下操作。
缺点：（1）固定床中的传热较差。
（2）催化剂的再生、更换均不方便，催化剂的更换必须停产进行。
（3）不能使用细粒催化剂，但固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。
目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。
固定床反应器的分类（一）按传热方式分类1、绝热式反应器绝热式固定床催化反应器在反应过程中，床层不与外界进行热量交换。
其最外层为隔热材料层（耐火砖、矿渣棉、玻璃纤维等），常称作保温层，作用是防止热量的传出或传入，减少能量损失，维持一定的操作条件并起到安全防护的作用。
绝热式反应器可分为单段绝热式反应器和多段绝热式反应器。
（1）单段绝热式反应器一般为高径比不大的圆筒体，结构简单，生产能力大，但反应过程中温度变化较大。
适合的反应：①反应热效应较小的反应。
②温度对目的产物收率影响不大的反应。
③虽然反应热效应大，但单程转化率较低的反应或者有大量惰性物料存在，使反应过程中温升小的反应。
（2）多段绝热式反应器催化剂床层的温度波动较小，但结构比较复杂，催化剂装卸困难。
多段绝热反应器按段间换热方式的不同可分为三类：①间接换热式②原料气冷激式③非原料气冷激式2、换热式反应器当反应热效应较大时，为了维持适宜的温度条件，必须利用换热介质来移走或供给热量。
固定床反应器
固定床的传递特性
4 、固定床中的传热
• 固定床中的传热组成 颗粒内传热
提高转化率和反应速率。
固定床反应器类型
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
1 B u dP 150 1 . 75 3 d dl Re m B s
式中： Re m : 修正的雷诺数， Re m
2 g m
g 1 B
d sum g
固定床的传递特性
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 SO2 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，
反应器
列管式反应器优点：
固定床反应器类型
• 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
设备第九章 固定床反应器 纲要
第九章 固定床反应器 纲要定义：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都称作固定床反应器。
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③停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节④可在高温高压下操作固定床反应器缺点:①固定床中的传热较差；②催化剂的再生、更换均不方便， 催化剂的更换必须停产进行。
③不能使用细粒催化剂固定床反应器分类:固定床反应器按反应中与外界有否热量交换可以划分为两大类：绝热式和换热式。
绝热式:单段绝热床、多段绝热式反应器换热式：对外换热式和自身换热式。
单段绝热床：适用于反应热效应较小、反应温度允许波动范围较宽、单程转化率较低的场合。
自热式固定床反应器只适用于反应热效应不大的放热过程.表征固定床床层特点的主要参数有哪些？催化剂直径、形状系数、床层空隙率、当量直径。
床层空隙率与那些因素有关？床层空隙率的大小与颗粒形状、粒度分布、颗粒直径与床直径之比以及颗粒的充填方法等有关。
床层空隙率的大小会对固定床反应器那些方面产生影响?床层空隙率的大小会影响固定床反应器中流体的流动、传质及传热。
即:床层空隙率对床层压力降、有效导热系数和比表面积（单位体积床层颗粒的外表面积）均有较大影响，因此空隙率的大小会影响流体的流动、传质及传热。
固定床反应器中的速率控制步骤:动力学控制（表面过程控制）的过程有三种可能情况，一为反应物的吸附控制，即反应物的吸附最慢而且比其他步骤慢很多，二为表面化学反应控制，三为产物的脱附控制。
浓度分布的特征是 操作现场（或实验中）的表现*为，提高操作温度反应器出口处的转化率会增加。
内扩散控制发生的场合*是，颗粒大，因而内扩散阻力大，内扩散速度小；温度高因而化学反应速度快；气速高因而外扩散速度大。
内扩散控制过程浓度分布特征是ｃＡｇ≈ CAS ＞＞CAC ≈CAeq 。
AeqAc As Ag ＞＞c c c c ≈≈实验现象：同样的反应器、同样操作条件下，减小催化剂颗粒的尺寸，最终转化率会增大，而升高温度、增加气速对转化率影响不大。
固定床反应器总结
固定床反应器总结1. 简介固定床反应器是一种常见的化工反应器类型，用于进行气体或液体相的催化反应。
其特点是反应物在反应器中通过固定的催化剂床层流过，反应发生在催化剂颗粒表面上。
2. 反应机理固定床反应器的反应机理主要包括质量传递和化学反应两个过程。
在质量传递过程中，反应物通过流动相与催化剂表面发生质量传递，进而被吸附到催化剂表面。
在化学反应过程中，吸附的反应物分子与催化剂表面上的活性位点发生化学反应，生成产物。
产物再次进行质量传递，在固定床反应器中，通过连续的物质传递和反应过程，在催化剂床层内实现了高效的转化。
3. 设计与操作注意事项在固定床反应器的设计和操作过程中，需要注意以下几个关键问题：3.1 催化剂选择催化剂的选择对反应器的效果具有重要影响。
催化剂应具备高的活性和选择性，并且能够在反应条件下稳定存在。
此外，催化剂的物理性质（如形状、尺寸）也对反应器性能有一定影响。
3.2 催化剂填充方式固定床反应器中，催化剂的填充方式对反应器性能同样有重要影响。
常见的填充方式有堆积填充和捆绑填充。
堆积填充方式简单易行，但容易形成通道，造成反应不均匀。
捆绑填充方式可以有效缓解通道效应，提高反应器利用率。
3.3 反应器温度控制反应器温度是保证反应进行的关键参数之一。
合适的反应温度能够提高反应速率和产物选择性。
在固定床反应器中，常用的温度控制方式有加热管和冷却器。
合理的温度控制方式可以避免温度过高或过低导致的催化剂失活和副反应的发生。
3.4 反应器的压力控制反应器压力对于反应物质传递速率和反应平衡有重要影响。
控制合适的反应器压力可以提高反应速率和产物选择性。
常见的压力控制方式包括调节进料流量和使用压力控制阀等。
4. 应用领域固定床反应器在化工工业中应用广泛，常见的应用领域包括：•石化工业：用于石油裂化、氢化、重整等反应；•化学工业：用于有机合成、氧化、加氢等反应；•环境工程：用于废水处理和废气处理等。
5. 优缺点分析固定床反应器的优点包括：•反应效果好：催化剂床层的连续流动能够实现高转化率和高选择性；•反应物质传递快：固定床反应器可以借助催化剂床层进行物质传递，实现高效反应；•反应器稳定性高：固定床反应器催化剂床层具备良好的稳定性，催化剂寿命相对较长。
第六章_固定床反应器详解
3.熔盐：温度范围300℃～400℃，由无机熔
盐KNO3、NaNO3、NaNO2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。
26
6.2 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
补充水
产物
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。
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6.1.3 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100~300℃。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℃
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。
轴向反应器与径向反应器
(a)
(b)
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）
8
原料气
绝热式
催化剂
固定床 反应器
产物
9
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
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固定床反应器
1. 定义
固定床反应器是一种常见的化学反应器，用于进行气体相或液体相的催化反应。
它由一个固定的反应床和进料和出料设备组成。
在固定床反应器中，催化剂通常以颗粒或块状填充在反应床中，进料通过固定床内流动，与催化剂发生反应，并最终得到产品。
2. 结构
固定床反应器通常由以下几个主要部分组成：
•反应器壳体：通常由金属或合金制成，具有足够的强度和耐腐蚀性能，以承受高温高压下的工作条件。
•反应床：位于壳体内部，用于填充催化剂和提供充分的接触面积。
催化剂可以是颗粒状、块状或其他形式。
•进料装置：用于将原料引入反应床中。
通常包括进料管道、阀门和喷嘴等。
•出料装置：用于将产物从反应床中取出。
通常包括出料管道、阀门和收集装置等。
•加热或冷却装置：用于控制反应器的温度，以保持反应的适宜条件。
•压力控制装置：用于控制反应器内部的压力，以保证安全运行。
3. 工作原理
固定床反应器的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：
1.进料：原料通过进料装置引入反应床中。
进料可以是气体相、液体相或两相
混合物。
2.反应：进料与催化剂在反应床中接触，发生化学反应。
催化剂提供了活性位
点，促进了反应的进行。
3.产物生成：经过一定时间的反应，原料转化为产物。
产物随着流体经过固定
床而逐渐形成。
4.出料：产物通过出料装置从固定床中取出，并送入下游处理单元进行分离和
纯化。
5.催化剂再生：在一些催化反应中，催化剂会逐渐失活。
此时需要对催化剂进
行再生或更换。
4. 特点和优势
固定床反应器具有以下特点和优势：
•高效性：由于固定床中填充了催化剂，反应物与催化剂之间的接触面积大，反应效率高。
•稳定性：固定床反应器在运行过程中，催化剂相对稳定地停留在床层中，不易流失和损坏。
•可控性：通过控制进料速率、温度和压力等参数，可以实现对反应过程的精确控制。
•适用性广：固定床反应器适用于多种气相和液相反应，可用于生产各种化学品和燃料等。
5. 应用领域
固定床反应器广泛应用于工业生产和实验室研究中。
以下是一些常见的应用领域：•石油化工：用于裂解、重整、脱硫、脱氮等石油加工过程。
•化学合成：用于有机合成、氢化、氧化等化学反应。
•环保处理：用于废气处理、污水处理等环境保护领域。
•实验室研究：用于开发新的催化剂、优化反应条件等科学研究。
6. 典型案例
以下是一些典型的固定床反应器案例：
•加氢反应器：用于加氢裂化、石脑油加氢等石油加工过程。
•烷基化反应器：用于生产烷基苯、烷基酚等有机合成过程。
•氨合成反应器：用于合成氨的哈伯—博仑过程。
•催化重整反应器：用于生产高辛烷值汽油的重整过程。
7. 安全考虑
在使用固定床反应器时，需要注意以下安全事项：
•高温高压：固定床反应器通常在高温高压下工作，操作人员需戴好防护装备，避免烫伤和压力伤害。
•毒性物质：某些催化剂和原料可能具有毒性，操作人员需严格遵守安全操作规程，防止接触和吸入有害物质。
•爆炸风险：某些反应可能产生易爆物质，需采取相应的爆炸防护措施，确保设备和操作安全。
8. 结论
固定床反应器是一种常见且重要的化学反应器。
它通过填充催化剂，提供了大的接触面积和高效的反应条件，广泛应用于石油化工、化学合成、环保处理和实验室研究等领域。
在使用固定床反应器时，需要注意安全事项，并合理控制反应条件，以保证安全和高效的运行。