固定床反应器的结构
绝热式固定床反应器
小结
固定床反应器的分类；
固定床反应器的结构； 固定床催化反应器的特点 。
作业布置
1. 固定床反应器可分为哪几种？
2. 简述不同类型固定床反应器的结构及 特点。
3. 简述固定床催化反应器的优缺点。
1.单段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。
原料气
绝热式
催化剂 固定床 反应器
产物
固定床反应器
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。
固定床反应器的结构
固定床催化反应器
传热方 式不同
绝 热 式
换 热 式
自 热 式
（一）绝热式固定床反应器
绝热式反应器又分为单段和多段绝热式 两类，反应时不与外界进行任何热量交换。 放热反应，反应中多放出的热量完全用来加 热物料本身，物料的温度将升高，称之为 “绝热温升”。反之，为吸热反应时，物料 的温度将降低，称为“绝热温降”
结构简单、催化剂机械磨损小，适合于贵 金属催化剂； 反应器的操作方便、操作弹性较大。
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。
练一练
1.固定床反应器内的催化剂可以长 期使用的原因。 2.分析为什么列管内催化剂颗粒不 宜过大，也不宜过小？
化学反应过程与设备1.2
《化学反应过程与设备》
主讲教师：
化学反应过 程与设备
任务2、气固相反应器的选择
常用的气固相反应器： 固定床反应器 流化床反应器
化学反应过 程与设备
一、固定床反应器的特点结构
（一）固定床反应器的特点 固定床的定义： 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 固定床反应器的优点： ①在化学反应速率较快、在完成同样生产能力时所需要的催化剂 用量和反应器体积较小。 ②气体停留时间可以严格控制，温度分布可以调节，因而有利于 提高化学反应的转化率和选择性。 ③催化剂不易磨损，可以较长时间连续使用。 ④适宜于在高温、高压条件下操作。
化学反应过 程与设备
三、气固相催化反应器的选择
化学反应过 程与设备
二、流化床反应器的特点结构
（一）流化床反应器的特点 优点： 1、2、3、4、5
缺点：
1、2、3 流态化操作总的经济效果是不错的，特别是传热和传质速率快、 床层温度均匀、操作稳定的突出优点，对于热效应很大的大规模生产 过程特别有利。
化学反应过 程与设备
二、流化床反应器的特点结构
化学反应过 程与设备
一、固定床反应器的特点结构
（二）固定床反应器的类型与结构 中间间接换热式： 作用： 间接换热式是用热交换器使冷、热流体通过管壁进行热交换
冷激式：
冷激用的冷流体如果是尚未反应的原料气，称为原料气冷激式； 冷激用的冷流体如果是非关键组分的反应物，称为非原料气冷激
化学反应过 程与设备
固定床反应器虽有缺点，但可在结构和操作方面做出改进，且其 优点是主要的。因此，在化学工业中得到了广泛的应用。
化学反应过 程与设备
一、固定床反应器的特点结构
固定床反应器名词解释
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。
固定床反应器的日常运行与操作
通过优化固定床反应器的操作和催化剂性能，该机构在化 学反应研究和催化剂开发方面取得了重要突破，为相关领 域的发展提供了有力支持。
THANKS
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VS
操作员需要通过控制加热和冷却介质 流量来调节反应器的温度。在启动反 应器前，需要预热至适宜的温度，避 免因温度过低导致催化剂失活或因温 度过高导致催化剂烧结。同时，需要 密切关注温度变化，防止因温度过高 或过低对反应结果产生不利影响。
压力调节
压力对固定床反应器的操作具有重要影响，压力波动可能导致催化剂失活或机械 故障。
工作原理
在固定床反应器中，反应物料通过催化剂床层进行化学反应 。催化剂固定在反应器内，不随物料一起流动。反应过程中 ，温度和压力等条件可控制，以获得最佳的反应效果。
流程
固定床反应器的操作流程包括进料、反应、出料等步骤。进 料前需对催化剂进行活化或预处理，出料后通常还需进行后 处理或分离操作。根据不同的化学反应和工艺要求，固定床 反应器的操作参数和流程会有所不同。
03
固定床反应器的操作技巧
进料控制
控制进料流量是固定床反应器操作的关键，流量过快或过慢 都可能影响反应效果。
操作员需要根据反应需求，通过调节进料泵的转速或阀门的 开度，保持稳定的进料流量。同时，需要定期检查进料管线 是否堵塞或泄漏，确保进料流量稳定且符合工艺要求。
温度调节
温度是化学反应的重要参数，对固 定床反应器的温度进行精确控制至关 重要。
优化换热系统
改进换热器设计，提高换 热效率，降低热量损失。
能耗监测与控制
实时监测能耗数据，通过 智能控制技术优化能耗， 降低运行成本。
安全性能提升
安全防护措施
01
安装安全阀、防爆膜等安全设施，预防超压、过热等危险情况。
固定床反应器的设计—固定床反应器特点与结构
间接换热式催化剂床层绝热操作方程
A-B 反应 x↑
B-C 换热 x不变
C-D 反应 x↑
D-E 换热 x不变
E-F 反应 x↑
F-G 换热 x不变
绝热操作线方程式： 表达温度与转化率的 关系。
反应热效应、绝热温 升、热熔、密度一定 时，反应段斜率相同
1.绝热式固定床反应器
（3）多段式催化床层温度的分布：间接换热式催化剂床层温度分布 和冷激（直接换热）式催化剂床层温度分布
1.绝热式固定床反应器
（2）多段式：有多段催化剂床层，反应和冷却间隔进行。 适应场合：反应热效应较大，反应速率慢的反应。 中间间接换热式：床层间加换热器（），调节温度。如：水煤气转换、二氧化硫的
氧化反应
1.绝热式固定床反应器
（2）多段式：有多段催化剂床层，反应和冷却间隔进行。 适应场合：反应热效应较大，反应速率慢的反应。
中间间接换热式：床层间加换热器（换热盘管），调节温度。如：环己醇脱氢制环己酮 及丁二醇脱水制丁二烯 。
换热盘管
1.绝热式固定床反应器
（2）多段式：有多段催化剂床层，反应和冷却间隔进行。适应反应 热效应较大，反应速率慢的反应。
冷激式：用冷流体直接与上一段出口气体混合来实现降温。多适应于工业上高压力操
•以高温烟道气为载体， 将反应所需热量在反应 管外通过管壁传给催化 剂层
生产实例：乙苯催化脱 氢制备苯乙烯。
2、换热式固定床反应器
（1）外换热式：以各种载热体为换热介质的对外换热式反应器多为 列管式结构。 载热体选择：
低于240℃----加压热水 250—300 ℃ -----导热油 300 ℃ -----熔盐（KNO353%，NaNO27%、NaNO340%） 600—700℃左右----烟道气
应用化工技术专业《气固相固定床催化反应器的结构》
二、气固相固定床催化反响器的结构〔一〕绝热式固定床反响器绝热式固定床反响器内部无换热构件，只有一段催化剂床层的称为单段绝热式，有多段催化剂床层的称为多段绝热式。
绝热式反响器结构简单、造价低、反响器内体积可以充分利用，一般用于反响热较小，反响温度允许波动范围较宽的场合。
1. 单段绝热式固定床反响器单段绝热式固定床反响器是在一个中空圆筒的底部放置搁板〔支撑板〕，在搁板上堆积固体催化剂。
反响气体经预热到适当温度后，从圆筒体上部通入，经过气体预分布装置，均匀通过催化剂层进行反响，反响后的气体由下部引出，如图9所示。
这类反响器结构简单，生产能力大。
对于反响热效应不大，反响过程允许温度有较宽变动范围的反响过程，常采用此类反响器。
一个典型的例子是乙苯脱氢制苯乙烯，反响需热140kJ/mol，这是靠参加2.6倍〔质量〕于乙苯的高温水蒸气〔710℃〕来供给的。
乙苯与水蒸气混合后在630℃入催化剂床层，而离床时那么因反响吸收热量而降到565℃。
单段绝热式一般适用于绝热温升较小的反响。
以天然气为原料的大型氨厂中的一氧化碳中〔高〕温变换及低温变换甲烷化反响都采用单段绝热式。
对于热效应较大的反响只要对反响温度不很敏感或是反响速率非常快的过程，有时也使用这种类型的反响器。
例如甲醇在银或铜的催化剂上用空气氧化制甲醛时，虽然反响热很大，但因反响速率很快，那么只用一薄薄的催化剂床层即可，如图10所示。
此一薄层为绝热床层，下段为一列管式换热器。
反响物预热到383K，反响后升温到873~923K，就立即在很高的混合气体线速度下进人冷却器，防止甲醛进一步氧化或分解。
单段绝热式固定床反响器的缺点是反响过程中温度变化较大。
当反响热效应较大而反响速率较慢时，绝热升温必将使反响器内温度的变化超出允许范围。
多段绝热式固定床反响器是为弥补此缺乏而提出的。
2. 多段绝热式固定床反响器多段绝热式固定床反响器中，反响气体通过第一段绝热床反响至一定的温度和转化率时，将反响气体冷却至远离平衡温度曲线的状态，再进行下一段的绝热反响。
固定床反应器.ppt1
优点
1.化学反应速率较快、在完成同样的生产能力时 所需的催化剂和反应器体积较小。 2.可以严格控制停留时间，调节温度的分布。 3.催化剂可连续使用。 4.可在高温、高压条件下操作。
存在的不足
1.催化剂载体导热性不良，床层中的传热性 能较差。可能出现“飞温”。 2.如果使用的催化剂较小颗粒，会造成流体 阻力增大，破坏正常操作，使得催化剂的 活性内表面得不到充分利用。 3.催化剂的再生、更换不方便。
多段绝热式固定床反应器
﹙a﹚ 中间换 热式
﹙b﹚中间 换热式
﹙c﹚中间 换热式
﹙d﹚冷激式
﹙e﹚ 冷激式
以各种载热体为介质的对外换热式 反应器多为列管是结构如下图所示 类似于列管式换热器
列管式固定床反应器中，合理选择载热体及其温度的控制是保 持反应稳定进行的关键。载热体的温度与反应温度的温差宜小 ，但必须移走反应过程中释放出的大量热量。这就要求有较大 的传热面积和传热系数。
二、固定床反应器的类型与结构 为适应不同的传热要求和传热方式，已 出现多种固定床反应器结构形式。主 要分为绝热式和换热式两类。 绝热式固定床反应器又可以分为单段式 和多段式。 换热式固定床反应器按换热介质不同可 分为对外换热式和自然式。 按照反应气体在催化床中的流动方向， 按照反应气体在催化床中的流动方向， 固定床反应器可分为轴向绝热式 轴向绝热式和 固定床反应器可分为轴向绝热式和径向 绝热式。 绝热式。
载热体的选择 240 ℃以下 250-300 ℃ 300-500 ℃ 600 ℃以上 加压热水 导热油 熔盐 烟道气
何谓热点？ 一般沿轴 向温度分 布都有一 最高温度 ，称为“ 热点”。 在热点以前放热速率大于移热速率，则床层温度升高，热点过 后恰恰相反，故床层温度逐渐降低。控制热点温度是使反应顺 利进行的关键。热点温度过高，使反应选择性降低催化剂变劣 甚至使反应失去稳定性而产生“飞温”。
固定床反应器结构及原理
固定床反应器结构及原理又称填充床反应器，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，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。
它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。
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。
1、轴向绝热式固定床反应器流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。
下图是绝热式固定床反应器的示意图。
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。
（1）径向绝热式固定床反应器流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无热交换。
径向反应器与轴向反应器相比，流体流动的距离较短，流道截面积较大，流体的压力降较小。
但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。
以上两种形式都属绝热反应器，适用于反应热效应不大，或反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。
由多根反应管并联构成。
管内或管间置催化剂，载热体流经管间或管内进行加热或冷却，管径通常在25~50mm之间，管数可多达上万根。
列管式固定床反应器适用于反应热效应较大的反应。
此外，尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器，称为多级固定床反应器。
例如:当反应热效应大或需分段控制温度时，可将多个绝热反应器串联成多级绝热式固定床反应器，反应器之间设换热器或补充物料以调节温度，以便在接近于最佳温度条件下操作。
（3）对外换热式固定床反应器对外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)。
（4）多段绝热式固定床反应器3、自身换热式反应器（自热式反应器）反应前后的物料在床层中自己进行换热称作自热式反应器。
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固定床反应器的结构
固定床反应器是化学反应过程中一种常用的反应装置，通常用于催化反应或氧化反应。
与流动床反应器相比，固定床反应器具有操作简单、装置体积小、节能等诸多优点。
本文
将从结构方面介绍固定床反应器的结构。
固定床反应器主要由反应器本体、进料系统、排放系统、催化剂填料层等四个部分组成。
其中，反应器本体是整个反应装置的核心部分，由反应器壳体、隔板、固定床支撑、
固定床填料等组成。
进料系统则是将原料送入反应器本体的渠道，同时还包括物料输送设备。
排放系统则是将反应产物从反应器中取出的系统。
最后催化剂填料层为反应器提供催
化剂动力学性能的支撑体系。
反应器本体
反应器本体的壳体与隔板主要起到将反应物料与催化剂填料完全隔离的作用。
隔板的
设计需要考虑到反应物流粘度、温度、压力等因素，以保证反应物能够在反应器内部得到
合适的处理。
一般来说，反应器的壳体应该采用合适的合金材料，以满足耐腐蚀、耐高温、耐压等性能要求。
同时为了便于维修和检修，还应该在壳体内设置检查口。
反应器本体内的固定床支撑通常安放在隔板上，用于支撑固定床填料层，同时固定床
支撑还需要具备较好的耐高温、耐震动、耐腐蚀以及质量稳定等性能，以保证整个反应系
统的安全运行。
为了提高反应器内的催化剂填料均匀性，通常采用分层式催化剂填料结构，在固定床填料层中安排不同尺寸、不同形状的催化剂，以达到均匀分布的目的。
进料系统
进料系统主要包括输送设备和进料渠道等。
为了满足不同的反应物要求，在进料系统
中通常安装具有不同功能的输送设备，如阀门、泵等。
催化剂填料层的位置和是否增加固
定道等都是进料系统中需要考虑的因素。
排放系统
排放系统通常有两种设计方案，一种为单口设计，另一种为多口设计。
多口的反应器
能够彻底分离反应物与反应产物，不同口的控制带动整个装置的效率稳定。
单口的反应器
则更直接、不用配置复杂设备，相对更方便。
排放系统的设计需要考虑排放产物时的温度、压力问题。
催化剂填料层
催化剂填料层在反应器中的地位至关重要，因为其直接影响着化学反应的效果。
为提
高反应器的催化性能，催化剂填料层设计一般采用高比表面积材料，如贵金属催化剂、载
体材料、吸附剂等。
同时，在催化剂填料层的设计中还需考虑填料层与固定床的接触状况，以及催化剂经过长时间使用后的失效风险，需要定期更换催化剂。
综上所述，固定床反应器由反应器本体、进料系统、排放系统、催化剂填料层等四个
部分组成。
不同的反应物料性质、反应物流状态、反应器反应条件等都需要适合的反应器
结构设计。
通过对固定床反应器的了解，我们可以更加深入地认识化学反应装置的特点和
构造，进而更好地进行反应实验和化学反应工艺的优化。