5 固定床反应器
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。
固定床和流化床反应器ppt课件
• ③列管式固定床反应器。
• 当流体通过床层的速度逐渐提高到某值时，颗粒 出现松动，颗粒间空隙增大，床层体积出现膨胀。 如果再进一步提高流体速度，床层将不能维持固 定状态。此时，颗粒全部悬浮与流体中，显示出 相当不规则的运动。随着流速的提高，颗粒的运 动愈加剧烈，床层的膨胀也随之增大，但是颗粒 仍逗留在床层内而不被流体带出。床层的这种状 态和液体相似称为流化床。其中，流化床的种类 有：最小流化床，鼓泡流化床，腾涌流化床。
固定床反应器的结构
1.绝热式固定床反应器 1.1单段绝热式
1-矿渣棉2-瓷环3-催化剂 1-催化剂 2-冷却器
固定床反应器有三种基本形式
• 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。流体沿轴向自上而
下流经床层，床层同外界无热交换。 • ②径向绝热式固定床反应器。流体沿径向流过床
固定床反应器
• 固定床反应器又称填充床反应器，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。
固定床 反应器
分类及其应用
不同 的传 热要 求和 传热 方式
单段绝热式
二段
绝 热 式 多段绝热式
真思考如何为以后的发展开好头。
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流化床反应器的结构
流化床反应器类型 ➢ 按固体颗粒是否在系统内循环分
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、移动床、流化床反应器区别详解
固定床、移动床、流化床反应器，这三种反应器被誉为是工业生产中不可或缺的重要设备。
它们虽然都是制造工业生产中的设备，但它们各有所长，各有其优缺点。
一、首先，“床”指的是什么？大量固体颗粒堆积在一起，便形成了具有一定高度的颗粒床层，这就是名称里的"床"。
这些固体颗粒可以是反应物，也可以是催化剂。
二、如何区分固定床、移动床、流化床反应器如果这个颗粒床层是固定不动的，就叫固定床。
如果这个颗粒床层是整体移动的，固体颗粒自顶部连续加入，又从底部卸出，颗粒相互之间没有相对运动，而是以一个整体的状态移动，叫做移动床。
当流体（气体或液体）通过颗粒床层时，进行反应。
如果将流体通过床层的速度提高到一定数值，固体颗粒已经不能维持不变的状态，全部悬浮于流体之中，固体颗粒之间进行的是无规则运动，整个固体颗粒的床层，可以像流体一样流动，这即是流动床。
下面，小七为大家详细的介绍这三种反应器。
三、固定床反应器又称填充床反应器，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。
1、优点•催化剂机械磨损小。
•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。
•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。
•可在高温高压下操作。
2、缺点•固定床中的传热较差。
•催化剂的再生、更换均不方便，催化剂的更换必须停产进行。
•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。
固定床生物反应器
反应物系沿床层 轴向位置而变化。
反应体系多为 液-固两相体系， 液体通过床层空 隙而流动，床层 压力较大。
床层内可能存在
填充床反应器 PBR
反应物系的扩散
对反应速率的限
制作用。
床层轴向常会存在 宏观混合，即返混。
根据液相物料的 流向方向，填充 床反应器又可分 为上行方式和下 行方式。
填充床生物反应器
1 2 3
葡萄糖异构 化。
青霉素选择 性水解反应。
氨基酸消旋 混合物的选 择性反应分 离。
固定床反应器的应用
以固定化细胞 为催化剂的
固定化酵 母生产乙 醇。
废水的生 物处理。
利用滴流床反应器制备生物柴油的研究
目前制备生物柴油一般 采用间歇式搅拌釜，该工艺 存在原料消耗大、反应耗能 大及反应效率低等问题。张 冠杰等人首次采用自制的滴 流床反应器进行醇解反应制 备生物柴油，实现了改善反 应物接触状况、降低能耗及 连续生产等目的。
床内没有换热装置
特点：反应器结
构简单，生产能 力大。
适合热效应不大、 反应对温度的要求 较宽的反应。
缺点：反应过程
中温度变化较大。
绝热式固定床反应器
多段绝热式固定床反应器
根据段间反应 气体的冷却或加热
特点：催化剂床层
方式，多段绝热床
又分为中间间接换 热式和冷激式。
的温度波动小。
缺点：结构较复杂，催
影响滴流床反应器 操作特性的主要因 素有：
1、固定化颗粒床层 所具有的表面积。 2、床层被下降液体 所湿润的程度。 3、气、液的流动模 式。
滴流床反应器
按床层与外界的传热方式分类，可有以下几类：
绝热式固定床反应器
固定床 反应器
固定床反应器的结构
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。
各种反应器特点优缺点及应用
各种反应器特点优缺点及应用反应器是化学工程中用于进行化学反应的设备。
根据不同的反应类型、工艺要求和操作条件，不同类型的反应器具有不同的特点、优缺点和应用。
下面将简要介绍几种常见的反应器及其特点、优缺点和应用。
1.批量反应器批量反应器是最简单的一种反应器，适用于小规模生产和常规实验室反应。
其特点如下：-特点：操作简单，投料灵活，适用于多种反应类型；-优点：可以实现灵活的反应过程控制，易于升级和调整；-缺点：反应过程中温度、压力和混合程度可能不均匀，反应时间较长，生产周期较长；-应用：广泛应用于实验室研究和小规模生产中，例如有机合成、催化反应等。
2.连续流动反应器连续流动反应器是在反应物连续流动的条件下进行反应的反应器，其特点如下：-特点：反应物连续流动，反应发生在管道或管束中，进出料稳定；-优点：反应时间短，反应物浓度稳定，产物纯度高，废液排放量少，能耗较低；-缺点：操作条件相对复杂，设备成本较高，不适用于反应物稳定性较差的反应；-应用：广泛应用于底物稳定性较好的化学反应，如合成化学和催化反应等。
3.管式反应器管式反应器是一种连续流动反应器，具有管状结构，反应物在管内流动进行反应。
其特点如下：-特点：反应物在直管中流动，具有较大的接触面积和较高的传热效率；-优点：反应时间短，反应速度快，能够实现高温反应和高压反应；-缺点：管内积垢和堵塞的问题较突出，操作不够灵活，难以对反应过程进行调控；-应用：广泛应用于有机合成、聚合反应、氧化反应等。
4.搅拌式反应器搅拌式反应器是一种常见的批量反应器，其特点如下：-特点：反应物在搅拌器的作用下进行混合和反应；-优点：能够实现较好的混合程度，反应均匀，温度、压力和浓度控制相对容易；-缺点：能耗较高，产物分布不均匀，反应速率受到混合效果的影响；-应用：广泛应用于有机合成、聚合反应、酯化反应等。
5.固定床反应器固定床反应器是将催化剂固定在固体床上进行反应的反应器-特点：催化剂固定，反应物流经固体床进行反应；-优点：反应过程相对稳定，操作简单，可以持续生产较长时间；-缺点：反应物质传质受到限制，催化剂活性容易降低，床层温度不易均匀；-应用：广泛应用于催化反应，如重油加氢、氯化反应等。
第六章_固定床反应器
固定床反应器；
流化床反应器；
移动床反应器。
n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。
主要固定床催化反应过程如下表
基本化学工业 烃类水蒸气转化 一氧化碳变换 石油化学工业 催化重整 二氯化烷 异构化 醋酸乙烯酯
一氧化碳甲烷化
氨合成 二氧化硫氧化 甲醇合成
主要固定床催化反应过程如下表基本化学工业石油化学工业烃类水蒸气转化一氧化碳变换一氧化碳甲烷化氨合成二氧化硫氧化甲醇合成催化重整异构化二氯化烷醋酸乙烯酯丁二烯苯乙烯加氢脱烷基611固定床反应器的优缺点固定床层内的气相流动接近平推流有利于实现较高的转化率与选择性
第六章 固定床反应器
1
6.1 概 述
n
气固相催化反应器可分三大类：
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
如图(a)所示。这种反应器结构最简单，实 际上是一个容器，催化剂均匀堆置于床内
，预热到一定温度的反应物料自上而下流
过床层进行反应，床层同外界无热交换。
10
(2)径向绝热式固定床反应器
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。
1 b fm a b R m d puo R m
• 反应床层压降
例题
• 乙烯在银催化剂上氧化制环氧乙烷，年 产环氧乙烷1×106 kg,采用二段空气氧化 法。主要反应为：
• C2H4+1/2O2 C2H4O • △H1= -103.4kJ/mol(25℃)
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单元五固定床反应器仿真操作
一．单元目标
1.了解固定床反应器结构及反应特点。
2.掌握固定床反应器开车、停车操作方法。
3.掌握固定床反应器正常运行的工艺指标及相互影响关系，并
寻求最佳工艺条件。
4.正确分析常见事故产生的原因，能判断常见事故，掌握事故
正确的处理方法。
5.熟悉各种设备、测量仪表的名称及作用，能识读带控制点工
艺流程图。
二．单元内容
本流程为利用催化加氢脱乙炔的工艺。
乙炔是通过等温加氢反应器除掉的,反应器温度由壳侧中冷剂温度控制。
反应原料分两股,一股为约-15℃的以C2为主的烃原料,进料量由流量控制器FIC1425控制;另一股为H2与CH4的混合气,温度约10℃,进料量由流量控制器FIC1427控制。
FIC1425与FIC1427为比值控制,两股原料按一定比例在管线中混合后经原料气/反应气换热器(EH-423)预热,再经原料预热器(EH-424)预热到38℃,进入固定床反应器(ER-424A/B)。
预热温度由温度控制器TIC1466通过调节预热器EH-424加热蒸汽(S3)的流量来控制。
ER-424A/B中的反应原料在2.523MPa、44℃下反应生成C2H6。
当温度过高时会发生C2H4聚合生成C4H8的副反应。
反应器中的热量由
反应器壳侧循环的加压C4冷剂蒸发带走。
C4蒸汽在水冷器EH-429中由冷却水冷凝,而C4冷剂的压力由压力控制器PIC-1426通过调节C4蒸汽冷凝回流量来控制,从而保持C4冷剂的温度。
比值调节：工业上为了保持两种或两种以上物料的比例为一定值的调节叫比值调节。
对于比值调节系统，首先是要明确那种物料是主物料，而另一种物料按主物料来配比。
在本单元中，FIC1425（以C2为主的烃原料）为主物料，而FIC1427（H2）的量是随主物料（C2为主的烃原料）的量的变化而改变。
主要设备：EH-423：原料气/反应气换热器
EH-424：原料气预热器
EH-429：C4蒸汽冷凝器
EV-429：C4闪蒸罐
ER424A/B：C2H2加氢反应器
流程图：固定床反应器带控制点工艺流程图
固定床反应器DCS 界面
固定床反应器现场界面
三．操作步骤
1.正常运行
正常工况下工艺参数
(1)正常运行时，反应器温度TI1467A：44.0℃，压力PI1424A控制
在2.523MPa。
(2)FIC1425设自动，设定值56186.8 KG/H，FIC1427设串级。
(3)PIC1426压力控制在0.4MPa，EV-429温度TI1426控制在38.0℃。
(4)TIC1466设自动，设定值38.0℃。
(5)ER-424A出口氢气浓度低于50PPm，乙炔浓度低于200PPm。
(6)EV429液位LI1426为50%。
2.冷态开车
装置的开工状态为反应器和闪蒸罐都处于已进行过氮气冲压置换后，保压在0.03MPa状态。
可以直接进行实气冲压置换。
2.1、EV-429闪蒸器充丁烷
(1)确认EV-429压力为0.03 MPa。
(2)打开EV-429回流阀PV1426的前后阀VV1429、VV1430。
(3)调节PV1426(PIC1426)阀开度为50%。
(4)EH-429通冷却水，打开KXV1430，开度为50%。
(5)打开EV-429的丁烷进料阀门KXV1420，开度50%。
(6)当EV-429液位到达50%时，关进料阀KXV1420。
2.2、ER-424A反应器充丁烷
(1)确认事项
①反应器0.03 MPa保压。
②EV-429液位到达50％。
(2)充丁烷
打开丁烷冷剂进ER-424A壳层的阀门KXV1423，有液体流过，充液结束；同时打开出ER-424A壳层的阀门KXV1425。
2.3、ER-424A启动
(1)启动前准备工作
①ER-424A壳层有液体流过。
②打开S3蒸汽进料控制TIC1466.
③调节PIC-1426设定，压力控制设定在0.4MPa。
(2)ER-424A充压、实气置换
①打开FIC1425的前后阀VV1425、VV1426和KXV1412。
②打开阀KXV1418。
③微开ER-424A出料阀KXV1413，丁烷进料控制FIC1425(手动)，
慢慢增加进料，提高反应器压力，充压至2.523MPa。
④慢开ER-424A出料阀KXV1413至50%，充压至压力平衡。
⑤乙炔原料进料控制FIC1425设自动，设定值56186.8 KG/H。
(3)ER-424A配氢，调整丁烷冷剂压力
①稳定反应器入口温度在38.0℃，使ER-424A升温。
②当反应器温度接近38.0℃(超过35.0℃)，准备配氢。
打开
FV1427的前后阀VV1427、VV1428。
③氢气进料控制FIC1427设自动,流量设定80 KG/H。
④观察反应器温度变化，当氢气量稳定后,FIC1427设手动。
⑤缓慢增加氢气量，注意观察反应器温度变化。
⑥氢气流量控制阀开度每次增加不超过5％。
⑦氢气量最终加至200 KG/H左右，此时H2/C2=2.0，FIC1427投
串级。
⑧控制反应器温度44.0℃左右。
3.正常停车
3.1、正常停车
(1)关闭氢气进料，关VV1427、VV1428，FIC1427设手动，设定值为0%。
(2)关闭加热器EH-424蒸汽进料,TIC1466设手动,开度0%。
(3)闪蒸器冷凝回流控制PIC1426设手动，开度100%。
(4)逐渐减少乙炔进料，开大EH-429冷却水进料。
(5)逐渐降低反应器温度、压力，至常温、常压。
(6)逐渐降低闪蒸器温度、压力，至常温、常压。
3.2、紧急停车
(1)与停车操作规程相同。
(2)也可按急停车按钮（在现场操作图上）。
4.事故处理
【考证习题】
1. 本单元仿真装置的反应温度由壳侧中的冷剂（热载体）控制在℃。
2. 固定床反应器单元的工艺是。
3. 固定床反应器单元中反应器原料气入口温度应控制为。
4. 反应器正常停车的步骤是。
5.固定床反应器的正确定义（）。
A.流体通过静态固体颗粒形成的床层而进行化学反应的设备
B.固定的反应器
C.与固体进行化学反应的设备
D.固体通过静态固体颗粒形成的床层而进行化学反应的设备
6.反应器压力迅速降低，可能原因是（）。
A.反应器漏气
B.氢气进料停止
C.冷却出现问题
D.原料供给超标。