固定床反应器结构及原理
固定床生物反应器的设计原理
固定床生物反应器的设计原理固定床生物反应器是一种广泛应用于处理废水、废气和固体废弃物的生物处理技术。
它利用生物菌群把有机化合物转化成较为稳定的无机化合物，从而达到减少环境污染和资源回收的目的。
在这种生物反应器中，底部覆盖着一层高孔隙率、低压降的固定床，生物菌群附着在固定床上进行处理。
设计固定床生物反应器需要考虑很多因素，包括床层材料、填料性质、进出口管道布局、氧气供应等等。
以下将详细讨论这些因素在设计过程中的重要性和影响。
床层材料固定床生物反应器的床层材料通常选择聚合物材料。
这种材料不仅具有良好的化学稳定性和机械强度，而且也能提供较大的表面积和孔隙率，方便生物菌群定居和生长。
此外，床层材料应该有一定的柔韧性，以便应对各种应变载荷。
填料性质填料是固定床生物反应器的关键组成部分，对于反应器的最终效果影响深远。
填料应当有较大的表面积和孔隙率，以便生物菌群能够更有效地站稳和生长。
同时，填料还应当有良好的物化性质，如疏水性或亲水性，以保证生物菌群能够充分接触有机废物并将其分解。
进出口管道布局进出口管道是固定床生物反应器中一个特别重要的设计要素，决定了反应器的进出料和废物排放。
在设计过程中，管道应当被布置在合适的位置，以保证应力分布均衡和温度控制合适。
管道的直径和交叉角度也应当尽可能设计得合适，以确保流体的均匀流动和混合。
氧气供应氧气供应是生物菌群进行分解反应的必要条件。
设计固定床生物反应器时，氧气的供应应当被特别考虑，以保证反应器内部的氧气浓度达到最佳的水平。
在供氧管道内，氧气的输送要均匀，并且应当具有一定的流速和压力。
总之，固定床生物反应器的设计需要考虑到众多因素，如床层材料、填料性质、进出口管道布局、氧气供应等等。
有效的设计能够提高其处理效率和稳定性，达到良好的环境保护和资源回收的目的。
固定床反应器培训
故障四
设备振动大。排除方法：检查固定床反应器的安装基础是 否牢固，如有问题及时加固；检查设备部件是否有松动或 损坏，如有及时修复或更换。
04
固定床反应器的优化与改 进
催化剂的优化选择
总结词
催化剂是固定床反应器的核心要素，其选择和优化对反应效果具有决定性影响。
详细描述
在选择催化剂时，需要考虑其活性、选择性、稳定性和成本效益。通过实验研究和模拟计算，可以评 估不同催化剂的性能，并选择最适合特定反应的催化剂。此外，催化剂的优化还可以通过改进制备方 法、添加助剂或进行表面改性来实现。
固定床反应器的基本结构
催化剂
固定床反应器中的催化剂通常 装填在反应器的底部或中部，
以固定床的形式存在。
反应物料
反应物料从反应器的顶部进入 ，通过催化剂层进行化学反应 。
换热器
为了控制反应温度，固定床反 应器通常配备换热器，以便在 必要时对反应物料进行加热或 冷却。
出料口
反应后的物料从反应器的底部 或侧部出料口排出。
证和模拟分析来评估新型反应器的性能。
05
固定床反应器的安全与环 保
安全操作规程
操作人员需经过专业培训，熟悉 固定床反应器的结构、工作原理
和操作规程。
操作过程中应严格遵守安全操作 规程，确保设备运行稳定、安全
可靠。
定期对固定床反应器进行检查和 维护，确保设备处于良好状态。
环保要求与处理措施
固定床反应器应符合环保要求 ，确保废气、废水和固废等污 染物达标排放。
操作条件的优化调整
总结词
操作条件如温度、压力、流量等对固定 床反应器的性能具有重要影响。
VS
详细描述
通过实验确定最佳的操作条件是必要的。 这包括最佳的温度、压力、气体流量等参 数。此外，操作条件的优化还可以通过控 制反应物的浓度、反应时间、反应器内构 件设计来实现。优化后的操作条件可以提 高反应效率、降低能耗和减少副反应的发 生。
egsb反应器原理
egsb反应器原理EGSB反应器是一种常见的废水处理装置，具有高效、节能、易控制等优点。
它的反应原理是通过微生物群体在高浓度有机废水中不断繁殖并降解有机物质。
本文将为您介绍EGSB反应器的原理和反应过程。
一、EGSB反应器的结构和运行原理EGSB反应器是一种特殊的固定床反应器，分为上部分和下部分。
上部分是气液分离器，下部分是反应器，两部分之间靠隔板隔开。
在气液分离器中，污水经过预处理后，进入反应器底部。
水流向上流动，沉降在反应器内底部的小颗粒状有机物会被厌氧菌降解，生成沼气。
废水进入EGSB反应器底部，顺着固定床流动，碳酸氢根离子在反应器内从碳酸盐离子中脱离，并与部分废水中的阳离子结合形成脂肪酸，同时，脂肪酸的反应还会产生更多的沼气。
气体逐渐向上升到反应器顶端的气液分离装置。
二、EGSB反应器的反应过程EGSB反应器的反应主要是由微生物进行降解有机废水中的有机物，具体包括下面几类：1. 可生物降解有机物：废水中的可生物降解有机物（如淀粉、葡萄糖、乳糖等）会在反应器中通过厌氧的代谢途径分解，最终形成沼气。
2. 不易生物降解有机物：废水中不易进行生物降解的有机物（如生物单体、脂肪酸、高分子蛋白质等）会在反应器内部的微生物群体中发酵，产生可生物降解的有机物，随后再被厌氧菌降解掉。
3. 氮、磷的去除：在EGSB反应器中，微生物群体可以将废水中的氮、磷等无机盐转化为氮气和磷酸盐，实现氮、磷的去除。
EGSB反应器的反应过程需要进一步了解微生物的生长作用，这样才能更好地进行利用。
微生物群体在反应器中会不断繁殖，分解有机物的同时，还能吸附、汇聚废水中的其他物质，并不断加强自身降解能力。
当反应器中产生沼气时，气体会向上升到反应器顶端的气液分离装置。
然后，沼气经过底部污泥与气体分离器分离，继续转化和利用。
三、结论总体来说，EGSB反应器的原理就是微生物降解污水中的有机物质，利用协同菌群降解废物，产生沼气，达到净化水质的目的。
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。
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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
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。
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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
固定床的特点及应用
蚀，无相变，温度范围200~ 350℃
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。
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汽化 效率高 选择性提高
压力高
温度易控 投 资 大 设 备
其中以利用气态物质为反应物料，通过由固体催化剂所构 成的床层进行反应的气固相催化反应器在化工生产中应用最为 广泛。
固定床反应器 - 基本原理
• 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
特点：传热面积大，传热效果 好，易控制催化剂床层温度， 反应速率快，选择性高。 缺点：结构较复杂，设备费用高。 应用：能适用于热效应大的反应。
列管式固定床反应器
二〉换热式固定床反应器
✪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。
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。
• 涓流床反应器，是固流床三相反应器之一。指在反应器中，气液成逆 流或气液向下并流，液体以薄膜形式与气体接触的三相床反应器。液 体流为非连续相由上而下流动。用于石油产品的加氢脱硫、脱氮、脱 钒、脱金属和加氢裂化，丙烯水合和废水处理等过程。滴流床的优点 是接触时间分布较窄，且可在进入反应区前脱除毒物。床内流动接近 平推流可获得高转化率；荷液量低，可减少加氢脱硫时油品热裂解， 缺点是低液流速率，液体与催化剂的比例较低，可能形成局部的温度 与浓度梯度，甚至不完全润湿，影响反应效果；径向传热差，易于局 部过热而导致失活；在催化剂颗粒较大、反应速率较快时，内扩散影 响会导致有效系数低落；长期操作中，积炭、污垢等会使催化剂孔口 堵塞，影响寿命。
固定床反应器操作与控制—固定床反应器的工作原理
固定床反应器内的流体流动
固定床反应器内的流体流动
1.催化剂颗粒的直径和形状系数
固体颗粒的直径是个重要的参数，在流体力学、传质、 传热研究中常常用到。催化剂颗粒可为各种形状状，如 球形、圆柱形、片状、环状、无规则 等。 催化剂的粒径大小，对于球形颗粒可以方便地用直径表 示；对于非球形颗粒，习惯上常用与球形颗粒作对比的 相当直径表示(通常有下述三种相当直径)，用形状系数 φs表示其与圆球形的差异程度。
固定床反应器内的流体流动
(1)体积相当直径dV
体积相当直径是以颗粒（非球型颗粒）体积相等的球体 的直径表示的颗粒直径。
固定床反应器内的流体流动
(2)外表面积相当直径
外表面积相当直径是以与颗粒的外表面积相等的球体的 直径表示的颗粒直径，在固定床传热及传质研究中常用 这种直径。
固定床反应器内的流体流动
(3)比表面积相当于直径ds
比表面积相当于直径是以与颗粒的比表面积相等的球体 的直径表示的颗粒直径，计算固定床压力降时常用这种 直径。这里的比表面积是指单位体积颗粒所具有的外表 面积，以S 表示。
固定床反应器内的流体流动
（4）形状系数
催化剂颗粒的形状系数定义为：球形颗粒的外表面积与 体积相同的非球形颗粒的外表面积之比。
对于球形颗粒φ =1，非球形颗粒 φ＜1， 值越大说 明颗粒的球形度越高
固定床反应器内的流体流动
2. 床层空隙率
空隙率是催化剂床层的空隙体积与催化剂床层总体积之比， 可用下式进行计算。 ε=1-ρB/ρS
式中ε——床层空隙率； ρB——催化剂床层堆积密度，即单位体积催化剂床 层具有的质量，kg／m3。； ρS——催化剂的表观密度，即单位体积催化剂颗粒 具有的质量，kg／m3。
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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。