一文分清固定床、移动床、流化床反应器
反应器结构及工作原理图解
反应器结构及工作原理图解小7：这里给大家介绍一下常用的反应器设备,主要有以下类型：①管式反应器。
由长径比较大的空管或填充管构成，可用于实现气相反应和液相反应。
②釜式反应器。
由长径比较小的圆筒形容器构成，常装有机械搅拌或气流搅拌装置，可用于液相单相反应过程和液液相、气液相、气液固相等多相反应过程。
用于气液相反应过程的称为鼓泡搅拌釜(见鼓泡反应器）；用于气液固相反应过程的称为搅拌釜式浆态反应器。
③有固体颗粒床层的反应器。
气体或（和)液体通过固定的或运动的固体颗粒床层以实现多相反应过程,包括固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、涓流床反应器等。
④塔式反应器。
用于实现气液相或液液相反应过程的塔式设备,包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等（见彩图）。
一、管式反应器一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。
这种反应器可以很长,如丙烯二聚的反应器管长以公里计。
反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联;可以是空管,如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应,如列管式固定床反应器。
通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100（气体）或200(液体）,物料的流动可近似地视为平推流。
分类:1、水平管式反应器由无缝钢管与U形管连接而成。
这种结构易于加工制造和检修。
高压反应管道的连接采用标准槽对焊钢法兰，可承受1600-10000kPa压力。
如用透镜面钢法兰，承受压力可达10000—20000kPa。
2、立管式反应器立管式反应器被应用于液相氨化反应、液相加氢反应、液相氧化反应等工艺中。
3、盘管式反应器将管式反应器做成盘管的形式,设备紧凑,节省空间。
但检修和清刷管道比较困难.4、U形管式反应器U形管式反应器的管内设有多孔挡板或搅拌装置,以强化传热与传质过程。
U形管的直径大,物料停留时间增长，可应用于反应速率较慢的反应。
5、多管并联管式反应器多管并联结构的管式反应器一般用于气固相反应，例如气相氯化氢和乙炔在多管并联装有固相催化剂的反应器中反应制氯乙烯，气相氮和氢混合物在多管并联装有固相铁催化剂的反应器中合成氨.性能特点:1、由于反应物的分子在反应器内停留时间相等,所以在反应器内任何一点上的反应物浓度和化学反应速度都不随时间而变化,只随管长变化。
化工反应器分类、特征、应用及放大方法
9、滴流床
气-液固（催化剂）相 9-2催化剂易分离， 带出少，气-液分布要求均匀， 温度调节较难 9-3焦油加氢精制和加氢裂解，
丁炔二醇加氢等
10、移动床
气-固（催化或非催化）相 10-2固体返混小，粒子传送容 易，固-气比可变形大，床内温 差大，调节困难 10-3石油催化裂化，矿物冶炼 等
数学模型的针对性
每一种数学模型都有一定的限制范围 。
例：管式反应器内物料的返混可以用扩散
模型描述，但扩散模型不能描述物料在管 式反应器的层流或湍流状态。
二、研究方法 以化学反应过程开发为例，按以下步骤 进行：
测定反应热力学和动力学的特征规律及其参数。
实验室研究化学反应特征
冷模试验研究传递过程特征
工业反应器
本科三班 一组侯腾
一、 反应器的分类
均相反应器 （1）按反应物料的相态分类 非均相反应器 釜式反应器 管式反应器 （2）按反应器的结构型式分类： 塔式反应器 固定床反应器 流化床反应器 间歇操作反应器 （3）按操作方式分类 连续操作反应器
半连续(半间歇) 反应器
等温反应过程
(4)按反应温度的变化Fra bibliotek二、特征
只综合考虑输入变量和输出结果的关系， 不能深入研究过程的内在规律；
试验步骤由人为决定，并非科学合理的研
究程序； 放大是根据试验结果外推，不一定可靠。
第二种 数学模拟法
定义：在认识过程特征的基础上，运用理论分析 找到描述过程规律的数学模型，并验证模型与实 际过程等效，以此用来进行放大设计计算。
试验结果和理论分析相结合产生技术概
念； 检验技术概念，完善技术方案；
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。
移动床反应器的知识介绍
移动床反应器的知识介绍是用以实现气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。
在反应器顶部连续加入颗粒状或块状固体反应物或催化剂，随着反应的进行，固体物料逐渐下移，最后自底部连续卸出。
流体则自下而上（或自上而下）通过固体床层，以进行反应。
优点：（1）固体和流体的停留时间可以在较大范围内改变。
（2）返混较小（与固定床反应器相近）。
（3）对固体物料性状以中等速度变化的反应过程也能适用。
缺点（4）控制固体颗粒的均匀下移比较困难。
四、流化床反应器的详细介绍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。
流化床反应器是利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。
沸腾床是流化床的一种，固体在流化床反应器内流动，流体和固体颗粒所构成的床层犹如沸腾的液体。
沸腾床反应器下部设有分布板，板上放固体颗粒，流体自分布板下送入，当流体速度达到一定数值后，固体颗粒开始松动，再增大流速就进入流化状态。
反应器内一般设有挡板，换热器，及流体与固体分离装置等内部部件。
沸腾床接触面大，传热传质效率高，时空产率高，但返混严重。
沸腾床因为固体处于运动状态,反应或传热效果好,但动力消耗大,而且在煤调湿中粉尘携带量大。
优点：（1）由于可采用细粉颗粒，并在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大（可高达3280~16400m²/m³），有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。
（2）由于颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致，床层与内浸换热表面间的传热系数很高[200～400W/（m²·K）]，全床热容量大，热稳定性高，这些都有利于强放热反应的等温操作。
反应器
制造加氢反应器的常用材料 制造加氢反应器的常用材料一般为Cr-Mo钢系， 因为这些钢材既具有优良的抗高温氢腐蚀性能， 又有良好的短时和长时高温力学性能。根据不同 的温度和压力，一般都选用 1Cr-0.5Mo； 1.25Cr-0.5Mo； 2.25Cr-1Mo； 2.25Cr-1Mo 0.25V； 3Cr-1Mo 0.25V；
热壁加氢反应器的 主要损伤形式
热壁加氢反应器由于器壁直接与高温、 高压含氢或氢与硫化氢介质接触，操作条 件相当苛刻，可能引起下列损伤： 1）高温氢腐蚀 2）氢脆 3）硫化物应力腐蚀开裂 4）铬-钼钢回火脆性破坏 5）奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离现象
1）高温氢腐蚀 一是表面脱碳。表面产生裂纹，一般影响 很轻； 二是内部脱碳与开裂。它是由于氢侵入扩 散到钢中与固溶碳或不稳定的碳化物发生 化学反应，生成甲烷 Fe3C + 2H2 → CH4 + 3Fe 。 而甲烷不能逸出钢外，就聚集在晶界空 穴和夹杂物附近，形成很高的局部应力， 导致钢材产生龟裂、裂纹和鼓泡，并使强 度、延性和韧性显著下降。
2）氢脆 氢脆是氢残留在钢中所引起的脆化现象。 产生了氢脆的钢材，其延伸率和断面收缩 率显著下降。这是由于侵入钢中的原子氢 使结晶的原子结合力变弱，或者作为分子 状在晶界或夹杂物周边上析出的结果。但 是，对于已经产生氢脆现象的钢材，当给 予特定的条件时，氢仍可从钢中释放出来， 使钢的性能得到恢复，所以氢脆是可逆的， 也称为一次脆化现象。
防治措施： 1、用合适的材料是有效的方法之一； 2、要尽量消除或减轻由于冷加工和焊接引 起的残余应力，并希望能够加工成不形成 应力集中或尽可能小的结构； 3、使用上应采取缓和环境条件的措施，如 抑制连多硫酸生成，采取用干燥氮气吹扫， 除去空气和防止水蒸汽析出。或碱洗方法， 中和可能生成的连多硫酸，值得注意的是 碱洗后不能再用水冲洗。
固定床、流化床、移动床、浆态床比较
四种反应器形式比较一、固定床反应器（一）概念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。
而其中尤以利用气态的反应物料，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。
例如石油炼制工业中的加氢裂化、歧化、异构化、加氢精制等；无机化学工业中的合成氨、硫酸、天然气转化等；有机化学工业中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙烯水合制乙醇、乙苯脱氧制苯乙烯、苯加氢制环己烷等。
（二）特点结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优点，是现代化工和反应中应用很广泛的反应器。
1、优点主要表现在以下几个方面：1）在生产操作中，除床层极薄和气体流速很低的特殊情况外，床层内气体的流动皆可看成是理想置换流动，因此在化学反应速度较快，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）适宜于高温高压条件下操作。
2、由于固体催化剂在床层中静止不动，相应地产生一些缺点：1）催化剂载体往往导热性不良，气体流速受压降限制又不能太大，导致床层中传热性能较差，也给温度控制带来困难。
对于放热反应，在换热式反应器的入口处，因为反应物浓度较高，反应速度较快，放出的热量往往来不及移走，而使物料温度升高，这又促使反应以更快的速度进行，放出更多的热量，物料温度继续升高，直到反应物浓度降低，反应速度减慢，传热速度超过了反应速度时，温度才逐渐下降。
所以在放热反应时，通常在换热式反应器的轴向存在一个最高的温度点，称为“热点”。
如设计或操作不当，则在强放热反应时，床内热点温度会超过工艺允许的最高温度，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、设备的强度等均极不利。
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，所以催化剂的活性内表面得不到充分利用。
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）
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原料气
绝热式
催化剂
固定床 反应器
产物
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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
流化床
什么叫起始流化速度?
． 当流速增加到流体经过床层的压降和床 层单位面积的重量相等时，整个床层的固 体颗粒就变为被流体所支承，不再是静止 状态，床层开始流化。这时的流体速度， 叫做起始流化速度(u。f)。
什 么叫起始气泡速度?
流化床中，当流速增加到床层开始出现气 泡，进入鼓泡床流化状态时的流体速度， 叫做起始气泡速度(Umb)。
流化与流化床
所谓“流化（Flowing）”是指当气体以一定的速度通过装 有催化剂（Catalyst）的空间时，催化剂将剧烈扰动，气 固两相混合在一起，像流体一样流动或沸腾。 流化床反应器：一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而 使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或 液固相反应过程的反应器。在用于气固系统时，又称沸腾 床反应器。
什么叫颗粒带出速度?
当流体的速度增大到超过颗粒的自由沉降 速度时，如果没有固体颗粒补充进去，则 床层内的固体颗粒将逐渐被流体全部带走。 和固体颗粒自由沉降速度相等的流体速度， 就叫做颗粒带出速度，也称终端速度。
什么叫噎塞速度? 它和什么有关?
气一固悬浮物在管道中垂直向上流动时，管道 中密度太大，气流已不足以支持固体颗粒，因而 出现腾涌的最大气体速度叫做噎塞速度。 噎塞 速度的数值主要决定于催化剂的筛分组成、颗粒 密度等物性。此外，管内固体质量速度或管径越 大，噎塞速度也越高。
形成流化床的条件
流化床的形成需具备以下三个条件： ① 要有一个容器，如催化裂化装置中反应器、再 生器等，并设置有使流体分布良好的分布器，以 支撑床层并使流化良好。 ② 容器中要有足够数量的固体颗粒，颗粒大小、 相对密度、耐磨性能等应能满足要求。如催化裂 化装置中所使用的催化剂颗粒。 ③ 要有流化介质和一定的流动速度，就是使固体 颗粒流化起来的介质。
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固定床、移动床、流化床反应器
这三种反应器都是有固体颗粒床层的反应器，你分的清吗？
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。
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。
下面为大家详细的介绍这三种反应器。
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。
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。
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。
固定床反应器的分类
按传热方式分类
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。
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：
∙反应热效应较小的反应。
∙温度对目的产物收率影响不大的反应。
∙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。
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：
∙间接换热式
∙原料气冷激式
∙非原料气冷激式
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。
换热式固定床反应器的特点：在催化剂床层进行化学反应的同时，床层还通过器壁与外界进行热交换，可分为对外换热式和自身换热式。
对外换热式
以各种载热体为换热介质，称为对外换热式。
通常在管内充填催化剂，反应气体自上而下通过催化剂床层进行反应，管间通载热体(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)。
自身换热式反应器
以原料气为换热介质，利用反应后的高温气体预热原料，使其达到反应温度，本身得到冷却，即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。
按反应气流动方向分类
分为轴向反应器与径向反应器。
下图第一个为轴向绝热式固定床反应器，后两个为径向绝热式固定床反应器。
轴向反应器结构比较简单，催化剂均匀的堆置于床内物料自上而下流过床层进行反应。
径向反应器的结构比轴向的复杂，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。
这种类型的反应器流体流过的距离较短，流道截面积较大，床层阻力降较小。
移动床反应器
是用以实现气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。
在反应器顶部连续加入颗粒状或块状固体反应物或催化剂，随着反应的进行，固体物料逐渐下移，最后自底部连续卸出。
流体则自下而上（或自上而下）通过固体床层，以进行反应。
优点
∙固体和流体的停留时间可以在较大范围内改变。
∙返混较小（与固定床反应器相近）。
∙对固体物料性状以中等速度变化的反应过程也能适用。
缺点
∙控制固体颗粒的均匀下移比较困难。
流化床反应器
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。
流化床反应器是利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。
沸腾床是流化床的一种，固体在流化床反应器内流动，流体和固体颗粒所构成的床层犹如沸腾的液体。
沸腾床反应器下部设有分布板，板上放固体颗粒，流体自分布板下送入，当流体速度达到一定数值后，固体颗粒开始松动，再增大流速就进入流化状态。
反应器内一般设有挡板，换热器，及流体与固体分离装置等内部部件。
沸腾床接触面大，传热传质效率高，时空产率高，但返混严重。
沸腾床因为固体处于运动状态,反应或传热效果好,但动力消耗大,而且在煤调湿中粉尘携带量大。
优点
∙由于可采用细粉颗粒，并在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大（可高达3280~16400m²/m³），有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。
∙由于颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致，床层与内浸换热表面间的传热系数很高[200～400W/（m²•K）]，全床热容量大，热稳定性高，这些都有利于强放热反应的等温操作。
∙流化床内的颗粒群有类似流体的性质，可以大量地从装置中移出、引入，并可以在两个流化床之间大量循环。
这使得一些反应—再生、吸热—放热、正反应—逆反应等反应耦合过程和反应—分离耦合过程得以实现。
使得易失活催化剂能在工程中使用。
∙流态化操作总的经济效果是有利的，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。
缺点
∙气体流动状态与活塞流偏离较大，气流与床层颗粒发生返混，以致在床层轴向没有温度差及浓度差。
加之气体可能成大气泡状态通过床层，使气固接触不良，使反应的转化率降低。
因此流化床一般达不到固定床的转化率。
∙催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造成催化剂的损失和除尘的困难。
由于固体颗粒的磨蚀作用，管子和容器的磨损严重。