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固定床反應(yīng)器


       固定床反應(yīng)器又稱填充床反應(yīng)器,裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)物,用以實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)過程的一種反應(yīng)器。固體物通常呈顆粒狀,粒徑2~15mm左右,堆積成一定高度(或厚度)的床層。床層靜止不動(dòng),流體通過床層進(jìn)行反應(yīng)。它與流化床反應(yīng)器及移動(dòng)床反應(yīng)器的區(qū)別在于固體顆粒處于靜止?fàn)顟B(tài)。固定床反應(yīng)器主要用于實(shí)現(xiàn)氣固相催化反應(yīng),如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化器、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐等。用于氣固相或液固相非催化反應(yīng)時(shí),床層則填裝固體反應(yīng)物。涓流床反應(yīng)器也可歸屬于固定床反應(yīng)器,氣、液相并流向下通過床層,呈氣液固相接觸。

分類
       固定床反應(yīng)器有三種基本形式:①軸向絕熱式固定床反應(yīng)器。流體沿軸向自上而下流經(jīng)床層,床層同外界無熱交換。②徑向絕熱式固定床反應(yīng)器。流體沿徑向流過床層,可采用離心流動(dòng)或向心流動(dòng),床層同外界無熱交換。徑向反應(yīng)器與軸向反應(yīng)器相比,流體流動(dòng)的距離較短,流道截面積較大,流體的壓力降較小。但徑向反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)較軸向反應(yīng)器復(fù)雜。以上兩種形式都屬絕熱反應(yīng)器,適用于反應(yīng)熱效應(yīng)不大,或反應(yīng)系統(tǒng)能承受絕熱條件下由反應(yīng)熱效應(yīng)引起的溫度變化的場合。③列管式固定床反應(yīng)器。由多根反應(yīng)管并聯(lián)構(gòu)成。管內(nèi)或管間置催化劑,載熱體流經(jīng)管間或管內(nèi)進(jìn)行加熱或冷卻,管徑通常在25~50mm之間,管數(shù)可多達(dá)上萬根。列管式固定床反應(yīng)器適用于反應(yīng)熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。此外,尚有由上述基本形式串聯(lián)組合而成的反應(yīng)器,稱為多級(jí)固定床反應(yīng)器。例如:當(dāng)反應(yīng)熱效應(yīng)大或需分段控制溫度時(shí),可將多個(gè)絕熱反應(yīng)器串聯(lián)成多級(jí)絕熱式固定床反應(yīng)器,反應(yīng)器之間設(shè)換熱器或補(bǔ)充物料以調(diào)節(jié)溫度,以便在接近于溫度條件下操作。

特點(diǎn)
       固定床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是:①返混小,流體同催化劑可進(jìn)行接觸,當(dāng)反應(yīng)伴有串聯(lián)副反應(yīng)時(shí)可得較高選擇性。②催化劑機(jī)械損耗小。③結(jié)構(gòu)簡單。
       固定床反應(yīng)器的缺點(diǎn)是:①傳熱差,反應(yīng)放熱量大時(shí),即使是列管式反應(yīng)器也可能出現(xiàn)飛溫(反應(yīng)溫度失去控制,急劇上升,超過允許范圍)。②操作過程中催化劑不能換,催化劑需要頻繁再生的反應(yīng)一般不宜使用,常代之以流化床反應(yīng)器或移動(dòng)床反應(yīng)器。
       固定床反應(yīng)器中的催化劑不限于顆粒狀,網(wǎng)狀催化劑早已應(yīng)用于工業(yè)上。目前,蜂窩狀、纖維狀催化劑也已被使用。
       數(shù)學(xué)模型固定床反應(yīng)器是研究得比較充分的一種多相反應(yīng)器,描述固定床反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型有多種,大致分為擬均相模型(不考慮流體和固體間的濃度、溫度差別)和多相模型(考慮到流體和固體間的濃度、溫度差別)兩類,每一類又可按是否計(jì)及返混,分為無返混模型和有返混模型,按是否考慮反應(yīng)器徑向的濃度梯度和溫度梯度分為一維模型和二維模型。


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