反应器20095053023分析.doc

《反应器设计》课程论文 学 院 化学化工学院 专 业 化学工程与工艺 年 级 2009级 姓 名 论文题目 固定床反应器的设计 指导教师 王红军 职称 讲师 成 绩 2013年1月13日 固定床反应器的设计 摘 要：本文简述了固定床反应器的特点及分类，重点论述了固定床反应器的设计原理及一些常见的固定床反应器的应用。 关键词：固定床反应器 分类 设计 引言： 反应器是化工生产中的关键设备，是人们通过一定的手段抑制副反应、提高转化率、提高生产能力的化学反应设备。在反应器内不仅有化学变化过程，还有传质和穿热过程。按反应物系聚集状态可分为均相和非均相反应器；按换热方式分类有绝热式、对外换热式和自热式；以反应器的结构形式又可分为釜式、管式、塔式、固定床和流化床等反应器。 1.固定床反应器的优缺点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。气固相固定床反应器的优点较多，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。??? 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。??? 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，则造成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。??? 3催化剂的再生、更换均不方便。??? 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，仍不失为气固相催化反应器中的主要形式，在化学工业中得到了广泛的应用。例如石油炼制工业中的裂化、重整、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。、固定床反应器的分类 ??? 随着化工生产的发展，已出现多种固定床反应器的结构形式，以适应不同的传热要求和传热方式，主要分为绝热式和换热式两大类。??? 绝热式固定床反应器结构简单，催化剂均匀堆置于床内，一般有下列特点：床层直径远大于催化剂颗粒直径；床层高度与催化剂颗粒直径之比一般超过100；与外界没有热量交换，床层温度沿物料的流向而变化。??? 换热式固定床反应器以列管式为多，通常管内装催化剂，管间走载热体，一般有下列特点：催化剂的粒径小于管径的8倍；利用载热体来移走或供给热量，床层温度维持稳定。25～50mm 为宜，催化剂的粒径应小于管径的8倍，以防管壁处出现沟流。 3.2.1载热体的合理选择和影响因素 是控制反应温度及保持反应器操作稳定的关键，温度差宜小,传热系数较大(面积一定) 200℃--加压热水 250-300 ℃--有机油(挥发性要较低,如导生油) 300-500 ℃--熔盐 500 ℃以上,一般用烟道气 反应过程要求的温度高低、反应热效应的大小和反应对温度波动敏感程度的不同都对载热体的选择有影响。 3.2.2换热式固定床反应器进行单一反应时温度的控制 （1）对不可逆反应和可