《反应过程与技术》电子教案第二章固定床反应技术.pptVIP

第二章 气固相固定床催化反应技术 知识目标： 能力目标： 知识目标： 了解常用的气固相固定床反应器的结构、特点和应用 了解催化剂、催化作用及其制备方法 理解固定床反应器的传质、传热过程以及动力学方程式的建立方法 掌握气固相固定床反应器的生产原理及简单计算 能力目标： 能分析固定床的反应与传质传热规律 能掌握固定床反应器的操作控制要领 能利用固定床反应器仿真软件操作固定床反应器（开车、停车、异常事故的处理等） 生产实例 国内某大型合成氨厂 第一节 固定床反应器的特点及结构 定义： 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设备。 一、固定床反应器的特点及工业应用 二、固定床反应器的结构 一、固定床反应器的特点 缺点是： 5、由于催化剂静止不动，且往往是热的不良导体，这就造成了固定床 传热性能较差，温度控制也较困难。床层流动方向上存在一个最高 温度点， “热点”。  6、若固定床反应器操作不当，床层温度会失去控制，出现“飞温”现象， 催化剂性能、设备强度等受到危害。 7、不能使用过细催化剂，否则会造成流体阻力增大，影响到正常操作 。另外，催化剂的再生和更换也不便。 固定床反应器的结构分以下几种： 绝热式固定床反应器 单段： 多段： 换热式固定床反应器 对外换热式 ： 自身换热式 ： 径向固定床反应器 多段绝热式固定床反应器 绝热式固定床反应器 绝热式 多段绝热式 列管式固定床反应器 对外换热式 对外换热式 径向固定床反应器 （5）几种常用的列管式固定床反应器结构型式 5、固定床反应器的对比 热管属真空密闭状态的管段，是一种具有高导热性能的传热元件，它能 将大量的热量通过其很小截面积远距离地传输而无需外加动力。 其工作原理：当在热管的下端加热后，吸热汽化的 工质在微小的压差下上升到热管上端，并向外界放出热 量而凝结为液体。而冷凝液能在重力的作用下，沿热管 内壁返回到受热段并再次受热汽化，如此循环往复，从 而可以将热量持续地由一端传向另一端。 由于在热管两端发生的是相变传热，因而管内热阻 很小，轴向导热性很强。其高导热性与银、铜、铝等金属相比，单位重量的 热管可多传递几个数量级的热量。 应用：将热管组包埋在催化剂床层中构成内换热式热管固定床反应器， 利用热管的等温性，使催化剂床层轴向温度分布更趋均匀。结果表明：改善 了床层温度分布的均匀性，提高了催化剂的利用率和目的产品的收率。 目前 ，热管技术已在乙苯脱氢反应器、环己醇脱氢反应器、均苯四酸二酐反应器 、氨合成塔和己烯醛选择性加氢中进行了应用性研究。 第二节 催化剂及其作用 一、催化剂与催化作用 二、催化剂的制备 一、催化剂与催化作用 （一） 催化剂 ①改变反应速度：催化剂本身在反应前后无组成变化。 ②催化作用不能改变化学平衡（和反应热）： ③催化剂对催化反应具有选择性（特定的Cat只能催化特定的反应） （二）催化剂的组成： ①活性组分； ②助催化剂；③载体 （三）催化作用 （四）催化剂性能 （二）催化剂的组成 1、活性组分　 催化剂的活性组分决定了催化剂的性能。主要有：金属（良导体）、金 属氧化物和硫化物（半导体）和盐类或酸性催化剂（其中以绝缘体较多）。 2、助催化剂　 助催化剂与活性组分的区分没有严格的界限，但人们往往把用量少、能 提高主催化剂的活性、选择性、稳定性，改善催化剂的耐热性、抗毒性、机 械强度和寿命等性能的组分称为助催化剂，其本身不具有或很少有活性。 3、载体　 载体是催化剂的骨架，催化剂的活性组分通常是分散在载体（或担体） 表面上。催化剂载体并非完全是惰性的，高比表面的载体往往表现出一定的 活性，甚至可以与活性组分形成新的活性结构而具有催化作用。氧化铝、硅 胶、分子筛、沸石等是最常用的催化剂载体。 4、通常情况下，催化剂的活性组分、助催化剂与载体用量分别约占催化剂总质量的10%、0-5%和80-90%。 （三）催化作用 1、配位络合催化作用 配位络合催化作用简称为“络合催化”，是指反应在催化剂活性中心以配位 状态进行的催化作用，或在反应的每一个基元步骤中，至少有一个反应物是发 生配位的催化作用。它常适用于可溶性催化剂的均相体系以及与其机理相似的 不溶性或负载型催化剂的多相体系，代表了近年来均相催化研究的方向。 如乙烯加氢反应生产乙烷、烯烃的氢甲酰化反应制醛等 。 2、酸碱催化作用 固体催