固定床催化反应器设计.docx

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第六早气-固相催化反响器设计

本章核心内容：本章争论的气固相催化反响反响器包括固定床反响器和流化床反响器。在固定床反响器局部，介绍了气固相催化反响器的各种类型和固定床层的流淌特性，

给出了

固定床反响器的两种设计方法： 阅历或半阅历法和数学模型法。 在流化床反响器局部，在对

固体颗粒流态化现象和流态化特征参数介绍的根底上，用。

争论了流化床反响器的分类和工业应

6-1 固定床反响器的型式

反响器内部填充有固定不动的固体催化剂颗粒或固体反响物的装置，称为固定床反响

器。气态反响物通过床层进展催化反响的反响器， 称为气固相固定床催化反响器。 这类反响

器除广泛用于多相催化反响外， 也用于气固及液固非催化反响， 它与流化床反响器相比，具

有催化剂不易跑损或磨损，床层流体流淌呈平推流，反响速度较快，停留时间可以掌握，反应转化率和选择性较高的优点。

工业生产过程使用的固定床催化反响器型式多种多样，主要为了适应不同的传热要求和传热方式，按

催化床是否与外界进展热量交换来分，

外，按反响器的操作及床层温度分布不同来分，

分为绝热式和连续换热式两大类。 另分为绝热式、等温式和非绝热非等温三种类

型；按换热方式不同，分为换热式和自热式两种类型；按反响状况来分，分为单段式与多段式两类；按床层内流体流淌方始终分， 分为轴向流淌反响器和径向流淌反响器两类； 依据催

化剂装载在管内或管外、反响器的设备构造特征，也可以对固定床催化反响器进展分类。 图

、6-2、6-3分别是轴向流淌式、径向流淌式和列管式固定床反响器构造示意图。其中，图6-1和图6-2

底应物产物

底应物

产物

产物

6-3所示的反响器为连续换热式。

图6-1轴向流淌式固定床反响器

绝热式固定床反响器

图6-2径向流淌式固定床反响器

图6-3列管式固定床反响器

绝热式固定床催化反响器有单段与多段之分。 绝热式反响器由于与外界无热交换以及不

计入热损失，对于可逆放热反响，依靠本身放出的反响热而使反响气体温度逐步上升； 催化床入口气体温度高于催化剂的起始活性温度，而出口气体温度低于催化剂的耐热温度。

单段绝热固定床催化反响器

单段绝热反响器的反响物料在绝热条件下发生反响后流出反响器。 单段绝热固定床催化

反响器适用于绝热温升较小、温度对目的产物收率影响不大的反响。例如以自然气为原料的合成氨厂中的一氧化碳中〔高〕温变换及低温变换，甲烷化反响都承受单段绝热式。

多段绝热固定床催化反响器

假设单段绝热床不能适应要求，为了使反响温度更接近于最正确的温度分布，则承受多段绝热固定床催

化反响器。首先通过一段绝热床反响至肯定的温度和转化率，

反响平衡温度曲线时，将反响气体冷却至远离平衡温度曲线的状态，

接近可逆放热再进展下一段的绝热反

应，反响和冷却过程交替进展。依据反响的特征，这种反响器一般有二段、三段或四段绝热床，多用于强放

热反响，也可以应用于强吸热反响，例如石油炼制过程中的重整、制苯乙烯。

乙苯脱氢

依据段间反响气体的冷却方式，多段绝热床又分为三类：间接换热式、原料气冷激式和非原料气冷激

式。间接换热式使用换热器使反响后的物料温度降低，苯脱氢过程等；而冷激式使用补加冷物料的方法冷却，

如二氧化硫氧化、乙在段间用冷流体与上一段出口反响气

体混合。假设冷激用的冷流体是尚未反响的原料气，称为原料气冷激式，如大型氨合成塔；假设冷激用的冷

流体是非关键组分的反响物， 称为非原料气冷激式，如一氧化碳变换反响器

承受水进展冷激。图6-4是多段固定床绝热反响器的示意图，图中〔 a〕是间接换热式，〔b〕是原料气冷激式，〔c〕是非原料气冷激式。

(b)冷激式反响器构造简洁，便于装卸催化剂，内无冷管，避开由于少数冷管损坏而影响操作，特别适用于大型催化反响器。

(b)

图6-4 多段固定床绝热反响器

〔a〕间接换热式；〔b〕原料气体冷激式；〔c〕非原料气泠激式

连续换热式固定床催化反响器

连续换热式固定床催化反响器〔或称非绝热变温反响器〕的特点是进展反响的同时，床层与外界的换热过程同时进展，这样可以使催化床的温度掌握在更为靠近最正确温度范围条件下进展，反响速率较快，催化

剂用量较少，

类反响器，如乙烯催化氧化合成环氧乙烷、

反响的选择性也较高。工业生产中普遍使用此苯氧化制顺丁烯二酸酐、萘氧化制邻苯二甲酸酐

及乙烯与醋酸气相氧化制醋酸乙烯、 氨的合成等。有催化剂可以装载在管内的外换热式和装

载在管外的内热式，以前者较为常见，其构造大局部类似于列管式换热器。 假设反响的热效

应大，常承受管式催化床，催化剂装载在管内，以增加单位体积催化床的传热面积。载热体在管间流淌或汽化以移走反响热。 原料气自反响器顶部向