固定床,流化床,浆态床的优缺点

1、固定床反响器定义：气体流经固定不动的催化剂床层进行催化反响的装置.特点：结构简单、操作稳定、便于限制、易实现大型化和连续化生产等优点,是现代化工和反响中应用很广泛的反响器.应用：主要用于气固相催化反响.根本形式：轴向绝热式、径向绝热式、列管式.固定床反响器缺点：床层温度分布不均匀；床层导热性较差；对放热量大的反响,应增大换热面积,及时移走反响热,但这会减少有效空间.流化床反响器沸腾床反响器定义：流体气体或液体以较高流速通过床层,带动床内固体颗粒运动,使之悬浮在流动的主体流中进行反响,具有类似流体流动的一些特性的装置.应用：应用广泛,催化或非催化的气一固、液一周和气一液一周反响.原理：固体颗粒被

2、流体吹起呈悬浮状态,可作上下左右剧烈运动和翻动,好象是液体沸腾一样,故流化床反响器又称沸腾床反响器.结构：壳体、气体分布装置、换热装置、气一周别离装置、内构件以及催化剂加入和卸出装置等组成.优点：传热面积大、传热系数高、传热效果好.进料、出料、废渣排放用气流输送,易于实现自动化生产.缺点：物料返混大,粒子磨损严重；要有回收和集尘装置；内构件复杂；操作要求高等.固定床：一、固定床反响器的优缺点但凡流体通过不动的固体物料形成的床层面进行反响的设备都称为固定床反响器,而其中尤以利用气态的反响物料,通过由固体催化剂所构成的床层进行反响的气固相催化反响器在化工生产中应用最为广泛.气固相固定床反响器的优点

3、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,因此在化学反响速度较快,在完成同样生产水平时,所需要的催化剂用量和反响器体积较小.2、气体停留时间可以严格限制,温度分布可以调节,因而有利于提升化学反响的转化率和选择性.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,那么造成床层中传热性能较差,也给温度限制带来困难.对于放热反响,在换热式反响器的入口处,由于反响物浓度较高,反响速度较快

4、,放出的热量往往来不及移走,而使物料温度升高,这又促使反响以更快的速度进行,放出更多的热量,物料温度继续升高,直到反响物浓度降低,反响速度减慢,传热速度超过了反响速度时,温度才逐渐下降.所以在放热反响时,通常在换热式反响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,那么在强放热反响时,床内热点温度会超过工艺允许的最高温度,甚至失去限制而出现“飞温.此时,对反响的选择性、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,否那么流体阻力增大,破坏了正常操作,所以催化剂的活性内外表得不到充分利用.3、催化剂的再生、更换均不方便.固定床反响器虽有缺点,但可在结构和操作方面

5、做出改良,且其优点是主要的.因此,仍不失为气固相催化反响器中的主要形式,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.二、固定床反响器的分类随着化工生产的开展,已出现多种固定床反响器的结构形式,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.绝热式固定床反响器结构简单,催化剂均匀堆置于床内,一般有以下特点：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

6、流向而变化.换热式固定床反响器以列管式为多,通常管内装催化剂,管间走载热体,一般有以下特点：催化剂的粒径小于管径的8倍；利用载热体来移走或供应热量,床层温度维持稳定.流化床：流化床反响器是工业上应用较广泛的一类反响器,适用于催化或非催化的气一固、液一周和气一液一周反响系统.流化床反响器的结构型式很多,传统流化床反响器一般都由壳体、气体分布装置、内部构件、换热装置、气因别离装置、催化剂的参加和卸出装置等组成.流化床反响器是利用固体流态化技术进行气固相反响的装置.将大量固体颗粒悬浮于运动的流体从而使颗粒具有类似于流体的某些宏观表现特性,这种流周接触状态称为固体流态化.化学工业广泛使用固体流态化技术

7、进行固体的物理加工、颗粒输送、催化和非催化化学加工.目前流态化技术作为一门根底技术已经渗透到国民经济的许多部门,在化工、炼油、冶金、能源、原子能、材料、轻工、生化、机械、环保等各项领域中都可以见到.流化床反响器的优点流化床内的固体粒子像流体一样运动,由于流态化的特殊运动形式,使这种反响器具有如下优点：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328016400m2/m3,有利于非均相反响的进行,提升了催化剂的利用率.2、由于颗粒在床内混合剧烈,使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致,床层与内浸换热外表间的传热系数很高200400W/m2?K,全床热容量大,热稳定性高,这

8、些都有利于强放热反响的等温操作.这是许多工艺过程的反响装置选择流化床的重要原因之一.3、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.这使得一些反响一再生、吸热一放热、正反响一逆反响等反响耦合过程和反响一别离耦合过程得以实现.使得易失活催化剂能在工程中使用.4、流体与颗粒之间传热、传质速率也较其它接触方式为高.5、由于流一周体系中孔隙率的变化可以引起颗粒曳力系数的大幅度变化,以致在很宽的范围内均能形成较浓密的床层.所以流态化技术的操作弹性范围宽,单位设备生产水平大,设备结构简单、造价低,符合现代化大生产的需要.流化床反响器的缺点1、气体流动状态

9、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,使反响的转化率降低.因此流化床一般达不到固定床的转化率.2、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.3、由于固体颗粒的磨蚀作用,管子和容器的磨损严重.虽然流化床反响器存在着上述缺点,但优点是主要的.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.综上所述,流化床反响器比拟适用于下述过程：热效应很大的放热或吸热过程；要求有均一的催化剂温度和需要精确限制温度的反响；催化剂寿命比

10、拟短,操作较短时间就需更换或活化的反响；有爆炸危险的反响,某些能够比拟平安地在高浓度下操作的氧化反响,可以提升生产水平,减少别离和精制的负担.流化床反响器一般不适用如下情况：要求高转化率的反响；要求催化剂层有温度分布的反响.桨态床：气体以鼓泡形式通过悬浮有固体细粒的液体浆液层,以实现气液固相反响过程的反响器.浆态反响器中液相可以是反响物,也可以是悬浮固体催化剂的载液.浆态反响器有两种根本形式：其一是搅拌釜式,利用机械搅拌使浆液混合,适用于固体含量高、气体流量小或气液两相均为间歇进料的场合；其二是三相流化床式,借助气体上升时的作用使固体悬浮,并使浆液混合,防止了机械搅拌的轴封问题,尤适于高压反响

11、.浆态反响器中有两个流体相,所以操作方式比拟多样,例如气液两相均为连续进出料,气液两相均为间歇进出料,以及液相为间歇进出料而气相为连续进出料等,可以适应反响系统的不同要求.与气液固相反响过程常用的另一种反响器涓流床反响器相比,浆态反响器的优点是：在强放热条件下,易保持温度均匀；采用细颗粒,使催化剂颗粒内外表利用较充分；当液相连续进出料时,催化剂排出再生比拟方便.其缺点是:连续操作时返混严重,当有串联副反响存在时会使选择性降低；液固比通常较高,在有液相副反响时可使选择性降低；存在催化剂细粉的别离问题.移动床：一、移动床反响器的概念固定床催化剂一般无法进行连续再生,而流化床催化剂可以很好地进行连续

12、再生,但只适用于催化剂颗粒较小的工艺.催化剂颗粒大,难以形成流态化,为了使再生连续进行,可以使用移动床.在移动床中,当催化剂由于积炭而迅速失活时,可通过特制的闭锁装置,利用催化剂本身的重力,缓缓地将催化剂移出反响器.这些待再生的催化剂,通过机械传送或气体输送,进入再生器自上而下地再生,再生过的催化剂那么用同样的方法,输送回反响器,这样实现了反响与再生的连续操作.这种系统,催化剂床层相当于在系统移动,称为移动床.这类反响器最先应用于石油炼制的催化裂化工艺,后来又推广到连续催化重整工艺.、移动床反响器的特点移动床反响器具有以下特点：1、连续运转催化剂随着反响时间的增加,外表积炭相应增加,活性下降.

13、为了保证一定的反应速率,必须将积炭的催化剂移出反响器,不断地补充新鲜的或再生过的催化剂,以保持催化剂的平均活性,这种不间断的过程,保证了反响系统操作的连续性.2、可以在较苛刻的反响条件下稳定运转固定床的缺点之一是反响初期与末期的催化剂活性变化大,因而反响深度不同,导致产品的分布及产品的质量都有差异,甚至影响到处理量的变化.移动床反响器,由于催化剂活性可以调节,在一定范围内保持恒定,整个反响器也可以在较苛刻的条件下进行,有利于充分利用催化剂的潜力,提升重整油的品质.3、较低的反响压力从理论上讲,对于一定的空速及原料特性,反响压力越低,重整油收率和氢纯度就越高.同时压力低对降低对设备的要求、减少投

14、资是非常有利的,重整的开展历史也说明了这点.固定床反响器的重整反响压力为3.43MPq第一代连续重整反响压力为0.690.98MPa,第二代连续重整压力只有0.290.49MPa.4、操作比拟复杂移动床反响器工艺不太适宜强烈放热的反响.反响器、再生器中的催化剂始终都在流动状态,从上而下依靠重力流动,提升可用氢气或惰性气体.为了保证整个系统的平稳循环,对限制系统的要求较高,操作相应比固定床反响器要复杂.浆态床浆态床反响器一般又叫三相床反响器.实验室这类反响器一般采用搅拌釜,工业上一般采用鼓泡淤浆床反响器,主要用于费托合成,甲醇合成,二甲醴等.这类反响器一般催化剂为固相,反响物为气体,内有液相介质

15、.反响器内最重要的内件是：反响器下方的气体分布器,要求均匀分配原料气,气泡小而均匀,强化气液传质,但又不能有大的压降；反响器内部的气固别离装置,用于别离细小催化剂和液体产物.放热反响的话,反响器内热量靠沸腾水产生蒸汽移热.优点：反响器结构简单,本钱低,容易大型化；易于在线更换催化剂；液相介质热容大,易于反响器内部热量分布均匀,催化剂床层不易飞温,提升产物选择性；使用细颗粒催化剂,无内扩散影响,有利于提升产物选择性；反响器相比固定床反响器小得多,尾气循环压缩机能耗大大减小.缺点：催化剂颗粒小,且容易磨损,会给操作带来麻烦,所以液固别离装置要求高；气相具有一定程度返混,影响宏观动力学速率；按操作方

16、式分类间歇操作反响器在反响之前将原料一次性参加反响器中,直到反响到达规定的转化率,即得反响物,通常带有搅拌器的釜式反响器优点：操作弹性大,主要用于小批量生产连续操作反响器反响物连续参加反响器产物连续引出反响器,属于稳态过程,可以采用釜式、管式和塔式反响器优点：适宜于大规模的工业生产,生产水平较强,产品质量稳定易于实现自动化操作.半连续操作反响器预先将局部反响物在反响前一次参加反响器,其余的反响物在反响过程中连续或断连续参加,或者在反响过程中将某种产物连续地从反响器中取出,属于非稳态过程优点：反响不太快,温度易于限制,有利于提升可逆反响的转化率按流体流动及混合型式分类造成三种反响器中流体流动型态不同是由于物料在不同反响器中的返混程度不一样.返混：是指反响器内不同年龄的流体微元之间的混合,返混代表时间上的逆向混合.平推流反响器物料在长径比很大的管式反响器中流动时,如果反响器中每一微元体积里的流体以相同的速度向前移动,此时在流体的流动方向不存在返混,这就是平推流.特点：各物料微元通过反响器的停留时间相同,物料在反响器中沿流动