北洋勵興  固定床催化反應  化學教學儀器

凡是流體通過不動的固體物料形成的床層面進行反應的設備都稱為固定床反應器，而其中尤以利用氣態(tài)的反應物料，通過由固體催化劑所構成的床層進行反應的氣固相催化反應器在化工生產(chǎn)中應用最為廣泛。氣固相固定床反應器的優(yōu)點較多，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1、在生產(chǎn)操作中，除床層極薄和氣體流速很低的特殊情況外，床層內(nèi)氣體的流動皆可看成是理想置換流動，因此在化學反應速度較快，在完成同樣生產(chǎn)能力時，所需要的催化劑用量和反應器體積較小。

2、氣體停留時間可以嚴格控制，溫度分布可以調節(jié)，因而有利于提高化學反應的轉化率和選擇性。

3、催化劑不易磨損，可以較長時間連續(xù)使用。

4、適宜于高溫高壓條件下操作。

北洋勵興  固定床催化反應  化學教學儀器

由于固體催化劑在床層中靜止不動，相應地產(chǎn)生一些缺點：

1、催化劑載體往往導熱性不良，氣體流速受壓降限制又不能太大，則造成床層中傳熱性能較差，也給溫度控制帶來困難。對于放熱反應，在換熱式反應器的入口處，因為反應物濃度較高，反應速度較快，放出的熱量往往來不及移走，而使物料溫度升高，這又促使反應以更快的速度進行，放出更多的熱量，物料溫度繼續(xù)升高，直到反應物濃度降低，反應速度減慢，傳熱速度超過了反應速度時，溫度才逐漸下降。所以在放熱反應時，通常在換熱式反應器的軸向存在一個最高的溫度點，稱為“熱點”。如設計或操作不當，則在強放熱反應時，床內(nèi)熱點溫度會超過工藝允許的最高溫度，甚至失去控制而出現(xiàn)“飛溫”。此時，對反應的選擇性、催化劑的活性和壽命、設備的強度等均極不利。

2、不能使用細粒催化劑，否則流體阻力增大，破壞了正常操作，所以催化劑的活性內(nèi)表面得不到充分利用。

3、催化劑的再生、更換均不方便。

固定床反應器雖有缺點，但可在結構和操作方面做出改進，且其優(yōu)點是主要的。因此，仍不失為氣固相催化反應器中的主要形式，在化學工業(yè)中得到了廣泛的應用。例如石油煉制工業(yè)中的裂化、重整、異構化、加氫精制等；無機化學工業(yè)中的合成氨、硫酸、天然氣轉化等；有機化學工業(yè)中的乙烯氧化制環(huán)氧乙烷、乙烯水合制乙醇、乙苯脫氧制苯乙烯、苯加氫制環(huán)己烷等。

固定床反應器的分類

隨著化工生產(chǎn)的發(fā)展，已出現(xiàn)多種固定床反應器的結構形式，以適應不同的傳熱要求和傳熱方式，主要分為絕熱式和換熱式兩大類。

絕熱式固定床反應器結構簡單，催化劑均勻堆置于床內(nèi)，一般有下列特點：床層直徑遠大于催化劑顆粒直徑；床層高度與催化劑顆粒直徑之比一般超過100；與外界沒有熱量交換，床層溫度沿物料的流向而變化。

換熱式固定床反應器以列管式為多，通常管內(nèi)裝催化劑，管間走載熱體，一般有下列特點：催化劑的粒徑小于管徑的8倍；利用載熱體來移走或供給熱量，床層溫度維持穩(wěn)定。