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固定床反应器
 

       固定床反应器又称填充床反应器,装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状,粒径2~15mm左右,堆积成一定高度(或厚度)的床层。床层静止不动,流体通过床层进行反应。它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应,如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。用于气固相或液固相非催化反应时,床层则填装固体反应物。涓流床反应器也可归属于固定床反应器,气、液相并流向下通过床层,呈气液固相接触。

分类 固定床反应器有三种基本形式:①轴向绝热式固定床反应器(图1)。流体沿轴向自上而下流经床层,床层同外界无热交换。②径向绝热式固定床反应器。流体沿径向流过床层,可采用离心流动(图2)或向心流动,床层同外界无热交换。径向反应器与轴向反应器相比,流体流动的距离较短,流道截面积较大,流体的压力降较小。但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。以上两种形式都属绝热反应器,适用于反应热效应不大,或反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。③列管式固定床反应器(图3)。由多根反应管并联构成。管内或管间置催化剂,载热体流经管间或管内进行加热或冷却,管径通常在25~50mm之间,管数可多达上万根。列管式固定床反应器适用于反应热效应较大的反应。此外,尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器,称为多级固定床反应器。例如:当反应热效应大或需分段控制温度时,可将多个绝热反应器串联成多级绝热式固定床反应器,反应器之间设换热器或补充物料以调节温度,以便在接近于佳温度条件下操作。

特点 固定床反应器的优点是:①返混小,流体同催化剂可进行有效接触,当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。②催化剂机械损耗小。③结构简单。固定床反应器的缺点是:①传热差,反应放热量很大时,即使是列管式反应器也可能出现飞温(反应温度失去控制,急剧上升,超过允许范围)。②操作过程中催化剂不能更换,催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用,常代之以流化床反应器或移动床反应器。

固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状,网状催化剂早已应用于工业上。目前,蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。

数学模型 固定床反应器是研究得比较充分的一种多相反应器,描述固定床反应器的数学模型有多种,大致分为拟均相模型(不考虑流体和固体间的浓度、温度差别)和多相模型(考虑到流体和固体间的浓度、温度差别)两类,每一类又可按是否计及返混,分为无返混模型和有返混模型,按是否考虑反应器径向的浓度梯度和温度梯度分为一维模型和二维模型。

 
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