固定床反应器
固定床反应器.txt 固定床反应器单元仿真培训系统
操作说明书
北京东方仿真软件技术有限公司
二〇〇六年十月
目录
一、工艺流程说明 2
1、工艺说明 2
2、本单元复杂控制回路说明 2
3、设备一览 2
二、固定床反应器单元操作规程 3
1、开车操作规程 3
2、正常操作规程 4
3、停车操作规程 4
4、联锁说明 5
5、仪表及报警一览表 6
三、事故设置一览 7
四、仿真界面 8
附：思考题 10
一、工艺流程说明
1、工艺说明
本流程为利用催化加氢脱乙炔的工艺。乙炔是通过等温加氢反应器除掉的,反应器温度由壳侧
中冷剂温度控制。
主反应为：nC2H2＋2nH2?（C2H6）n，该反应是放热反应。每克乙炔反应后放出热量约为34000千卡。温度超过66℃时有副反应为：2nC2H4?（C4H8）n，该反应也是放热反应。
冷却介质为液态丁烷，通过丁烷蒸发带走反应器中的热量，丁烷蒸汽通过冷却水冷凝。
反应原料分两股,一股为约-15℃的以C2为主的烃原料,进料量由流量控制器FIC1425控制;另一股为H2与CH4的混合气,温度约10℃,进料量由流量控制器FIC1427控制。FIC1425与FIC1427为比值控制,两股原料按一定比例在管线中混合后经原料气/反应气换热器(EH-423)预热,再经原料预热器(EH-424)预热到38℃,进入固定床反应器(ER-424A/B)。预热温度由温度控制器TIC1466通过调节预热器EH-424加热蒸汽(S3)的流量来控制。
ER-424A/B中的反应原料在2.523MPa、44℃下反应生成C2H6。当温度过高时会发生C2H4聚合生成C4H8的副反应。反应器中的热量由反应器壳侧循环的加压C4冷剂蒸发带走。C4蒸汽在水冷器EH-429中由冷却水冷凝,而C4冷剂的压力由压力控制器PIC-1426通过调节C4蒸汽冷凝回流量来控制,从而保持C4冷剂的温度。
2、本单元复杂控制回路说明
FFI1427：为一比值调节器。根据FIC1425（以C2为主的烃原料）的流量，按一定的比例，相适应的调整FIC1427（H2）的流量。
比值调节：工业上为了保持两种或两种以上物料的比例为一定值的调节叫比值调节。对于比值调节系统，首先是要明确那种物料是主物料，而另一种物料按主物料来配比。在本单元中，FIC1425（以C2为主的烃原料）为主物料，而FIC1427（H2）的量是随主物料（C2为主的烃原料）的量的变化而改变。
3、设备一览
EH-423：原料气/反应气换热器
EH-424：原料气预热器
EH-429：C4蒸汽冷凝器
EV-429：C4闪蒸罐
ER424A/B：C2X加氢反应器
二、固定床反应器单元操作规程
1、开车操作规程
本操作规程仅供参考，详细操作以评分系统为准。
装置的开工状态为反应器和闪蒸罐都处于已进行过氮气冲压置换后，保压在0.03MPa状态。可以直接进行实气冲压置换。
1.1、EV-429闪蒸器充丁烷
(1)确认EV-429压力为0.03 MPa。
(2)打开EV-429回流阀PV1426的前后阀VV1429、VV1430。
(3)调节PV1426(PIC1426)阀开度为50%。
(4)EH-429通冷却水，打开KXV1430，开度为50%。
(5)打开EV-429的丁烷进料阀门KXV1420，开度50%。
(6)当EV-429液位到达50%时，关进料阀KXV1420。
1.2、ER-424A反应器充丁烷
(1)确认事项
①反应器0.03 MPa保压。
②EV-429液位到达50％。
(2)充丁烷
打开丁烷冷剂进ER-424A壳层的阀门KXV1423，有液体流过，充液结束；同时打开出ER-424A壳层的阀门KXV1425。
1.3、ER-424A启动
(1)启动前准备工作
①ER-424A壳层有液体流过。
②打开S3蒸汽进料控制TIC1466.开度30%
③调节PIC-1426设定，压力控制设定在0.4MPa，投自动。
(2)ER-424A充压、实气置换
①打开FIC1425的前后阀VV1425、VV1426和KXV1412。
②打开阀KXV1418，开度为50%。
③微开ER-424A出料阀KXV1413，乙炔进料控制FIC1425(手动)，慢慢增加进料，提高反应器压力，充压至2.523MPa。
④慢开ER-424A出料阀KXV1413至50%，充压至压力平衡。
⑤乙炔原料进料控制FIC1425设自动，设定值56186.8 KG/H。
(3)ER-424A配氢，调整丁烷冷剂压力
①稳定反应器入口温度在38.0℃，投自动.使ER-424A升温。
②当反应器温度接近38.0℃(超过32.0℃)，准备配氢。打开FV1427的前后阀VV1427、VV1428。
③氢气进料控制FIC1427设自动,流量设定80 KG/H。
④观察反应器温度变化，当氢气量稳定2分钟后,FIC1427设手动。
⑤缓慢增加氢气量，注意观察反应器温度变化。
⑥氢气流量控制阀开度每次增加不超过5％。
⑦氢气量最终加至200 KG/H左右，此时H2/C2=2.0，FIC1427投串级。
⑧控制反应器温度44.0℃左右。
2、正常操作规程
2.1、正常工况下工艺参数
(1)氢气流量FIC1427稳定在200KG/H左右。
(2)FIC1425设自动，设定值56186.8 KG/H，FIC1427设串级。
(3)PIC1426压力控制在0.4MPa
(4)反应器ER-424A压力PI1424A控制在2.523MPa
(5)TIC1466设自动，设定值38.0℃。
(6)反应器温度TI1467A：44.0℃
(7)EV429液位LI1426为50%。
(8)EV-429温度TI1426控制在38.0℃。
2.2、ER-424A与ER-424B间切换
(1)关闭氢气进料。
(2)ER-424A 温度下降低于38.0℃后，打开C4冷剂进ER-424B的阀KXV1424、KXV1426，关闭C4冷剂进ER-424A的阀KXV1423、KXV1425。
(3)开C2H2进ER-424B的阀KXV1415，微开KXV1416。关C2H2进ER-424A的阀KXV1412。2.3、ER-424B的操作
ER-424B的操作与ER-424A操作相同。
3、停车操作规程
本操作规程仅供参考，详细操作以评分系统为准。
3.1、正常停车
(1)关闭氢气进料，关VV1427、VV1428，FIC1427设手动，设定值为0%。
(2)关闭加热器EH-424蒸汽进料,TIC1466设手动,开度0%。
(3)闪蒸器冷凝回流控制PIC1426设手动，开度100%。
(4)逐渐减少乙炔进料阀FV1425，开大EH-429冷却水进料阀KXV1430。
(5)逐渐降低反应器温度、压力，至常温、常压。
(6)逐渐降低闪蒸器温度、压力，至常温、常压。
3.2、紧急停车
(1)与停车操作规程相同。
(2)也可按急停车按钮（在现场操作图上）。
4、联锁说明
该单元有一联锁。
4.1、联锁源
(1)现场手动紧急停车(紧急停车按钮)。
(2)反应器温度高报(TI1467A/B>66℃)。
4.2、联锁动作
(1)关闭氢气进料，FIC1427设手动。
(2)关闭加热器EH-424蒸汽进料，TIC1466设手动。
(3)闪蒸器冷凝回流控制PIC1426设手动，开度100％。
(4)自动打开电磁阀XV1426。
该联锁有一复位按钮。
注:在复位前，应首先确定反应器温度已降回正常，同时处于手动状态的各控制点的设定应设成最低值。
5、仪表及报警一览表
位号说明类型量程高限量程低限工程单位报警上限报警下限
PIC1426 EV429罐压力控制 PID 1.0 0.0 MPa 0.70 无
TIC1466 EH423出口温控 PID 80.0 0.0 ℃ 43.0 无
FIC1425 C2X流量控制 PID 700000.0 0.0 KG/H 无无
FIC1427 H2流量控制 PID 300.0 0.0 KG/H 无无
FT1425 C2X流量 PV 700000.0 0.0 KG/H 无无
FT1427 H2流量 PV 300.0 0.0 KG/H 无无
TC1466 EH423出口温度 PV 80.0 0.0 ℃ 43.0 无
TI1467A ER424A温度 PV 400.0 0.0 ℃ 48.0 无
TI1467B ER424B温度 PV 400.0 0.0 ℃ 48.0 无
PC1426 EV429压力 PV 1.0 0.0 MPa 0.70 无
LI1426 EV429液位 PV 100 0.0 % 80.0 20.0
AT1428 ER424A出口氢浓度 PV 200000.0 PPm 90.0 无无
AT1429 ER424A出口乙炔浓度 PV 1000000.0 PPm 无无无
AT1430 ER424B出口氢浓度 PV 200000.0 PPm 90.0 无无
AT1431 ER424B出口乙炔浓度 PV 1000000.0 PPm 无无
无
三、事故设置一览
下列事故处理操作仅供参考，详细操作以评分系统为准。
1、氢气进料阀卡住
原因：FIC1427卡在20%处。
现象：氢气量无法自动调节。
处理：降低EH-429冷却水的量。
用旁路阀KXV1404手工调节氢气量。
2、预热器EH-424阀卡住
原因：TIC1466卡在70%处。
现象：换热器出口温度超高。
处理：增加EH-429冷却水的量。
减少配氢量。
3、闪蒸罐压力调节阀卡
原因：PIC1426卡在20%处。
现象：闪蒸罐压力，温度超高。
处理：增加EH-429冷却水的量。
用旁路阀KXV1434手工调节。
4、反应器漏气
原因：反应器漏气，KXV1414卡在50%处。
现象：反应器压力迅速降低。
处理：停工。
5、EH-429冷却水停
原因：EH-429冷却水供应停止。
现象：闪蒸罐压力，温度超高。
处理：停工。
6、反应器超温
原因：闪蒸罐通向反应器的管路有堵塞。
现象：反应器温度超高，会引发乙烯聚合的副反应。
处理：增加EH-429冷却水的量。
四、仿真界面
固定床反应器DCS界面
固定床反应器现场界面
附：思考题
标准答案请自行查阅相关资料，本公司不予提供。
1、结合本单元说明比例控制的工作原理。
2、为什么是根据乙炔的进料量调节配氢气的量；而不是根据氢气的量调节乙炔的进料量？
3、根据本单元实际情况，说明反应器冷却剂的自循环原理。
4、观察在EH-429冷却器的冷却水中断后会造成的结果。
5、结合本单元实际，理解“连锁”和“连锁复位”的概念。
信言不美，美言不信。山河破碎风飘絮，身世浮沉雨打萍。
固定床流化床浆态床的优缺点
固定床反应器 定义：气体流经固定不动的催化剂床层进行催化反应的装置。 特点：结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优点，是现代化工和反应中应用很广泛的反应器。 应用：主要用于气固相催化反应。 基本形式：轴向绝热式、径向绝热式、列管式。 固定床反应器缺点： 床层温度分布不均匀； 床层导热性较差； 对放热量大的反应，应增大换热面积，及时移走反应热，但这会减少有效空间。 流化床反应器（沸腾床反应器） 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应，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—固、液—固和气—液—固反应。 原理：固体颗粒被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，故流化床反应器又称沸腾床反应器。 结构：壳体、气体分布装置、换热装置、气—固分离装置、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、固定床反应器的优缺点 凡是流体通过不动的固体物料形成的床层面进行反应的设备都称为固定床反应器，而其中尤以利用气态的反应物料，通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气固相催化反应器在化工生产中应用最为广泛。气固相固定床反应器的优点较多，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，因此在化学反应速度较快，在完成同样生产能力时，所需要的催化剂用量和反应器体积较小。 2、气体停留时间可以严格控制，温度分布可以调节，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性。 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，则造成床层中传热性能较差，也给温度控制带来困难。对于放热反应，在换热式反应器的入口处，因为反应物浓度较高，反应速度较快，放出的热量往往来不及移走，而使
固定床反应器
4.2.3 固定床反应器的常见结构 固定床反应器的结构型式主要分为绝热式和换热式两类，以适应不同的传热要求和传热方式。 1.绝热式固定床反应器 1.1单段绝热式 绝热式固定床反应器甲醇氧化的薄层反应器 1-矿渣棉2-瓷环3-催化剂 1-催化剂 2-冷却器 特点：反应器结构简单，生产能力大。 缺点：反应过程中温度变化较大。 应用：适用于反应热效应不大的放热反应，反应过程允许温度有较宽变动范围的反应；热效应较大的，但对反应温度不很敏感或是反应速率非常快的过程也可适用。 1.2多段绝热床 多段绝热式固定床反应器 (a)、(b)、(c)中间换热式；(d)、(e)冷激式
根据段间反应气体的冷却或加热方式，多段绝热床又分为中间间接换热式和冷激式。 中间间接换热式 特点：催化剂床层的温度波动小。 缺点：结构较复杂，催化剂装卸较困难 应用：适用于放热反应 冷激式 特点：反应器结构简单，便于装卸催化剂，催化剂床层的温度波动小。 缺点：操作要求较高 应用：适用于放热反应，能做成大型催化反应器 2、换热式固定床反应器 按换热介质不同，可分为对外换热式固定床反应器和自热式固定床反应器。 2.1、对外换热式固定床反应器 以各种载热体为换热介质的对外换热式反应器多为列管式结构，类似于列管式换热器。 列管式固定床反应器 特点：传热面积大，传热效果好，易控制催化剂床层温度，反应速率快，选择性高。 缺点：结构较复杂，设备费用高。 应用：能适用于热效应大的反应。 载热体的选择：一般反应温度在240℃以下宜采用加压热水作载热体；反应温度在250℃～300℃可采用挥发性低的导热油作载热体；反应温度在300℃的则需用熔盐作载热体，如KNO353%，NaNO37%，NaNO240%的
固定床-流化床-浆态床的优缺点
固定床-流化床-浆态床的优缺点
固定床反应器 定义：气体流经固定不动的催化剂床层进行催化反应的装置。 特点：结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优点，是现代化工和反应中应用很广泛的反应器。 应用：主要用于气固相催化反应。 基本形式：轴向绝热式、径向绝热式、列管式。 固定床反应器缺点： 床层温度分布不均匀； 床层导热性较差； 对放热量大的反应，应增大换热面积，及时移走反应热，但这会减少有效空间。 流化床反应器（沸腾床反应器） 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应，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—固、液—固和气—液—固反应。 原理：固体颗粒被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，故流化床反应器又称沸腾床反应器。 结构：壳体、气体分布装置、换热装置、气—固分离装置、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、固定床反应器的优缺点 凡是流体通过不动的固体物料形成的床层面进行反应的设备都称为固定床反应器，而其中尤以利用气态的反应物料，通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气固相催化反应器在化工生产中应用最为广泛。气固相固定床反应器的优点较多，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，因此在化学反应速度较快，在完成同样生产能力时，所需要的催化剂用量和反应器体积较小。 2、气体停留时间可以严格控制，温度分布可以调节，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性。 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，则造成床层中传热性能较差，也给温度控制带来困难。对于放热反应，在换热式反应器的入口处，因为反应物浓度较高，反应速度较快，放出的热量往往来不及移走，
固定床反应器
固定床反应器.txt 固定床反应器单元仿真培训系统 操作说明书 北京东方仿真软件技术有限公司 二〇〇六年十月 目录 一、工艺流程说明 2 1、工艺说明 2 2、本单元复杂控制回路说明 2 3、设备一览 2 二、固定床反应器单元操作规程 3 1、开车操作规程 3 2、正常操作规程 4 3、停车操作规程 4 4、联锁说明 5 5、仪表及报警一览表 6 三、事故设置一览 7 四、仿真界面 8 附：思考题 10 一、工艺流程说明 1、工艺说明 本流程为利用催化加氢脱乙炔的工艺。乙炔是通过等温加氢反应器除掉的,反应器温度由壳侧 中冷剂温度控制。
主反应为：nC2H2＋2nH2?（C2H6）n，该反应是放热反应。每克乙炔反应后放出热量约为34000千卡。温度超过66℃时有副反应为：2nC2H4?（C4H8）n，该反应也是放热反应。 冷却介质为液态丁烷，通过丁烷蒸发带走反应器中的热量，丁烷蒸汽通过冷却水冷凝。 反应原料分两股,一股为约-15℃的以C2为主的烃原料,进料量由流量控制器FIC1425控制;另一股为H2与CH4的混合气,温度约10℃,进料量由流量控制器FIC1427控制。FIC1425与FIC1427为比值控制,两股原料按一定比例在管线中混合后经原料气/反应气换热器(EH-423)预热,再经原料预热器(EH-424)预热到38℃,进入固定床反应器(ER-424A/B)。预热温度由温度控制器TIC1466通过调节预热器EH-424加热蒸汽(S3)的流量来控制。 ER-424A/B中的反应原料在2.523MPa、44℃下反应生成C2H6。当温度过高时会发生C2H4聚合生成C4H8的副反应。反应器中的热量由反应器壳侧循环的加压C4冷剂蒸发带走。C4蒸汽在水冷器EH-429中由冷却水冷凝,而C4冷剂的压力由压力控制器PIC-1426通过调节C4蒸汽冷凝回流量来控制,从而保持C4冷剂的温度。 2、本单元复杂控制回路说明 FFI1427：为一比值调节器。根据FIC1425（以C2为主的烃原料）的流量，按一定的比例，相适应的调整FIC1427（H2）的流量。 比值调节：工业上为了保持两种或两种以上物料的比例为一定值的调节叫比值调节。对于比值调节系统，首先是要明确那种物料是主物料，而另一种物料按主物料来配比。在本单元中，FIC1425（以C2为主的烃原料）为主物料，而FIC1427（H2）的量是随主物料（C2为主的烃原料）的量的变化而改变。 3、设备一览 EH-423：原料气/反应气换热器 EH-424：原料气预热器 EH-429：C4蒸汽冷凝器 EV-429：C4闪蒸罐 ER424A/B：C2X加氢反应器 二、固定床反应器单元操作规程 1、开车操作规程 本操作规程仅供参考，详细操作以评分系统为准。 装置的开工状态为反应器和闪蒸罐都处于已进行过氮气冲压置换后，保压在0.03MPa状态。可以直接进行实气冲压置换。 1.1、EV-429闪蒸器充丁烷 (1)确认EV-429压力为0.03 MPa。 (2)打开EV-429回流阀PV1426的前后阀VV1429、VV1430。 (3)调节PV1426(PIC1426)阀开度为50%。 (4)EH-429通冷却水，打开KXV1430，开度为50%。 (5)打开EV-429的丁烷进料阀门KXV1420，开度50%。 (6)当EV-429液位到达50%时，关进料阀KXV1420。 1.2、ER-424A反应器充丁烷 (1)确认事项 ①反应器0.03 MPa保压。 ②EV-429液位到达50％。 (2)充丁烷 打开丁烷冷剂进ER-424A壳层的阀门KXV1423，有液体流过，充液结束；同时打开出ER-424A壳层的阀门KXV1425。
固定床反应器的设计计算
周波主编.反应过程与技术.高等教育出版社,2006年6月. 四、固定床反应器的设计计算 固定床反应器的设计方法主要有两种：经验法和数学模型法。 经验法的设计依据主要来自于实验室、中间试验装置或工厂实际生产装置的数据。对中间试验和实验室研究阶段提供的主要工艺参数如温度、压力、转化率、选择性、催化剂空时收率、催化剂负荷和催化剂用量等进行分析，找出其变化规律，从而可预测出工业化生产装置工艺参数和催化剂用量等。 固定床反应器的主要计算任务包括催化剂用量、床层高度和直径、床层压降和传热面积等。(一)催化剂用量的计算 经验法比较简单，常取实验或实际生产中催化剂或床层的重要操作参数作为设计依据直接计算得到。1．空间速度 空间速度Sv指单位时间内通过单位体积催化剂的原料处理量，单位为s-1。它是衡量固定床反应器生产能力的一个重要指标。 (2-36) 式中： 2．停留时间 停留时间r指在规定的反应条件下，气体反应物在反应器内停留的时间，单位为s。 式中：； 停留时间与空间速度的关系为
。(二)反应器床层高度及直径的计算 催化剂的用量确定后，催化剂床层的有效体积也就确定。很明显，床层高度增高，床层截面积将变小，操作气速、流体阻力(动力)将增大；反之，床层高度降低必然引起截面积(直径)增大，对传热不利或易产生短路等现象。因此，床层高度与直径应通过操作流速、压降(即动力消耗)、传热、床层均匀性等影响因素作综合评价来确定。 通常，床层高度或直径的计算是根据固定床反应器某一重要操作参数范围或经验选取，然后校验其他操作参数是否合理，如床层压降不超过总压力的15％。床层高度与直径的计算步骤如下。
固定床,流化床,浆态床的优缺点学习资料
固定床,流化床,浆态床的优缺点
固定床反应器 定义：气体流经固定不动的催化剂床层进行催化反应的装置。 特点：结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优点，是现代化工和反应中应用很广泛的反应器。 应用：主要用于气固相催化反应。 基本形式：轴向绝热式、径向绝热式、列管式。 固定床反应器缺点： 床层温度分布不均匀； 床层导热性较差； 对放热量大的反应，应增大换热面积，及时移走反应热，但这会减少有效空间。 流化床反应器（沸腾床反应器） 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应，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—固、液—固和气—液—固反应。 原理：固体颗粒被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，故流化床反应器又称沸腾床反应器。 结构：壳体、气体分布装置、换热装置、气—固分离装置、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、固定床反应器的优缺点 凡是流体通过不动的固体物料形成的床层面进行反应的设备都称为固定床反应器，而其中尤以利用气态的反应物料，通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气固相催化反应器在化工生产中应用最为广泛。气固相固定床反应器的优点较多，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，因此在化学反应速度较快，在完成同样生产能力时，所需要的催化剂用量和反应器体积较小。 2、气体停留时间可以严格控制，温度分布可以调节，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性。 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，则造成床层中传热性能较差，也给温度控制带来困难。对于放热反应，在换热式反应器的入口处，因为反应物浓度较高，反应速度较快，放出的热量往往来不及移走，而使物料温度升高，这又促使反应以更快的速度进行，放出更多的热量，物料
固定床反应器的数学模型..
固定床反应器的数学模型 1、概述 凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器，其中尤以用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气-固相催化反应器占最主要的地位。如炼油工业中的催化重整，异构化，基本化学工业中的氨合成、天然气转化，石油化工中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙苯脱氢制苯乙烯等等。此外还有不少非催化的气-固相反应，如水煤气的生产，氮与电石反应生成石灰氮(CaCN2)以及许多矿物的焙烧等，也都采用固定床反应器。固定床反应器之所以成为气固催化反应器的主要形式，是由于具有床内的流体轴向流动可看作为平推流，在完成同样的生产任务时，所需的催化剂用量(或反应器体积)最小；床内流体的停留时间可严格控制，温度分布可适当调节，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性；床内催化剂不易磨损，可以在高温高压下操作等优点，但固定床中传热较差，对于热效应大的反应过程，传热与控温问题就成为固定床技术中的难点和关键，为解决这一问题而提出了多种形式的床层结构。 2、固定床反应器的结构形式 固定床反应器类型很多．按换热方式不同可分为：绝热式反应器和换热式反应器。 2.1绝热式反应器 在反应器中的反应区(催化剂层)不与外界换热的称为绝热式反应器。一般来说，反应热效应小；调节进A反应器的物料温度，就可使反应温度不致超出反应允许的温度范围的反应过程等可采用绝热式反应器。绝热式反应器具有结构简单，反应空间利用率高，造价便宜等优点。图1是绝热床反应器的示意图。 如果反应热效应较大，为了减小反应区内轴间温度分布不均，可将绝热反应器改成多段绝热式反应器，在各段之间进行加热或冷却，它可使各段反应区接近适宜温度。图2是多段绝热床反应器的示意图。 总之，不论是吸热或放热的反应，绝热床的应用相当广泛。特别对大型的，高温的或高压的反应器，希望结构简单，同样大小的装置内能容纳尽可能多的催化剂以增加生产能力(少加换热空间)，而绝热床正好能符合这种要求。不过绝热床的温度变化总是比较大的，而温度对反应结果的影响也是举足轻重的，因此如何取舍，要综合分析并根据实际情况来决定。此外还应注意到绝热床的高／径比
固定床流化床浆态床的优缺点
固定床反应器定义：气体流经固定不动的催化剂床层进行催化反应的装置。特点：结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优点，是现代化工和反应中应用很广泛的反应器。 应用：主要用于气固相催化反应。基本形式：轴向绝热式、径向绝热式、列管式。 固定床反应器缺点：床层温度分布不均匀；床层导热性较差； 对放热量大的反应，应增大换热面积，及时移走反应热，但这会减少有效空间。 流化床反应器（沸腾床反应器）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应，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—固、液—固和气—液—固反应。原理：固体颗粒被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，故流化床反应器又称沸腾床反应器。结构：壳体、气体分布装置、换热装置、气—固分离装置、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： 、固定床反应器的优缺点凡是流体通过不动的固体物料形成的床层面进行反应的设备都称为固定床反应器，而其中尤以利用气态的反应物料，通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气固相催化反应器在化工生产中应用最为广泛。气固相固定床反应器的优点较多，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，因此在化学反应速度较快，在完成同样生产能力时，所需要的催化剂用量和反应器体积较小。 2、气体停留时间可以严格控制，温度分布可以调节，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性。 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，则造成床层中传热性能较差，也给温度控制带来困难。对于放热反应，在换热式反应器的入口处，因为反应物浓度较高，反应速度较快，放出的热量往往来不及移走，而使物料温度升高，这又促使反应以更快的速度进行，放出更多的热量，物料温度继续升高，直到反应物浓度降低，反应速度减慢，传热速度超过了反应速度时，温度才逐渐下降。所以在放热反应时，通常在换热式反应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，则在强放热反应时，床内热点温度会超过工艺允许的最高温度，甚至失去控制而出现“飞温”。此时，对反应的选择性、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，否则流体阻力增大，破坏了正常操作，所以催化剂的活性内表面得不到充分利用。 3、催化剂的再生、更换均不方便。固定床反应器虽有缺点，但可在结构和操作方面做出改进，且其优点是主要的。因此，仍不失为气固相催化反应器中的主要形式，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
化学反应工程习题-第六章：固定床反应器
第六章 固定床反应器 1.凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作_______。（固定床反应器） 2.固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于_______，因此与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。（平推流） 3.固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于平推流，因此与返混式的反应器相比，可用_______的催化剂和_______的反应器容积来获得较大的生产能力。（较少量、较小） 4.目前描述固定床反应器的数学模型可分为_______和_______的两大类。（拟均相、非均相） 5.描述固定床反应器的拟均相模型忽略了粒子与流体之间_______与_______的差别。（温度、浓度） 6.描述固定床反应器的数学模型，忽略了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。（拟均相模型） 7.描述固定床反应器的数学模型，考虑了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。（非均相模型） 8.描述固定床反应器的拟均相模型，根据流动模式与温差的情况它又可分为平推流与有轴向返混的_______模型，和同时考虑径向混合和径向温差的_______模型。（一维、二维） 9.固定床中颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积P V 的球粒子直径，表达式 V d =_______。（3/1)/6(πP V ） 10.固定床中颗粒的面积相当直径是以外表面P a 相同的球形粒子的直径，表达式a d =_______。（ π/P a ） 11.固定床中颗粒的比表面相当直径是以相同的比表面V S 的球形粒子直径来表示，表达式 S d =_______。（V S /6） 12.对于非球形粒子，其外表面积P a 必大于同体积球形粒子的外表面积 S a ，故可定义颗粒的形状系数=S ?_______。（P S a a /） 13.颗粒的形状系数S ?对于球体而言，=S ?_______，对于其他形状的颗粒S ?_______。 （=1、均小于1） 14.固定床的_______定义为水力半径H R 的四倍，而水力半径可由床层空隙率及单位床层体积中颗粒的润湿表面积来求得。（当量直径e d ） 15.固定床中的传热实质上包括了_______、_______以及_______几个方面。（粒内传热、颗粒与流体间的传热、床层与器壁的传热） 16.绝热床反应器由于没有径向床壁传热，一般可以当作平推流处理，只考虑流体流动方向上有温度和浓度的变化，因此一般可用_______模型来计算。（拟均相一维） 17.对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度opt T 和平衡温度eq T ，二者的关 系为______________。（1212ln E E E E R T T T T opt eq opt eq -= ?-） 18.对于固定床反应器，当某一参数变化到一定程度时就可能使床层温度迅速升高，这种现象俗称_______，它是固定床反应器设计和操作中所应注意的问题。（飞温） 19.不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是_______。（A ） A. 粒子与流体间有温度差 B. 粒子与流体间无温度差 C. 床层径向有温度梯度 D. 床层轴向有温度梯度 20.不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是_______。（A ）