固定床反應(yīng)器

固定床反應(yīng)器又稱填充床反應(yīng)器，裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)物用以實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)過程的一種反應(yīng)器。固體物通常呈顆粒狀，粒徑2～15mm左右,堆積成一定高度（或厚度）的床層。床層靜止不動(dòng)，流體通過床層進(jìn)行反應(yīng)。它與流化床反應(yīng)器及移動(dòng)床反應(yīng)器的區(qū)別在于固體顆粒處于靜止?fàn)顟B(tài)。固定床反應(yīng)器主要用于實(shí)現(xiàn)氣固相催化反應(yīng)，如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化器、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐等。用于氣固相或液固相非催化反應(yīng)時(shí)，床層則填裝固體反應(yīng)物。涓流床反應(yīng)器也可歸屬于固定床反應(yīng)器，氣、液相并流向下通過床層，呈氣液固相接觸。

分類 固定床反應(yīng)器有三種基本形式：①軸向絕熱式固定床反應(yīng)器(圖1)。流體沿軸向自上而下流經(jīng)床層，床層同外界無熱交換。②徑向絕熱式固定床反應(yīng)器。流體沿徑向流過床層，可采用離心流動(dòng)（圖2）或向心流動(dòng)，床層同外界無熱交換。徑向反應(yīng)器與軸向反應(yīng)器相比，流體流動(dòng)的距離較短,流道截面積較大,流體的壓力降較小。但徑向反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)較軸向反應(yīng)器復(fù)雜。以上兩種形式都屬絕熱反應(yīng)器,適用于反應(yīng)熱效應(yīng)不大,或反應(yīng)系統(tǒng)能承受絕熱條件下由反應(yīng)熱效應(yīng)引起的溫度變化的場(chǎng)合。③列管式固定床反應(yīng)器（圖3）。由多根反應(yīng)管并聯(lián)構(gòu)成。管內(nèi)或管間置催化劑，載熱體流經(jīng)管間或管內(nèi)進(jìn)行加熱或冷卻，管徑通常在25～50mm之間，管數(shù)可多達(dá)上萬根。列管式固定床反應(yīng)器適用于反應(yīng)熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。此外，尚有由上述基本形式串聯(lián)組合而成的反應(yīng)器，稱為多級(jí)固定床反應(yīng)器。例如：當(dāng)反應(yīng)熱效應(yīng)大或需分段控制溫度時(shí)，可將多個(gè)絕熱反應(yīng)器串聯(lián)成多級(jí)絕熱式固定床反應(yīng)器,反應(yīng)器之間設(shè)換熱器或補(bǔ)充物料以調(diào)節(jié)溫度，以便在接近于佳溫度條件下操作。

特點(diǎn) 固定床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是：①返混小，流體同催化劑可進(jìn)行有效接觸，當(dāng)反應(yīng)伴有串聯(lián)副反應(yīng)時(shí)可得較高選擇性。②催化劑機(jī)械損耗小。③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。固定床反應(yīng)器的缺點(diǎn)是：①傳熱差，反應(yīng)放熱量很大時(shí)，即使是列管式反應(yīng)器也可能出現(xiàn)飛溫（反應(yīng)溫度失去控制，急劇上升，超過允許范圍）。②操作過程中催化劑不能更換，催化劑需要頻繁再生的反應(yīng)一般不宜使用，常代之以流化床反應(yīng)器或移動(dòng)床反應(yīng)器。

固定床反應(yīng)器中的催化劑不限于顆粒狀，網(wǎng)狀催化劑早已應(yīng)用于工業(yè)上。目前，蜂窩狀、纖維狀催化劑也已被廣泛使用。

數(shù)學(xué)模型 固定床反應(yīng)器是研究得比較充分的一種多相反應(yīng)器，描述固定床反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型有多種，大致分為擬均相模型（不考慮流體和固體間的濃度、溫度差別）和多相模型（考慮到流體和固體間的濃度、溫度差別）兩類，每一類又可按是否計(jì)及返混，分為無返混模型和有返混模型，按是否考慮反應(yīng)器徑向的濃度梯度和溫度梯度分為一維模型和二維模型。