固定床反应器、流化床反应器和浆态床反应器的区别

2019.09.25 点击13004次

1、固定床反应器

凡是流体通过静态固体颗粒形成的床层而进行化学反应的设备都称作固定床反应器。分为气—固相催化反应器和液—固相催化反应器两种。其中以气态反应物料通过由固体催化剂所构成的床层进行化学反应的气—固相催化反应器在化工生产中应用最为广泛。

2、流化床反应器

也叫沸腾床反应器。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。是工业上应用较广泛的一类反应器，适用于催化或非催化的气—固、液—固和气—液—固反应系统。

3、浆态床反应器

气体以鼓泡形式通过悬浮有固体细粒的液体(浆液)层，以实现气液固相反应过程的反应器。浆态反应器中液相可以是反应物，也可以是悬浮固体催化剂的载液。浆态反应器有两种基本形式：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，避免了机械搅拌的轴封问题，尤适于高压反应。浆态反应器中有两个流体相，所以操作方式比较多样，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，可以适应反应系统的不同要求。

三种反应器的优缺点，如下表：

反应器类型	优点	缺点
固定床反应器	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。	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。 ② 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。 ③ 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。 ④ 催化剂的再生、更换均不方便。
流化床反应器	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3280~16400 m²/m³)，有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。 ② 由于颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致，床层与内浸换热表面间的传热系数很高【200～400W/(m²·K)】，全床热容量大，热稳定性高，这些都有利于强放热反应的等温操作。这是许多工艺过程的反应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。这使得一些反应—再生、吸热—放热、正反应—逆反应等反应耦合过程和反应—分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—固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，单位设备生产能力大，设备结构简单、造价低，符合现代化大生产的需要。	① 气体流动状态与活塞流偏离较大，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，使反应的转化率降低。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。
浆态床反应器	① 在强放热条件下,易保持温度均匀； ② 采用细颗粒，使催化剂颗粒内表面利用较充分； ③ 当液相连续进出料时，催化剂排出再生比较方便。	① 连续操作时返混严重，当有串联副反应存在时会使选择性降低； ② 液固比通常较高，在有液相副反应时可使选择性降低； ③ 存在催化剂细粉的分离问题。