【文章內容簡介】 化學反應速度較快，為完成同樣生產任務所需要的催化劑用量和反應器體積較小。流體通過床層的停留時間可以嚴格控制，溫度分布可以適當調節(jié)，因而有利于提高化學反應的轉化率和選擇性。固定床內的催化劑不易磨損，可以較長時間連續(xù)使用。適宜于在高溫高壓條件下操作。 ? 但是，由于固體催化劑在床層中靜止不動，而且催化劑載體往往導熱性能不良，氣體流速又受壓降限制不能太大，因此固定床傳熱性能較差，溫度控制較困難。 尤其是對于放熱反應 ，在換熱式反應器的入口處反應物濃度較高時，則反應速度較快，放出的反應熱量往往來不及移走，因而使反應物料溫度升高，促使反應以更快的速度進行，從而放出更多的熱量，導致反應物料的溫度繼續(xù)升高以致超過工藝允許的最高溫度，甚至會失去控制，降低了反應的選擇性、催化劑的活性和壽命。同時設備的強度等性能也受到了嚴重的危害。此外， 固定床反應器不能使用細粒催化劑 ，否則流體阻力增大，影響正常操作。 ?隨著化工生產的發(fā)展，已出現多種型式的固定床反應器，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。 ?(一 )絕熱式固定床反應器 ?在反應過程中不與外界進行熱量交換的反應器稱為絕熱式反應器，又分為單段絕熱式和多段絕熱式。 ?在工業(yè)上選擇 固定床反應器 時，應考慮以下條件 ： ?保證徑向、軸向溫度分布均勻，并使反應維持在最適宜的溫度范圍；催化劑裝量充足，并能充分發(fā)揮作用；氣體物料通過催化劑床層的阻力要小，并可加大空間速度以強化生產，滿足工藝要求，提高產品收率等。此外還要考慮設備結構簡單、操作方便、安全可靠等因素。 五、流化床反應器 ?流體原料以一定的流動速度使催化劑顆粒呈懸浮湍動，并在催化劑作用下進行化學反應的設備，稱為流化床反應器。它是氣固相催化反應常用的一種反應器。 ? (一 )流化床反應器的特點 : 在流化床反應器中，床層上的固體催化劑顆粒在氣流的作用下劇烈攪動，上下沉浮，能像流體一樣運動。它與固定床反應器相比有如下特點 : ?(1)由于流化床所用固體顆粒比固定床 小得多 ，因而具有較大的比表面積，使得流化床單位體積內氣固相間接觸面積很大，并且降低了內擴散阻力，增加了內表面的利用率，從而提高了相界面的傳質、傳熱速度。又由于床層內氣流與顆粒劇烈攪動混合，使床層溫度分布均勻，避免了局部過熱或局部反應不完全的現象，這對于某些強放熱反應過程是十分重要的。 ?(2)由于流化床內固體顆粒不斷沖刷換熱器表面的激烈運動，促使壁面氣膜變薄，使床面不斷更新，從而提高了床層對壁面的給熱系數，因此所需換熱器的傳熱面積較小。 ?(3)由于流化床中的固體顆粒有類似于流體的流動性，因此從床層中取出顆?；蛳虼矊又屑尤胄碌念w粒都很方便，可使反應過程和再生過程實現連續(xù)化及自動控制。 ?(4)流化床內氣流和固體顆粒沿設備軸向混合 (返混 )很嚴重，使已反應的物質返回，稀釋了參加反應的物質，致使反應速度降低。又由于氣體部分成為大氣泡通過床層使氣固接觸不良，催化劑的利用率降低，氣體在床層內的停留時間分布不均勻，因而增加了副反應，導致反應過程的轉化率下降和選擇性變差。 ?(5)由于固體顆粒間劇烈碰撞，造成催化劑磨損破碎，增加了催化劑的損失和防塵的困難。同時，由于固體顆粒的磨蝕作用，管子和容器的磨損也很嚴重。 ?由此可見 ，對于熱效應很大的放熱或吸熱反應，要求有均勻的催化劑溫度并需要精確控制溫度的化學反應；催化劑使用壽命短，操作較短時間就要更新或活化的反應；某些可以在高濃度下比較安全操作的氧化反應等，都比較適用流化床反應器，對于要求高轉化率的反應、要求催化劑床層溫度分布的反應，一般不適于使用流化床反應器。 (二 )流化床反應器的結構 ?流化床反應器的結構型式很多，一般有以下幾種類型。 ?1．按照固體顆粒是否循環(huán)分類 ? 流化床可分為單器或稱非循環(huán)操作的流化床及雙器或稱循環(huán)操作的流化床。 ?單器流化床在工業(yè)上應用最為廣泛，如乙烯氧氯化流化床反應器，其結構見圖 5一 11，這類反應器多用于催化劑使用壽命較長的氣固相催化反應過程。 ? 雙器流化床多用于催化劑使用壽命較短且容易再生的氣固相催化反應過程 ，如石油煉制工業(yè)中的催化裂化裝置，其結構型式參見圖 5— 12。催化劑在反應器和再生器之間的循環(huán)，是靠控制兩器的密度差形成壓差實現的 。因為兩器間實現了催化劑的定量定向流動，所以同時完成了催化反應和再生燒焦的連續(xù)操作過程。 2．按照床層的外形分類 ?流化床可分為圓筒形和圓錐形流化床。以上皆為圓筒形流化床反應器，其結構簡單，制造容易，設備容積利用率高，在設計和生產方面都積累了較豐富的經驗，獲得了廣泛應用。 ?圓錐形流化床的結構型式參見圖5— 13。 3．按照床層中是否置有內部構件分類 ?流化床可分為 自由床和限制床 。床層中設置內部構件的稱為限制床，反之稱為自由床。設置內部構件的目的在于增進氣固接觸，減少氣體返混，改善氣體停留時間分布，提高床層的穩(wěn)定性，從而使高床層和高流速操作成為可能。這些條件對于反應速度慢、級數高和副反應嚴重的氣 固相催化反應來說都是很重要的，因此許多流化床催化反應器都采用限制床，即采用擋網、擋板等作為內部構件。 4．按照反應器內層數的多少分類 ? 流化床可分為單層和多層流化床。對氣固相催化反應主要是應用單層流化床。但在單層流化床中，氣固相間不能進行逆相操作，反應的轉化率較低，氣固接觸時間短，而且滿足不了某些過程需要 在不同的階段控制不同反應溫度 的要求，這時可采用多層式流化床。用于石灰石焙燒的多層式流化床的結構見．圖 5— 14。 ?在多層式流化床中，氣流由下往上通過各段床層，流態(tài)化的固體顆粒則沿著溢流管從上往下 依次“流過”各層分布板，其 流型有如板式精餾塔 ，只是“流動”的是流態(tài)化的固體，而不是液體。 ?生產丙烯腈的流化床反應器是有代表性的單器流化床反應器，其結構見圖 5— 15。 第三節(jié) 反應設備的使用與維護 ?一、釜式反應器的運行與操作 ,圖 5— 1 6為生產高密度低壓聚乙烯的攪拌釜聚合系統(tǒng)，這是目前典型的、在工業(yè)上應用最為廣泛的聚合系統(tǒng)。 (一 )開車 ? 試漏 、氮氣 置換。 ? ，投運冷卻水、蒸汽、熱水、氮氣、工廠風、儀表風、潤滑油、密封油等系統(tǒng)，投運儀表、電氣、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，向聚合釜中加入溶劑或液態(tài)聚合單體，當釜內液體淹沒最低一層攪拌葉后啟動聚合釜攪拌器，繼續(xù)向釜內加入溶劑或單體，直到達正常料位為止。 ? 使釜溫達到正常值，在升溫的過程中，當溫度達到某一規(guī)定值時，向釜內加催化劑、單體、溶劑、分子量調節(jié)劑等，同時控制聚合溫度、壓力、聚合釜料位等工藝指示，使之達正常值。 (二 )聚合系統(tǒng)的操作 ? 1．溫度控制 ? 控制好聚合溫度對于聚合系統(tǒng)操作是最關鍵的，控制聚合溫度一般有如下三種方法。 ? (1)通過夾套冷卻水換熱。 ? (2)如圖 5— 16所示，由循環(huán)風機 C、氣相換熱器 E。、聚合釜組成氣相外循環(huán)系統(tǒng)，通過氣相換熱器 E。能夠調節(jié)循環(huán)氣體的溫度，并使其中的易冷凝氣相冷凝，冷凝液流回聚合釜，從而達到控制聚合溫度的目的。這種取熱方法稱為氣相外循環(huán)取熱。 ?