固相催化反应器.pptx
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1、固相催化反应器固相催化反应器 定义定义 分类分类 1 1 催化剂催化剂 组成组成 性能指标性能指标 合成方法合成方法 2 2 气气-固相催化反应器固相催化反应器1 1 催化剂催化剂 (1 1)定义:它是能加速化学反应速率而不)定义:它是能加速化学反应速率而不改变该反应标准自由焓变化的一种物质。改变该反应标准自由焓变化的一种物质。基本特征基本特征 它能加快化学反应速它能加快化学反应速率,但本身并不进入化学反应的计量。率,但本身并不进入化学反应的计量。它对反应具有选择性。它对反应具有选择性。它不能无中生有。它不能无中生有。它只改变化学反应速率,而不改它只改变化学反应速率,而不改变化学平衡常数。变化
2、学平衡常数。它不改变化学平衡。它不改变化学平衡。均相催化剂:和它们催化的反应均相催化剂:和它们催化的反应 物处于同一物态物处于同一物态(2)2)分类分类 多相催化剂:和它们催化的反多相催化剂:和它们催化的反应应 物处于不同物态物处于不同物态 生物催化剂:植物、动物和微生生物催化剂:植物、动物和微生 物产生的具有催化作用的蛋白质物产生的具有催化作用的蛋白质 (1 1)活性组分:催化剂主要成)活性组分:催化剂主要成 份份 (2 2)助催化剂)助催化剂(3 3)组成)组成 (3 3)载体:固体催化剂特有)载体:固体催化剂特有 组分组分 (4 4)抑制剂)抑制剂 (1 1)活性)活性 (2 2)选择性
3、)选择性(4 4)性能指标)性能指标 (3 3)使用寿命)使用寿命 (4 4)机械强度)机械强度 (5 5)其他物理性状)其他物理性状 (1 1)沉淀法:制备固体催)沉淀法:制备固体催 化剂最常用方法化剂最常用方法 (2 2)浸渍法:负载型催化)浸渍法:负载型催化 剂制备方法剂制备方法(5 5)合成方法)合成方法 (3 3)共混合法:制备多)共混合法:制备多组组 分催化剂最常用方法分催化剂最常用方法 (4 4)离子交换法)离子交换法 (5 5)熔融法)熔融法催化剂的使用催化剂的使用催化剂的使用催化剂的使用 运输、贮藏与填装运输、贮藏与填装 升温与还原升温与还原 开停车与钝化开停车与钝化 催化剂
4、的使用、失活与再生催化剂的使用、失活与再生 催化剂的卸出催化剂的卸出催化剂工业的发展方向催化剂工业的发展方向催化剂工业的发展方向催化剂工业的发展方向(1 1)更新原料路线,采用更廉价的原料(资源有)更新原料路线,采用更廉价的原料(资源有效利用)效利用)(2 2)缓和工艺操作条件,达到节能降耗的目的)缓和工艺操作条件,达到节能降耗的目的(节能)(节能)(3 3)开发新产品,提高产品的收率,改善产品的)开发新产品,提高产品的收率,改善产品的质量(开发新产品)质量(开发新产品)(4 4)消除环境污染(环境保护)消除环境污染(环境保护)2 2 气气-固相催化反应器固相催化反应器 固定床反应器:最常用固
5、定床反应器:最常用 流化床反应器:比较常用流化床反应器:比较常用反应器类型反应器类型 移动床反应器:较少用移动床反应器:较少用 滴流床反应器:较少用滴流床反应器:较少用()固定床反应器()固定床反应器()固定床反应器()固定床反应器反应器内填充有固定不动的固体颗粒,可以是催反应器内填充有固定不动的固体颗粒,可以是催化剂,也可以是固体反应物。或者说凡是流体通化剂,也可以是固体反应物。或者说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。置都称作固定床反应器。固定床催化反应器固定床催化反应器绝热式绝热式 单段绝热式单段绝热式 多段
6、绝热式多段绝热式 连续换热式连续换热式外热式外热式 自热式自热式 优缺点:优缺点:床层内流体流动接近平推流。(用较少催化剂和床层内流体流动接近平推流。(用较少催化剂和较小的反应器容积可获得较大的生产能力)较小的反应器容积可获得较大的生产能力)严格控制停留时间,温度分布可以适当调节,因严格控制停留时间,温度分布可以适当调节,因此特别有利于达到高的选择性和转化率。此特别有利于达到高的选择性和转化率。结构简单,操作方便,催化剂磨损小。结构简单,操作方便,催化剂磨损小。传热较差。传热较差。压力降大,因此压力降受限制。压力降大,因此压力降受限制。催化剂的更换必须停产进行。催化剂的更换必须停产进行。多段绝
7、热式固定床多段绝热式固定床间接换热式间接换热式冷激式冷激式 原料气冷激式原料气冷激式惰性气体冷激式惰性气体冷激式 (a)(a)间接换热式;间接换热式;(b)(b)原料气冷激式;原料气冷激式;(c)(c)非原料气冷激式非原料气冷激式连续换热式固定床连续换热式固定床连续换热式固定床连续换热式固定床 根据换热介质的不同可分为根据换热介质的不同可分为外热式外热式和和自热式自热式。外热式:外热式:用某种和反应无关的热载体加热或冷却反应用某种和反应无关的热载体加热或冷却反应床层的反应器。它一般用于强放热或强吸热反应。其床层的反应器。它一般用于强放热或强吸热反应。其型式多用列管式,通常将催化剂放在管内,管间
8、通过型式多用列管式,通常将催化剂放在管内,管间通过载热体,也有的与之相反。载热体可根据反应过程所载热体,也有的与之相反。载热体可根据反应过程所要求的温度,反应热效应,操作压力及过程对温度的要求的温度,反应热效应,操作压力及过程对温度的敏感度来选择。一般采用强制循环进行换热。敏感度来选择。一般采用强制循环进行换热。外热式反应器外热式反应器的反应管径一般都的反应管径一般都比较小,多为比较小,多为202035mm35mm。一方。一方面是为了减小床层的径向温差,面是为了减小床层的径向温差,另一方面是为了单位床层体积另一方面是为了单位床层体积具有较大的换热面积,其优点具有较大的换热面积,其优点是床层轴向
9、温度分布比绝热式是床层轴向温度分布比绝热式反应器均匀,其缺点是结构比反应器均匀,其缺点是结构比绝热式反应器复杂,催化剂装绝热式反应器复杂,催化剂装填也不太方便。填也不太方便。自热式:自热式:利用反应热来加热原料气使之达到要求温度,利用反应热来加热原料气使之达到要求温度,再进入催化剂床层进行反应的自身换热式反应器。它再进入催化剂床层进行反应的自身换热式反应器。它只适用于热效应不太大的放热反应和原料气必须预热只适用于热效应不太大的放热反应和原料气必须预热的系统。这种反应器本身能达到热量平衡,不需外加的系统。这种反应器本身能达到热量平衡,不需外加热源或者外加热介质来冷却反应床层。热源或者外加热介质来
10、冷却反应床层。自热式反应器自热式反应器的形式很多。一般是在圆筒形的容器内的形式很多。一般是在圆筒形的容器内配置许多与轴向平行的管子(俗称冷管),管内通过配置许多与轴向平行的管子(俗称冷管),管内通过冷原料气,管外放置催化剂,所以又称管壳式固定床冷原料气,管外放置催化剂,所以又称管壳式固定床反应器。反应器。它按冷管的形式可分为单管、双套管、三套管和它按冷管的形式可分为单管、双套管、三套管和U U型管型管反应器几种。在按管内外流体的流向还有并流和逆流反应器几种。在按管内外流体的流向还有并流和逆流之分。之分。气固相固定床催化反应器除以上几种主要类型外,气固相固定床催化反应器除以上几种主要类型外,近年
11、来又发展了径向反应器。这种反应器的气体近年来又发展了径向反应器。这种反应器的气体流道短,流速低,可以大幅度降低催化床压降,流道短,流速低,可以大幅度降低催化床压降,为使用小颗粒催化剂提供了条件。但设计这种径为使用小颗粒催化剂提供了条件。但设计这种径向流动反应器一定要合理设计流道以使各个横截向流动反应器一定要合理设计流道以使各个横截面上的气体流量均等,且要求催化剂有较高的机面上的气体流量均等,且要求催化剂有较高的机械强度,以免催化剂破损而堵塞分布小孔,破坏械强度,以免催化剂破损而堵塞分布小孔,破坏流体的均匀分布。流体的均匀分布。()流化床反应器()流化床反应器流化床催化反应器是利用固体流态化技术
12、进流化床催化反应器是利用固体流态化技术进行气固相催化反应的装置。行气固相催化反应的装置。将大量固体颗粒悬浮于运动的流体从而使颗将大量固体颗粒悬浮于运动的流体从而使颗粒具有类似于流体的某些宏观表观特性,这种流粒具有类似于流体的某些宏观表观特性,这种流固接触状态称为固体流态化。固接触状态称为固体流态化。优缺点:优缺点:流固相界面积大,有利于非均相反应的进行流固相界面积大,有利于非均相反应的进行(传热面积大)。(传热面积大)。热稳定性高(传热系数高)。热稳定性高(传热系数高)。连续生产,效率高。连续生产,效率高。物料返混大,粒子磨损严重。物料返混大,粒子磨损严重。回收和集尘装置使内构件变得复杂。回收
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