固定床反應器,又稱(chēng)填充床反應器,內部裝填有固體催化劑或固體反應物,以實(shí)現多相反應。固體物通常呈顆粒狀,堆積成一定高度(或厚度)的床層,床層靜止不動(dòng),流體通過(guò)床層進(jìn)行反應。固定床反應器主要用于實(shí)現氣固相催化反應,如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化器、烴類(lèi)蒸汽轉化爐等。用于氣固相或液固相非催化反應時(shí),床層則填裝固體反應物。涓流床反應器也可歸屬于固定床反應器,氣、液相并流向下通過(guò)床層,呈氣液固相接觸。優(yōu)點(diǎn):①催化劑機械磨損小。②床層內流體的流動(dòng)接近于平推流,與返混式的反應器相比,可用較少量的催化劑和較小的反應器容積來(lái)獲得較大的生產(chǎn)能力。③由于停留時(shí)間可以嚴格控制,溫度分布可以適當調節,因此特別有利于達到高的選擇性和轉化率。④可在高溫高壓下操作。缺點(diǎn):①固定床中的傳熱較差。②催化劑的再生、更換均不方便,催化劑的更換必須停產(chǎn)進(jìn)行。③不能使用細粒催化劑,但固定床反應器中的催化劑不限于顆粒狀,網(wǎng)狀催化劑早已應用于工業(yè)上。目前,蜂窩狀、纖維狀催化劑也已被廣泛使用。
流化床反應器流化床反應器是利用氣體或液體通過(guò)顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運動(dòng)狀態(tài),并進(jìn)行氣固相反應過(guò)程或液固相反應過(guò)程的反應器。優(yōu)點(diǎn):①由于可采用細粉顆粒,并在懸浮狀態(tài)下與流體接觸,流固相界面積大,有利于非均相反應的進(jìn)行,提高了催化劑的利用率。②由于顆粒在床內混合激烈,使顆粒在全床內的溫度和濃度均勻一致,床層與內浸換熱表面間的傳熱系數很高,全床熱容量大,熱穩定性高,這些都有利于強放熱反應的等溫操作。③流化床內的顆粒群有類(lèi)似流體的性質(zhì),可以大量地從裝置中移出、引入,并可以在兩個(gè)流化床之間大量循環(huán)。這使得一些反應—再生、吸熱—放熱、正反應—逆反應等反應耦合過(guò)程和反應—分離耦合過(guò)程得以實(shí)現。使得易失活催化劑能在工程中使用。④流態(tài)化操作總的經(jīng)濟效果是有利的,特別是傳熱和傳質(zhì)速率快、床層溫度均勻、操作穩定的突出優(yōu)點(diǎn),對于熱效應很大的大規模生產(chǎn)過(guò)程特別有利。缺點(diǎn):①氣體流動(dòng)狀態(tài)與活塞流偏離較大,氣流與床層顆粒發(fā)生返混,以致在床層軸向沒(méi)有溫度差及濃度差。加之氣體可能成大氣泡狀態(tài)通過(guò)床層,使氣固接觸不良,使反應的轉化率降低。因此流化床一般達不到固定床的轉化率。②催化劑顆粒間相互劇烈碰撞,造成催化劑的損失和除塵的困難。由于固體顆粒的磨蝕作用,管子和容器的磨損嚴重。