固定床反應(yīng)器,又稱填充床反應(yīng)器,內(nèi)部裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)物,以實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)。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(yīng)。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(guò)床層,呈氣液固相接觸。優(yōu)點(diǎn):①催化劑機(jī)械磨損小。②床層內(nèi)流體的流動(dòng)接近于平推流,與返混式的反應(yīng)器相比,可用較少量的催化劑和較小的反應(yīng)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(yán)格控制,溫度分布可以適當(dāng)調(diào)節(jié),因此特別有利于達(dá)到高的選擇性和轉(zhuǎn)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(xì)粒催化劑,但固定床反應(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。
流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài),并進(jìn)行氣固相反應(yīng)過(guò)程或液固相反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)器。優(yōu)點(diǎn):①由于可采用細(xì)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(yīng)的進(jìn)行,提高了催化劑的利用率。②由于顆粒在床內(nèi)混合激烈,使顆粒在全床內(nèi)的溫度和濃度均勻一致,床層與內(nèi)浸換熱表面間的傳熱系數(shù)很高,全床熱容量大,熱穩(wěn)定性高,這些都有利于強(qiáng)放熱反應(yīng)的等溫操作。③流化床內(nèi)的顆粒群有類似流體的性質(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(yīng)—再生、吸熱—放熱、正反應(yīng)—逆反應(yīng)等反應(yīng)耦合過(guò)程和反應(yīng)—分離耦合過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)。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(jì)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(wěn)定的突出優(yōu)點(diǎn),對(duì)于熱效應(yīng)很大的大規(guī)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(yīng)的轉(zhuǎn)化率降低。因此流化床一般達(dá)不到固定床的轉(zhuǎn)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(yán)重。