固定床反應器

固定床反應器又稱填充床反應器，裝填有固體催化劑或固體反應物用以實現多相反應過程的一種反應器。固體物通常呈顆粒狀，粒徑2～15mm左右,堆積成一定高度（或厚度）的床層。床層靜止不動，流體通過床層進行反應。它與流化床反應器及移動床反應器的區(qū)別在于固體顆粒處于靜止狀態(tài)。固定床反應器主要用于實現氣固相催化反應，如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化器、烴類蒸汽轉化爐等。用于氣固相或液固相非催化反應時，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、液相并流向下通過床層，呈氣液固相接觸。

分類 固定床反應器有三種基本形式：①軸向絕熱式固定床反應器(圖1)。流體沿軸向自上而下流經床層，床層同外界無熱交換。②徑向絕熱式固定床反應器。流體沿徑向流過床層，可采用離心流動（圖2）或向心流動，床層同外界無熱交換。徑向反應器與軸向反應器相比，流體流動的距離較短,流道截面積較大,流體的壓力降較小。但徑向反應器的結構較軸向反應器復雜。以上兩種形式都屬絕熱反應器,適用于反應熱效應不大,或反應系統能承受絕熱條件下由反應熱效應引起的溫度變化的場合。③列管式固定床反應器（圖3）。由多根反應管并聯構成。管內或管間置催化劑，載熱體流經管間或管內進行加熱或冷卻，管徑通常在25～50mm之間，管數可多達上萬根。列管式固定床反應器適用于反應熱效應較大的反應。此外，尚有由上述基本形式串聯組合而成的反應器，稱為多級固定床反應器。例如：當反應熱效應大或需分段控制溫度時，可將多個絕熱反應器串聯成多級絕熱式固定床反應器,反應器之間設換熱器或補充物料以調節(jié)溫度，以便在接近于佳溫度條件下操作。

特點 固定床反應器的優(yōu)點是：①返混小，流體同催化劑可進行有效接觸，當反應伴有串聯副反應時可得較高選擇性。②催化劑機械損耗小。③結構簡單。固定床反應器的缺點是：①傳熱差，反應放熱量很大時，即使是列管式反應器也可能出現飛溫（反應溫度失去控制，急劇上升，超過允許范圍）。②操作過程中催化劑不能更換，催化劑需要頻繁再生的反應一般不宜使用，常代之以流化床反應器或移動床反應器。

固定床反應器中的催化劑不限于顆粒狀，網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。

數學模型 固定床反應器是研究得比較充分的一種多相反應器，描述固定床反應器的數學模型有多種，大致分為擬均相模型（不考慮流體和固體間的濃度、溫度差別）和多相模型（考慮到流體和固體間的濃度、溫度差別）兩類，每一類又可按是否計及返混，分為無返混模型和有返混模型，按是否考慮反應器徑向的濃度梯度和溫度梯度分為一維模型和二維模型。