固定床、移动床、流化床反应器
摘要
本文介绍了三种不同类型的化学反应器：固定床、移动床和流化床反应器，它们的区别主要在于固体颗粒（催化剂或反应物）的移动方式和流体（气体或液体）的流动特性。
固定床反应器：固体颗粒固定不动，流体通过床层进行反应。适用于气固相催化反应，具有较小的催化剂磨损、较高的选择性和转化率，但传热效果较差，且催化剂更换不便。
移动床反应器：固体颗粒整体移动，自顶部加入、底部卸出，没有相对运动。优点是固体和流体的停留时间可调，返混较小，但控制固体颗粒的均匀下移较困难。
流化床反应器：当流体速度足够快时，固体颗粒会悬浮在流体中，形成类似沸腾的状态。具有大的接触面积、高的反应效率和良好的温度均匀性，适合强放热反应，但存在气流返混、催化剂磨损和设备磨损等问题。 文章还讨论了固定床反应器的分类，包括按传热方式和反应气流动方向的分类，并指出了每种反应器的优缺点。
正文
固定床、移动床、流化床反应器，这些反应器都是有固体颗粒床层的反应器
1“床”的含义：
大量固体颗粒堆积在一起，便形成了具有一定高度的颗粒床层，这就是名称里的"床"。这些固体颗粒可以是反应物，也可以是催化剂。
2如何区分固定床、移动床、流化床反应器
2.1如果这个颗粒床层是固定不动的，就叫固定床；
2.2如果这个颗粒床层是整体移动的，固体颗粒自顶部连续加入，又从底部卸出，颗粒相互之间没有相对运动，而是以一个整体的状态移动，叫做移动床；
2.3当流体（气体或液体）通过颗粒床层时，进行反应。如果将流体通过床层的速度提高到一定数值，固体颗粒已经不能维持不变的状态，全部悬浮于流体之中，固体颗粒之间进行的是无规则运动，整个固体颗粒的床层，可以像流体一样流动，这即是流动床。
下面为大家详细介绍这三种反应器
一、固定床反应器
又称填充床反应器，内部装填有固体催化剂或固体反应物，以实现多相反应。固体物通常呈颗粒状，堆积成一定高度（或厚度）的床层，床层静止不动，流体通过床层进行反应。
固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。
优点
催化剂机械磨损小；
床层内流体的流动接近于平推流，与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力；
由于停留时间可以严格控制，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；
可在高温高压下操作。
缺点
固定床中的传热较差；
催化剂的再生、更换均不方便， 催化剂的更换必须停产进行；
不能使用细粒催化剂，但固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。
固定床反应器的分类表
按传热方式分类
绝热式反应器
绝热式固定床催化反应器在反应过程中，床层不与外界进行热量交换。其最外层为隔热材料层（耐火砖、矿渣棉、玻璃纤维等），常称作保温层，作用是防止热量的传出或传入，减少能量损失，维持一定的操作条件并起到安全防护的作用。绝热式反应器可分为单段绝热式反应器和多段绝热式反应器。
1单段绝热式反应器
一般为高径比不大的圆筒体，结构简单，生产能力大，但反应过程中温度变化较大。
适合的反应：
反应热效应较小的反应；
温度对目的产物收率影响不大的反应；
虽然反应热效应大，但单程转化率较低的反应或者有大量惰性物料存在，使反应过程中温升小的反应。
2多段绝热式反应器
催化剂床层的温度波动较小，但结构比较复杂，催化剂装卸困难。
多段绝热反应器按段间换热方式的不同可分为三类：
间接换热式、原料气冷激式、非原料气冷激式
换热式反应器
当反应热效应较大时，为了维持适宜的温度条件，必须利用换热介质来移走或供给热量。
换热式固定床反应器的特点：在催化剂床层进行化学反应的同时，床层还通过器壁与外界进行热交换，可分为对外换热式和自身换热式。
1对外换热式
以各种载热体为换热介质，称为对外换热式。
通常在管内充填催化剂，反应气体自上而下通过催化剂床层进行反应，管间通载热体 (在用高压水或用高压蒸汽作热载体时，则把催化剂放在管间，而使管内走高压流体)。
2自身换热式反应器
以原料气为换热介质，利用反应后的高温气体预热原料，使其达到反应温度，本身得到冷却，即反应前后的物料在床层中自己进行换热称作自热式反应器。
按反应气流动方向分类：分为轴向反应器与径向反应器。
下图第一个为轴向绝热式固定床反应器，后两个为径向绝热式固定床反应器。
轴向反应器结构比较简单，催化剂均匀的堆置于床内物料自上而下流过床层进行反应。径向反应器的结构比轴向的复杂，催化剂装载于两个同心圆构成的环隙中，流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动。这种类型的反应器流体流过的距离较短，流道截面积较大，床层阻力降较小。
二、移动床反应器
是用以实现气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。在反应器顶部连续加入颗粒状或块状固体反应物或催化剂，随着反应的进行，固体物料逐渐下移，最后自底部连续卸出。流体则自下而上（或自上而下）通过固体床层，以进行反应。
优点
固体和流体的停留时间可以在较大范围内改变；
返混较小（与固定床反应器相近）；
对固体物料性状以中等速度变化的反应过程也能适用。
缺点
控制固体颗粒的均匀下移比较困难。
三、流化床反应器
当流体通过床层的速度逐渐提高到某值时，颗粒出现松动，颗粒间空隙增大，床层体积出现膨胀。如果再进一步提高流体速度，床层将不能维持固定状态。此时，颗粒全部悬浮与流体中，显示出相当不规则的运动。随着流速的提高，颗粒的运动愈加剧烈，床层的膨胀也随之增大，但是颗粒仍逗留在床层内而不被流体带出。床层的这种状态和液体相似称为流化床。
流化床反应器是利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。
沸腾床是流化床的一种，固体在流化床反应器内流动，流体和固体颗粒所构成的床层犹如沸腾的液体。沸腾床反应器下部设有分布板，板上放固体颗粒，流体自分布板下送入，当流体速度达到一定数值后，固体颗粒开始松动，再增大流速就进入流化状态。反应器内一般设有挡板，换热器，及流体与固体分离装置等内部部件。沸腾床接触面大，传热传质效率高，时空产率高，但返混严重。沸腾床因为固体处于运动状态,反应或传热效果好,但动力消耗大,而且在煤调湿中粉尘携带量大。
优点
由于可采用细粉颗粒，并在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大，有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。
由于颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致，床层与内浸换热表面间的传热系数很高，全床热容量大，热稳定性高，这些都有利于强放热反应的等温操作。
流化床内的颗粒群有类似流体的性质，可以大量地从装置中移出、引入，并可以在两个流化床之间大量循环。这使得一些反应—再生、吸热—放热、正反应—逆反应等反应耦合过程和反应—分离耦合过程得以实现。使得易失活催化剂能在工程中使用。
流态化操作总的经济效果是有利的，特别是传热和传质速率快、床层温度均匀、操作稳定的突出优点，对于热效应很大的大规模生产过程特别有利。
缺点
气体流动状态与活塞流偏离较大，气流与床层颗粒发生返混，以致在床层轴向没有温度差及浓度差。加之气体可能成大气泡状态通过床层，使气固接触不良， 使反应的转化率降低。因此流化床一般达不到固定床的转化率。
催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造成催化剂的损失和除尘的困难。由于固体颗粒的磨蚀作用，管子和容器的磨损严重。
