气固相催化反应器
?概述
?气固相反应宏观动力学
?概述
气固相催化反应器的基本类型：固定床反应器和流化床反应器
? 固定床反应器
? 定义：在反应器中，若原料气以一定流速通过静止催化剂的固体层，通
常把这类反应器称为固定床反应器。
? 特点,
优点,
a.操作中气流可看成是理想置换，完成相同的生产任务所需要的
有效体积小，催化剂用量少。
b.气体的停留时间可以严格控制，有利于选择性的提高。
c.催化剂不易磨损，可长时间连续使用。
d.可用于高温高压下操作。
缺点,
a.导热性能差，温控难。
b.难于使用小颗粒催化剂。
c.催化剂再生、更换均不方便等。
?流化床反应器
? 定义, 若原料气通过反应器时，固体颗粒受流体的影响而悬浮于气流中，
这类反应器称为流化床反应器。
?特点
优点,
（ 1）传热效率高，床内温度易于维持均匀。 —— 这对于热效应大而
对温度又很敏感的过程是很重要的，因此特别地被应用于氧化、裂解、
焙烧以及干燥等各种过程。
（ 2）大量固体粒子可方便地往来输送。 —— 这对于催化剂迅速失活
而需随时再生的过程（如催化裂化）来说，正是能否实现大规模连续生
产的关键。此外，单纯作为粒子的输送手段，在各行业中也得到广泛应
用。
（ 3）可采用细颗粒催化剂，可以消除内扩散阻力，充分发挥催化剂
的效能。
缺点,
（ 1） 气流状况不均，不少气体以气泡状态经过床层,g-s两相
接触不够有效，在要求高转化率时，这种状况更为不利。
（ 2）粒子运动基本上是全混式，因此停留时间不一，在以粒
子为加工对象时，可影响产品质量的均一性，且转化率不高；另
外粒子的全混也造成气体的部分返混，影响反应速度和造成副反
应的增加。
（ 3）粒子的磨损和带出造成催化剂的损失，并要有旋风分离
器等粒子回收系统。
? 气固相反应宏观动力学
? 气固相催化反应本征动力学
气固相反应本征动力学是研究不受扩散干扰条件下的固体催化剂与其相接触
的气体之间的反应动力学。
? 气固相催化反应过程
一般而言气固相催化反应过程经历以下串联的七个步骤,
?控制步骤,
如果其中某一步骤的速率与其他各步的速率相比要慢得多，以致整个反应速率
取决于这一步的速率，该步骤就称为 速率控制步骤 。
?动力学控制
?扩散控制
?本征动力学方程
?双曲线型本征动力学方程
在 Ni催化剂上的混合异辛烯加氢生成异辛烷反应动力学方程为,
?幂函数型本征动力学方程
如焦姆金导出的铁催化剂上氨合成反应动力学方程为,
实际应用中常以幂函数型来关联非均相动力学参数，其准确性不比双曲
线型方程差，且仅有反应速率常数，不包含吸附平衡常数，在进行反应
动力学分析和反应器计算中，更能显示其优越性，得到广泛应用。
5.12
5.1
1
2
3
3
2
23
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? 气固相反应宏观动力学
宏观动力学：除了研究反应分子间的反应速率外，还包括相际和相内的
质量、热量与动量的传递过程和反应器内物料流动状态等。
以宏观动力学为基础，可进一步对工业反应装置的结构设计、最佳操作
条件的确定等进行研究，以期应用于生产实践时获得良好的技术经济
效益。
?概述
?气固相反应宏观动力学
?概述
气固相催化反应器的基本类型：固定床反应器和流化床反应器
? 固定床反应器
? 定义：在反应器中，若原料气以一定流速通过静止催化剂的固体层，通
常把这类反应器称为固定床反应器。
? 特点,
优点,
a.操作中气流可看成是理想置换，完成相同的生产任务所需要的
有效体积小，催化剂用量少。
b.气体的停留时间可以严格控制，有利于选择性的提高。
c.催化剂不易磨损，可长时间连续使用。
d.可用于高温高压下操作。
缺点,
a.导热性能差，温控难。
b.难于使用小颗粒催化剂。
c.催化剂再生、更换均不方便等。
?流化床反应器
? 定义, 若原料气通过反应器时，固体颗粒受流体的影响而悬浮于气流中，
这类反应器称为流化床反应器。
?特点
优点,
（ 1）传热效率高，床内温度易于维持均匀。 —— 这对于热效应大而
对温度又很敏感的过程是很重要的，因此特别地被应用于氧化、裂解、
焙烧以及干燥等各种过程。
（ 2）大量固体粒子可方便地往来输送。 —— 这对于催化剂迅速失活
而需随时再生的过程（如催化裂化）来说，正是能否实现大规模连续生
产的关键。此外，单纯作为粒子的输送手段，在各行业中也得到广泛应
用。
（ 3）可采用细颗粒催化剂，可以消除内扩散阻力，充分发挥催化剂
的效能。
缺点,
（ 1） 气流状况不均，不少气体以气泡状态经过床层,g-s两相
接触不够有效，在要求高转化率时，这种状况更为不利。
（ 2）粒子运动基本上是全混式，因此停留时间不一，在以粒
子为加工对象时，可影响产品质量的均一性，且转化率不高；另
外粒子的全混也造成气体的部分返混，影响反应速度和造成副反
应的增加。
（ 3）粒子的磨损和带出造成催化剂的损失，并要有旋风分离
器等粒子回收系统。
? 气固相反应宏观动力学
? 气固相催化反应本征动力学
气固相反应本征动力学是研究不受扩散干扰条件下的固体催化剂与其相接触
的气体之间的反应动力学。
? 气固相催化反应过程
一般而言气固相催化反应过程经历以下串联的七个步骤,
?控制步骤,
如果其中某一步骤的速率与其他各步的速率相比要慢得多，以致整个反应速率
取决于这一步的速率，该步骤就称为 速率控制步骤 。
?动力学控制
?扩散控制
?本征动力学方程
?双曲线型本征动力学方程
在 Ni催化剂上的混合异辛烯加氢生成异辛烷反应动力学方程为,
?幂函数型本征动力学方程
如焦姆金导出的铁催化剂上氨合成反应动力学方程为,
实际应用中常以幂函数型来关联非均相动力学参数，其准确性不比双曲
线型方程差，且仅有反应速率常数，不包含吸附平衡常数，在进行反应
动力学分析和反应器计算中，更能显示其优越性，得到广泛应用。
5.12
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? 气固相反应宏观动力学
宏观动力学：除了研究反应分子间的反应速率外，还包括相际和相内的
质量、热量与动量的传递过程和反应器内物料流动状态等。
以宏观动力学为基础，可进一步对工业反应装置的结构设计、最佳操作
条件的确定等进行研究，以期应用于生产实践时获得良好的技术经济
效益。
