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按照催化剂固定方式的不同,Biardi等将固定床反应器分为传统型与非传统型两种。传统型固定床是指催化剂以粒子形式进行堆积,主要有并流下行泡沫床和并流上行泡沫床;非传统型固定床是指将催化剂以某种形态负载或固定于某种结构填料上,通常使用Monolith催化剂和Katapak—Sandwich催化剂等。
(1) 并流下行泡沫床
Solvay公司认为当气、液相并流下行时,如果同时成倍地提高工作液和氢气的流量,可以从滴流床过渡到泡沫床。因为泡沫床的气液接触面积较滴流床有了明显的提高,所以气液相间的传质作用明显增强。并且,这种改进不需增加辅助设备就可方便地实现。同时,为了解决快速反应和加压条件下泡沫的淬灭、聚并,以及由此引起的床层压降波动较大、进料难以控制的问题,该专利采用惰性气体(最好是氮气)来稀释氢气,并给出了氮氢最优比。这样,不仅可以稳定床层压降,还可提高催化剂的选择性。与之相反的一种称为并流上行泡沫床。
(2) 并流上行泡沫床
1) Solvay公司采用高1.4m、直径18mm的反应器,使用不同粒径的球形Pd—SiO:催化剂,让气液由反应器的底部进料,并流上行,通过调整气液流量比使其达到泡沫状态。并认为并流上行泡沫床优于并流下行泡沫床,对加氢过程更为有利。其一,与并流下行泡沫床相比,并流上行泡沫床的床层压降更小,床层稳定性更好;其二,并流上行泡沫床的气液相流速低,甚至可以和液相以化学计量比进料,就町以获取较高的单程加氢效率。这种方法的缺点是催化剂周围的滞液量较大,加速了催化剂的失活。
2) Monolith固定床反应器
Monolith固定床反应器是通过利用平行于道内载催化剂为固定床,从而达到提高三相接触效率和固定床时空收率,降低床层压降的目的。当氢气经分布器后形成的气泡直径通常比Monolith固定床的孔道要小。根据气液流速的变化,两相流的流型有4种,即鼓泡流、Taylor流、环状流和弹状流。EkaNobel公司建议使Monolith孔道内的流型处Taylor流,此时对反应最为有利。液相蒽醌工作液从反应器的顶部进料,氢气从反应器的底部进料与液相反应,未反应的部分经外循环去塔顶继续参与反应,使床层压降为零,反应器内的压力接近常数,这对于提高反应的选择性有莺要的作用。实验证实,与传统工艺相比,该工艺的放大效果很好,工业规模对实验室规模的放大效应远小于传统工艺。该工艺已被EkaNobel公司应用到工业生产过氧化氢中,成为Monolith固定床反应器工业化的经典范例。
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1楼2021-02-22 13:50回复