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加氫脫硫冷卻器采用平行反應管的設計結構。反應氣體為氫氣,液相為1%有機硫十氫萘溶液或成品油。三路氣相和二路液相可靈活切換,兩個反應器壓力下采用氮氣檢漏。充氫前吹掃并更換空氣。
冷卻器主要用于實現氣固催化反應,如氨轉化器、二氧化硫接觸氧化劑、烴類蒸汽轉化爐、醋酸乙烯反應器等。當用于氣固或液固非催化反應時,床內充滿固體反應物。滴流床反應器也可以屬于冷卻器。氣相和液相以氣-液-固接觸的形式向下流經床層。
冷卻器有三種基本形式:
① 軸向絕熱冷卻器。該反應器的流體沿軸向自上而下流經床層,床層與外界之間沒有熱交換。
② 徑向絕熱冷卻器。反應器流體沿徑向流經床層,可采用離心流或向心流,床層與外界無熱交換。
③ 管式冷卻器由多個并聯反應管組成。催化劑放置在管內或管間,熱載體流經管進行加熱或冷卻。管徑一般在25~50mm之間,管子數可達數萬根。管式冷卻器適用于反應熱效應大的反應(如醋酸乙烯反應)。
氣固相反應器廣泛應用于化工行業,主要是冷卻器和流化床反應器,以及移動床反應器和滴流床反應器。冷卻器的特點和結構如下:
優勢:
(1) 流體流動可視為理想置換流,因此化學反應速度快,完成相同生產能力所需的催化劑和反應器體積小。
(2) 可以嚴格控制氣體停留時間和溫度
分布可以調整,有利于提高化學反應的轉化率和選擇性。
(3) 催化劑不易磨損,可長期連續使用。
(4) 適合在高溫高壓下工作。
缺點:
(1) 導熱性差,溫度分布復雜。
(2) 細顆粒催化劑不能使用,催化劑的活性內表面不能充分利用。
(3) 催化劑的再生和更換不方便。
冷卻器的設計方法:
經驗法:以實驗室、中間試驗裝置或工廠現有裝置在好的條件下測得的數據,如空速、催化劑時空收率、催化劑負荷等為設計依據,根據規定的生產能力計算確定催化劑用量、床層高度、床層直徑等。方法簡單,但準確度較差。
數學模型法:根據反應動力學,可分為非均相和準均相;根據催化床層內的溫度分布,可分為一維模型和二維模型;流動模型可分為理想流動模型和非理想流動模型。
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