首先，“床"指的是什么？        

大量固體顆粒堆積在一起，便形成了具有一定高度的顆粒床層，這就是名稱里的"床"。這些固體顆粒可以是反應物，也可以是催化劑。

如何區(qū)分固定床、移動床、流化床反應器        

如果這個顆粒床層是固定不動的，就叫固定床。

如果這個顆粒床層是整體移動的，固體顆粒自頂部連續(xù)加入，又從底部卸出，顆粒相互之間沒有相對運動，而是以一個整體的狀態(tài)移動，叫做移動床。

當流體（氣體或液體）通過顆粒床層時，進行反應。如果將流體通過床層的速度提高到一定數(shù)值，固體顆粒已經(jīng)不能維持不變的狀態(tài)，全部懸浮于流體之中，固體顆粒之間進行的是無規(guī)則運動，整個固體顆粒的床層，可以像流體一樣流動，這即是流動床。

下面，為大家詳細的介紹這三種反應器。

固定床反應器

又稱填充床反應器，內(nèi)部裝填有固體催化劑或固體反應物，以實現(xiàn)多相反應。固體物通常呈顆粒狀，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。

固定床反應器主要用于實現(xiàn)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(zhuǎn)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。

優(yōu)點

催化劑機械磨損小。床層內(nèi)流體的流動接近于平推流，與返混式的反應器相比，可用較少量的催化劑和較小的反應器容積來獲得較大的生產(chǎn)能力。由于停留時間可以嚴格控制，溫度分布可以適當調(diào)節(jié)，因此特別有利于達到高的選擇性和轉(zhuǎn)化率。可在高溫高壓下操作。

缺點

固定床中的傳熱較差。催化劑的再生、更換均不方便， 催化劑的更換必須停產(chǎn)進行。不能使用細粒催化劑，但固定床反應器中的催化劑不限于顆粒狀，網(wǎng)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。

固定床反應器的分類

按傳熱方式分類

絕熱式反應器

絕熱式固定床催化反應器在反應過程中，床層不與外界進行熱量交換。

其最外層為隔熱材料層（耐火磚、礦渣棉、玻璃纖維等），常稱作保溫層，作用是防止熱量的傳出或傳入，減少能量損失，維持一定的操作條件并起到安全防護的作用。

絕熱式反應器可分為單段絕熱式反應器和多段絕熱式反應器。

單段絕熱式反應器

一般為高徑比不大的圓筒體，結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力大，但反應過程中溫度變化較大。

適合的反應：

反應熱效應較小的反應。溫度對目的產(chǎn)物收率影響不大的反應。雖然反應熱效應大，但單程轉(zhuǎn)化率較低的反應或者有大量惰性物料存在，使反應過程中溫升小的反應。

多段絕熱式反應器

催化劑床層的溫度波動較小，但結(jié)構(gòu)比較復雜，催化劑裝卸困難。

多段絕熱反應器按段間換熱方式的不同可分為三類：

間接換熱式原料氣冷激式非原料氣冷激式

換熱式反應器

當反應熱效應較大時，為了維持適宜的溫度條件，必須利用換熱介質(zhì)來移走或供給熱量。

換熱式固定床反應器的特點：在催化劑床層進行化學反應的同時，床層還通過器壁與外界進行熱交換，可分為對外換熱式和自身換熱式。

對外換熱式

以各種載熱體為換熱介質(zhì)，稱為對外換熱式。

通常在管內(nèi)充填催化劑，反應氣體自上而下通過催化劑床層進行反應，管間通載熱體 (在用高壓水或用高壓蒸汽作熱載體時，則把催化劑放在管間，而使管內(nèi)走高壓流體)。 

自身換熱式反應器

以原料氣為換熱介質(zhì)，利用反應后的高溫氣體預熱原料，使其達到反應溫度，本身得到冷卻，即反應前后的物料在床層中自己進行換熱稱作自熱式反應器。

按反應氣流動方向分類

分為軸向反應器與徑向反應器。

下圖第一個為軸向絕熱式固定床反應器，后兩個為徑向絕熱式固定床反應器。

軸向反應器結(jié)構(gòu)比較簡單，催化劑均勻的堆置于床內(nèi)物料自上而下流過床層進行反應。

徑向反應器的結(jié)構(gòu)比軸向的復雜，催化劑裝載于兩個同心圓構(gòu)成的環(huán)隙中，流體沿徑向流過床層，可采用離心流動或向心流動。這種類型的反應器流體流過的距離較短，流道截面積較大，床層阻力降較小。

移動床反應器

是用以實現(xiàn)氣固相反應過程或液固相反應過程的反應器。在反應器頂部連續(xù)加入顆粒狀或塊狀固體反應物或催化劑，隨著反應的進行，固體物料逐漸下移，最后自底部連續(xù)卸出。流體則自下而上（或自上而下）通過固體床層，以進行反應。

優(yōu)點

固體和流體的停留時間可以在較大范圍內(nèi)改變。返混較小（與固定床反應器相近）。對固體物料性狀以中等速度變化的反應過程也能適用。

缺點

控制固體顆粒的均勻下移比較困難。

流化床反應器

當流體通過床層的速度逐漸提高到某值時，顆粒出現(xiàn)松動，顆粒間空隙增大，床層體積出現(xiàn)膨脹。如果再進一步提高流體速度，床層將不能維持固定狀態(tài)。此時，顆粒全部懸浮與流體中，顯示出相當不規(guī)則的運動。隨著流速的提高，顆粒的運動愈加劇烈，床層的膨脹也隨之增大，但是顆粒仍逗留在床層內(nèi)而不被流體帶出。床層的這種狀態(tài)和液體相似稱為流化床。

流化床反應器是利用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運動狀態(tài)，并進行氣固相反應過程或液固相反應過程的反應器。

沸騰床是流化床的一種，固體在流化床反應器內(nèi)流動，流體和固體顆粒所構(gòu)成的床層猶如沸騰的液體。沸騰床反應器下部設有分布板，板上放固體顆粒，流體自分布板下送入，當流體速度達到一定數(shù)值后，固體顆粒開始松動，再增大流速就進入流化狀態(tài)。反應器內(nèi)一般設有擋板，換熱器，及流體與固體分離裝置等內(nèi)部部件。沸騰床接觸面大，傳熱傳質(zhì)效率高，時空產(chǎn)率高，但返混嚴重。沸騰床因為固體處于運動狀態(tài),反應或傳熱效果好,但動力消耗大,而且在煤調(diào)濕中粉塵攜帶量大。

優(yōu)點

由于可采用細粉顆粒，并在懸浮狀態(tài)下與流體接觸，流固相界面積大（可高達 3280~16400m2/m3），有利于非均相反應的進行，提高了催化劑的利用率。 由于顆粒在床內(nèi)混合激烈，使顆粒在全床內(nèi)的溫度和濃度均勻一致，床層與內(nèi)浸換熱表面間的傳熱系數(shù)很高[200～400W/（m2•K）]，全床熱容量大，熱穩(wěn)定性高，這些都有利于強放熱反應的等溫操作。 流化床內(nèi)的顆粒群有類似流體的性質(zhì)，可以大量地從裝置中移出、引入，并可以在兩個流化床之間大量循環(huán)。這使得一些反應—再生、吸熱—放熱、正反應—逆反應等反應耦合過程和反應—分離耦合過程得以實現(xiàn)。使得易失活催化劑能在工程中使用。 流態(tài)化操作總的經(jīng)濟效果是有利的，特別是傳熱和傳質(zhì)速率快、床層溫度均勻、操作穩(wěn)定的突出優(yōu)點，對于熱效應很大的大規(guī)模生產(chǎn)過程特別有利。 

缺點

氣體流動狀態(tài)與活塞流偏離較大，氣流與床層顆粒發(fā)生返混，以致在床層軸向沒有溫度差及濃度差。加之氣體可能成大氣泡狀態(tài)通過床層，使氣固接觸不良， 使反應的轉(zhuǎn)化率降低。因此流化床一般達不到固定床的轉(zhuǎn)化率。  催化劑顆粒間相互劇烈碰撞，造成催化劑的損失和除塵的困難。由于固體顆粒的磨蝕作用，管子和容器的磨損嚴重。