如何选择合适的反应设备？

丙烯氨氧化生产丙烯腈为气、固相反应，反应热效应较高，所以对反应器的最基本要求：一是必须保证气态原料和固体催化剂之间接触良好；二是能及时移走反应热以控制适宜的反应温度。工业上常用的反应器有固定床列管式反应器和流化床反应器。

1.固定床列管式反应器

如图7-10所示，这类反应器的外壳为钢制圆筒，受热会膨胀，常安装有膨胀圈。反应器内装有数百根至上万根不等的列管，列管按正三角形排列，列管内装填催化剂，列管长一般为2.5～3m。为了减小径向温差，管径一般较小，多为25～30mm。原料气通过静止的催化剂床层发生反应，反应热由管外载热体移出。载热体多采用熔盐（硝酸钾、亚硝酸钠和少量的硝酸钠的混合物）。这种反应器的优点是只要催化剂装填均匀，则气固接触良好，操作方便；缺点是传热效果较差，反应温度不均匀，生产能力较低，催化剂更换麻烦，设备结构复杂，且需大量载热体。

图7-10　固定床列管式反应器

2.流化床反应器(www.xing528.com)

流化床是现代化工生产中广泛采用的一种高效设备。流化床反应器的结构型式很多，按固体颗粒是否在系统内循环，可分为单器流化床和双器流化床；按床层外形分为圆筒形流化床和圆锥形流化床；按反应器层数可分为单层流化床和多层流化床；按床层中是否设置内部构件可分为自由床和限制床。常用的圆锥形反应器结构如图7-11所示，反应器结构可分成三个部分：锥形体部分、反应段部分和扩大段部分。原料气体在锥形体部分进入反应器，经分布板进入反应段。反应段装填催化剂，原料气在此和催化剂接触，进行反应。为了移去反应热，在反应段设置了具有一定面积的U形或直形冷却管，管内通入蒸汽凝水，利用软水的汽化潜热以及将蒸汽加热为高压过热蒸汽带走的显热来移走反应热。U形管分为若干组，便于微分调节，通过控制进入U形管的软水量，使反应温度保持在工艺要求的范围之内。在反应器内还装有导向挡板，采用导向挡板可使用颗粒很小的微球形催化剂，从而提高催化剂的使用效率；导向挡板还可以使反应器的生产能力增大，且具有较好的操作弹性；另外，导向挡板还具有良好地破碎气泡作用，有利于传质的进行。反应器上部为扩大段，在此段由于床径扩大，气体流速减慢，有利于被气体所夹带的催化剂的沉降。由于实际操作气速远远大于临界流化速度，可能是临界流化速度几百倍，是一种散式流态化，所以在此段设置内旋风分离器。由旋风分离器回收的催化剂通过下降管回至反应器。

图7-11　流化床反应器

1—壳体；2—扩大段；3—旋风分离器；4—换热管；5—气体分布器；6—内部构件

采用流化床的优点是：气固两相接触面大，床层温度分布较均匀，易控制温度，操作稳定性好，生产能力大，操作安全，设备制造简单，催化剂装卸方便。缺点是催化剂磨损较多，气体返混严重，影响转化率和选择性。

流化床反应器的材质一般是含钼、铋、硅的高级耐热合金钢，不仅耐高温，而且耐磨。目前丙烯氨氧化合成丙烯腈大多采用流化床反应器。