고정층, 이동층, 유동층의 장단점 및 적용 범위

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아래 내용은 인터넷에서 퍼온 내용이므로 법적인 책임을 지지 않습니다. 고정 침대： 충전층 반응기라고도 알려진 고정층 반응기는 고체 촉매 또는 고체 반응물로 채워진 반응기로 다단계 반응 공정을 실현합니다.고형물은 일반적으로 입자 크기가 약 2~15mm인 과립 형태이며 특정 높이(또는 두께)의 층에 축적됩니다.베드는 고정되어 있으며 베드를 통과하는 유체가 반응합니다.유동층 반응기와 이동층 반응기의 차이점은 고체 입자가 정적 상태에 있다는 것입니다.고정층 반응기는 주로 암모니아 합성탑, 이산화황 접촉 산화기, 탄화수소 증기 개질기 등과 같은 기체-고체상 촉매 반응을 달성하는 데 사용됩니다.기체-고체상 또는 액체-고체상의 비촉매 반응에 사용되는 경우, 층은 고체 반응물로 채워집니다.살수층 원자로는 고정층 원자로로 분류될 수도 있습니다. 기체와 액체상은 기체-액체-고체상 접촉으로 베드를 통해 아래쪽으로 흐릅니다. 1. 분류된 고정층 원자로에는 세 가지 기본 형태가 있습니다.：①축단열 고정층 반응기.유체는 베드를 통해 축 방향으로 위에서 아래로 흐르며 베드와 외부 세계 사이에는 열 교환이 없습니다.②방사형 단열 고정층 반응기.유체는 원심력 또는 구심력으로 반경 방향으로 베드를 통해 흐르며 베드와 외부 세계 사이에는 열 교환이 없습니다.축형 반응기와 비교하여 방사형 반응기는 유체 흐름 거리가 더 짧고 흐름 채널 단면적이 더 크며 유체 압력 강하가 더 작습니다.그러나 방사형 반응기의 구조는 축형 반응기보다 더 복잡합니다.위의 두 가지 형태는 단열 반응기로서 반응 열 효과가 작은 경우에 적합하거나 반응 시스템이 단열 조건에서 반응 열 효과로 인한 온도 변화를 견딜 수 있는 경우에 적합합니다.③관형 고정층 반응기.이는 병렬로 연결된 여러 개의 반응 튜브로 구성됩니다.촉매는 튜브 내부 또는 사이에 배치되고, 열 운반체는 가열 또는 냉각을 위해 튜브 사이 또는 내부에서 흐릅니다. 튜브의 직경은 일반적으로 25~50mm이며 튜브 수는 수만 개에 이릅니다.관형 고정층 반응기는 반응열 효과가 큰 반응에 적합합니다.그 밖에도 위의 기본 형태와 직렬로 결합된 반응기, 즉 다단고정층 반응기(multi-stage 고정상 반응기)도 있다.예를 들어：반응열 효과가 크거나 구역별로 온도를 제어해야 하는 경우 여러 개의 단열 반응기를 직렬로 연결하여 다단계 단열 고정층 반응기를 형성할 수 있습니다. 반응기 사이에 열교환기나 보조재료를 설치해 온도를 조절해 최적 온도에 가까운 조건에서 작동할 수 있도록 하는 것. 2. 특징 고정층 반응기의 장점은 다음과 같다.：①역혼합이 적고, 유체가 촉매와 효과적으로 접촉할 수 있으며, 반응에 일련의 부반응이 동반될 때 더 높은 선택성을 얻을 수 있습니다.②촉매의 기계적 손실이 적습니다.③간단한 구조.고정층 반응기의 단점은 다음과 같습니다.：①열 전달이 불량하고 반응으로 방출되는 열이 크면 관형 반응기에서도 온도 오버슈트가 발생할 수 있습니다(반응 온도가 제어력을 잃고 급격하게 상승하여 허용 범위를 초과함).②운전 중에 촉매를 교체할 수 없으며, 촉매의 빈번한 재생이 필요한 반응은 일반적으로 사용하기에 적합하지 않습니다. 유동층 반응기 또는 이동층 반응기가 대신 사용되는 경우가 많습니다. 　　고정층 반응기의 촉매는 과립형에만 국한되지 않습니다. 망상형 촉매는 오랫동안 산업계에서 사용되어 왔습니다.현재 벌집형 촉매와 섬유형 촉매도 널리 사용되고 있다. 　　수학적 모델 고정층 반응기는 잘 연구된 다상 반응기입니다. 고정층 반응기를 설명하는 수학적 모델은 많이 있는데, 이는 대략 준균질 모델(유체와 고체의 농도 및 온도 차이를 고려하지 않음)과 다상 모델(유체와 고체의 농도 및 온도 차이를 고려함)의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 각 유형은 백믹싱을 고려하는지 여부에 따라 백믹싱이 없는 모델과 백믹싱이 있는 모델로 나눌 수 있습니다. 반응기 반경 방향의 농도 구배와 온도 구배를 고려하는지 여부에 따라 1차원 모델과 2차원 모델로 구분됩니다. 고정층 반응기는 널리 사용되는 이종 촉매 반응기입니다. 반응기는 고체 촉매 또는 고체 반응물일 수 있는 고정된 고체 입자로 채워져 있습니다. 예를 들어, 관형 고정층 반응기는 튜브 내부에 촉매가 있고 튜브 내부에 촉매가 있습니다. 반응 물질은 베드를 위에서 아래로 통과하며 열 운반체는 튜브 사이의 튜브에서 반응물과 열을 교환하여 필요한 온도 조건을 유지합니다. 또한 고정층 반응기는 기체-고체 및 액체-고체 무촉매 반응에도 사용할 수 있습니다.가스가 고정층을 작은 속도로 흐를 때, 흐르는 가스의 저항이 상승해도 입자의 이동 상태는 변하지 않으며 층 높이는 변하지 않습니다.；베드 압력 강하는 유속의 로그 증가에 따라 증가합니다. 유동층： 유동층：유체는 미세 입자 층(타워)을 통해 위쪽으로 흐릅니다. 유속이 낮으면 유체는 정지 입자 사이의 틈만을 통과합니다. 이때 침대를 고정침대라고 합니다.；유속이 증가함에 따라 입자들은 서로 멀어지게 되고, 소량의 입자들이 일정한 간격으로 진동하며 헤엄치는 것을 볼 수 있는데 이를 팽창층이라 한다.；그런 다음 모든 입자가 위쪽으로 흐르는 가스 또는 액체에 부유할 때까지 속도가 증가합니다. 이때의 베드는 유동층의 시작점이다. 고체 입자는 물과 같은 액체처럼 장치 내에서 뚜렷한 인터페이스를 가질 수 있으며 장치가 기울어져도 인터페이스는 수평을 유지합니다.；베드 압력 강하는 유량에 따라 변하지 않습니다(기본적으로 변하지 않음).간단히 말해서, 고체 입자가 유체의 작용으로 유체와 같은 상태를 나타내는 현상을 유동화라고 합니다.유동층은 유동화가 일어나는 장치입니다.유동층 반응기 내의 촉매는 끓는 유동화 상태에 있으며, 반응 매질과 리프팅 매질에 의해 구동되어 FCC 라이저 반응기와 같은 반응기를 빠르게 통과합니다.컨베이어 침대：고체 입자는 장치 내에서 명확한 인터페이스가 없습니다.；유속이 증가하면 베드 압력이 감소합니다. 부유층은 일종의 유동층입니다. 유동층 반응기에는 고체가 흐릅니다. 유체와 고체 입자로 구성된 층은 끓는 액체와 같습니다. 부유층 반응기의 하부에는 분배판이 장착되어 있습니다. 고체 입자가 플레이트 위에 놓입니다. 유체는 분배판 아래에서 공급됩니다. 유체 속도가 특정 값에 도달하면 고체 입자가 느슨해지기 시작합니다. 유속이 증가하면 유동화 상태가 됩니다. 반응기는 일반적으로 배플, 열 교환기, 유체 및 고체 분리 장치와 같은 내부 구성 요소를 갖추고 있습니다. 부유층은 접촉면이 크고 열 및 물질 전달 효율이 높으며 시공간 수율이 높지만 역혼합이 심각합니다.부유층은 고체가 움직이기 때문에 반응이나 열전달 효과는 좋지만, 석탄 가습 시 전력 소모가 많고 먼지도 많이 운반됩니다. 이동식 침대： 이동층은 고체입자가 위에서 연속적으로 추가되고 아래에서 배출된다는 점을 제외하면 고정층과 유사합니다. 무빙베드(Moving Bed)는 교환기, 재생기, 세정탑 사이에 이온교환수지가 주기적으로 흐르는 이온교환장치이다.이동층과 고정층의 차이점은 반응이 진행되는 동안 촉매가 반응기 입구에서 출구로 천천히 이동한다는 점입니다. 새로운 촉매(또는 재생된 촉매)가 반응기 입구로부터 유입되고, 비활성화된 촉매는 재생을 위해 반응기 출구에서 제거됩니다.촉매는 천천히 움직이며 유동화 상태에 도달하지 않습니다.UOP 및 IFP 연속 개질 공정의 이동층 반응기와 같은. 차이점： 고정층은 회분 함량이 높고 회분 융점이 높은 석탄을 처리할 수 있으며 투자가 적고 환경 보호가 열악합니다. 기류층은 생산량이 가장 크지만 석탄 종류에 따라 특정 요구 사항이 있습니다.；가황층의 현재 압력은 높일 수 없으며 홍보도 제한됩니다. 이 세 가지 유형의 침대에서 가장 중요한 것은 침대의 디자인입니다. 현재 중국의 침대 디자인은 실증적 추정과 시뮬레이션 실험이 대부분이며, 산업생산으로 확대하면 부족한 점이 많다.이들 사이의 주요 차이점은 물리적 공정이든 화학 반응 공정이든 재료의 용도와 특성에 따라 다릅니다.고정층과 이동층은 기체-가스, 기체-액체 및 액체-액체 반응에 더 적합합니다. 침대 자체가 촉매 역할을 합니다. 장점은 역혼합이 적고 고체상 반출이 적으며 분리가 간단하다는 점입니다.유동층의 층 유형은 설계에서 매우 중요하며 반응 시스템과의 일치 요구 사항이 상대적으로 높습니다.또한, 가스 속도, 반출량, 작동 중 사이클론 및 기타 분리 장비의 매칭 설계가 비교적 엄격합니다.유동층의 열 전달, 기포 파괴 및 채널링 측정에 대한 많은 연구도 있습니다.유동층은 가스 분배기를 막지 않도록 주의해야 하는데, 이는 매우 번거로운 일입니다. 고정 침대, 이동 침대, 부유 침대의 구분은 침대로 들어가는 환기량에 따라 결정됩니다. 환기가 증가함에 따라 고정층, 버블링층(부유층), 난류층 및 운반층이 있습니다.엄밀히 말하면 이동층은 유동층의 범주에 속합니다. 입자는 분류되어 아래쪽으로 이동하며 층 높이는 변경되지 않습니다. 예를 들어, 정유 공정의 촉매 개질 공정은 전형적인 이동층 공정입니다.응용 범위와 장단점을 보면, 유동층 기술은 물질 전달, 열 전달 및 균일성이 상대적으로 좋고, 생산 규모가 크며, 순환 유동층을 기반으로 개발된 다양한 석탄 가스화 및 연소 공정과 같이 응용 범위가 가장 넓습니다.고정층과 이동층은 질량과 열전달에 제한이 있고 규모는 작지만 장비 투자가 적습니다. 예를 들어, Lurgi의 분쇄 석탄 가스화 기술은 일반적인 고정층으로, 일반적으로 전체 공정의 연속성을 달성하기 위해 여러 개의 용광로를 교대로 생산해야 합니다.