第七章 多相催化反應器的設計與分析

第七章多相催化反應器的設計與分析本章內(nèi)容：固定床反應器的分類固定床內(nèi)的傳遞現(xiàn)象固定床反應器的數(shù)學模型絕熱式固定床反應器換熱式固定床反應器自熱式固定床反應器參數(shù)敏感性固定床反應器的分類絕熱反應器換熱反應器自熱式徑向反應塔列管式固定床反應器單段絕熱反應器多段絕熱反應器段內(nèi)絕熱，段間換熱換熱式固定床反應器固定床內(nèi)的傳遞現(xiàn)象=顆粒間空隙體積床層體積1.固定床內(nèi)的流體流動影響因素顆粒形狀粒度分布顆粒與床層直徑比顆粒的裝填方式固定床內(nèi)的傳遞現(xiàn)象1.固定床內(nèi)的流體流動小結(jié)：真實床層徑向空隙率分布是不均勻的，在距壁面約1～2倍粒徑處，空隙率最大。－壁效應床層直徑與顆粒直徑之比越大，空隙率分布越均勻。由于空隙率分布不均勻。造成徑向流速分布不同于空管。為了消除壁效應，一般，管徑與粒徑之比應大于8。固定床內(nèi)的傳遞現(xiàn)象1.固定床內(nèi)的流體流動壓力降計算公式u0、流動阻力顆粒的粘滯曳力局部阻力回顧：空管中流動阻力固定床內(nèi)的傳遞現(xiàn)象2.質(zhì)量和熱量的軸向擴散2氣體0.3～1液體0.6回顧固定床內(nèi)的傳遞現(xiàn)象2.質(zhì)量和熱量的徑向擴散固定床反應器的徑向溫度分布粒內(nèi)傳熱粒子與流體間的傳熱床層與器壁的傳熱固定床的徑向傳熱熱阻大床層本身的導熱+床層與器壁的對流傳熱床層本身的導熱熱阻靠近內(nèi)壁的層流邊界層徑向有效導熱系數(shù)er關(guān)聯(lián)式很多壁膜傳熱系數(shù)hw無滿意關(guān)聯(lián)式床層傳熱系數(shù)ht固定床內(nèi)的傳遞現(xiàn)象2.質(zhì)量和熱量的徑向擴散徑向傳熱包括

ht的關(guān)聯(lián)式球形顆粒圓柱形顆粒2.質(zhì)量和熱量的徑向擴散固定床內(nèi)的傳遞現(xiàn)象

徑向傳質(zhì)5～13多數(shù)≈10固定床內(nèi)的傳遞現(xiàn)象軸向：

等溫時，若用N個等體積的全混釜來描述固定床內(nèi)氣體的流動狀況，則N等于50或更大。

對工業(yè)固定床反應器，大多數(shù)Lr/dp值遠大于50，故可采用活塞流模型表示等溫固定床內(nèi)氣體的流動狀況。

非等溫時，以Lr/dp值大于150作為準則較穩(wěn)妥。徑向：

若用N個等體積的全混釜來描述固定床內(nèi)氣體的流動狀況，則N不可能為1，即徑向濃度梯度總是存在。

減小dt/dp，則徑向濃度梯度降低，但當dt/dp

＜5，則床內(nèi)流動極不均勻。（壁效應嚴重，且流體易短路）小結(jié)固定床反應器的數(shù)學模型平推流的一維模型有軸向返混的一維模型有徑向混合和徑向溫差的二維模型擬均相模型1.概述非均相模型一維模型二維模型2.活塞流模型物料衡算熱量衡算動量衡算初始條件固定床反應器的數(shù)學模型3.軸向擴散模型固定床反應器的數(shù)學模型絕熱式固定床反應器1.單段產(chǎn)品原料ⅠⅡⅢTXA平衡曲線最佳溫度線T=XA絕熱式固定床反應器2.多段絕熱式固定床反應器2.多段兩式含義：1.為保證催化劑總用量最少，任何一段的出口轉(zhuǎn)化率應等于下一段進口的轉(zhuǎn)化率2.在規(guī)定的進、出口轉(zhuǎn)化率下，存在一最佳的進口溫度，使催化劑總用量最少絕熱式固定床反應器2.多段換熱式固定床反應器1.催化劑用量熱點XA最佳溫度曲線平衡曲線絕熱線2.熱點概念換熱式固定床反應器換熱式固定床反應器2.熱點概念自熱式固定床反應器1.分類逆流并流單管逆流式單管并流式逆流并流2.設計方程自熱式固定床反應器反應放熱＝反應氣升溫的熱量＋