化學反應器設計操作與控制二組

化學反應器設計操作與控制二組第1頁/共20頁催化劑的物理性狀比表面積指每克催化劑的表面積，記為，單位為m2/g。空隙率指催化劑床層的空隙體積與催化劑床層總體積之比，用ε表示。表觀密度又稱假密度或顆粒密度，即包括催化劑顆粒中的孔隙容積時，該顆粒的密度，記為，單位為g/cm3。堆積密度又稱填充密度，是對催化反應床層而言。即當催化劑自由地填入反應器中時，包括床層中的自由空間，每單位體積反應器中催化劑的質量。記為，單位可用g/cm3、g/l或kg/m3表示。第2頁/共20頁固定床特性體積相當直徑dV：用體積相同的球形顆粒的直徑表示非球形顆粒的直徑。

球粒：

非球粒：VP

VP=VS

第3頁/共20頁面積當量直徑da：用面積相同的球形顆粒的直徑表示非球形顆粒的直徑。

球粒：

非球粒：AP

AS=AP

第4頁/共20頁比表面相當直徑dS：用比面積相同的球形顆粒的直徑表示非球形顆粒的直徑。比表面積Sg:m2/m3:單位體積的催化劑所具有的表面積。m2/g:單位質量的催化劑所具有的表面積。

球粒：非球形顆粒：

=第5頁/共20頁形狀系數(shù)：用體積相同的球形顆粒的外表面積比上非球形顆粒的外表面積。

第6頁/共20頁三種直徑的關系：

dS=

dV=第7頁/共20頁平均直徑算術平均直徑：調和平均直徑：幾何平均直徑：第8頁/共20頁固定床當量直徑de

de=4RH=4

式中：dS:比表面當量直徑

第9頁/共20頁固定床反應器中流體流動特性

流體在固定床中的流動的復雜性在床層徑向，流速分布不均勻，滯流、過渡流、湍流同時存在徑向、軸向返混同時存在。固定床流體流動模型流體流動由兩部分合成：一部分為流體以平均流速沿軸向作理想置換式流動；另一部分為流體的徑向和軸向的混和擴散。使氣體分布均勻的辦法

a.使催化劑各部位阻力相等。

b.采用氣體分布器。如分布錐、分配頭、設柵板等。

c.附加導流裝置。第10頁/共20頁流體通過固定床的壓力降壓降產生原因：摩擦阻力ΔP1：由于流體顆粒表面之間的摩擦產生。局部阻力ΔP2：流體在孔道內的收縮、擴大及再分布所引起的。

第11頁/共20頁壓降的計算

ΔP=ΔP1+ΔP2

=

Pa

式中混合物的粘度

kg/m.s第12頁/共20頁簡化式：當時：ΔP=ΔP1當ReM>103時：ΔP=ΔP2設計要求：ΔP≤15%工業(yè)上降低壓力降的辦法：↑ε、↓L0、↓uOG、↑dS等第13頁/共20頁固定床反應器內的傳質與傳熱

第14頁/共20頁固定床反應器內的傳質傳質過程：外擴散、內擴散催化反應的總速度考慮內擴散和動力學后的總速度才是實際催化反速度η=0.01~1η=1動力學控制η<1內擴散控制

催化劑的有效系數(shù)η第15頁/共20頁傳熱過程傳熱過程分析：以放熱反應為例反應熱從催化劑的內表面向外表面?zhèn)鬟f。反應熱從催化劑的外表面向氣相主體傳遞。反應熱少部分由反應后的物料沿軸向帶走，大部分沿徑向通過催化劑和流體構成的床層傳到器壁，再由熱載體帶走第16頁/共20頁床層對壁總給熱系數(shù)αt的計算：w/m2.℃dQ=αt(Tm-Tw)dA=αtdt(Tm-Tw)dl式中：αt

：由為利瓦提出第