化学反应工程(第三版)陈甘棠主编_第六章_固定床反应器

《化学反应工程(第三版)陈甘棠主编_第六章_固定床反应器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第六章固定床反应器重要过程：丙烯氧化制丙烯酸乙炔HCl制氯乙烯乙烯环氧化制环氧乙烷烃类加氢乙苯脱氢制苯乙烯煤气化…结构简单高空速很少催化剂损耗很小气固返混较长的扩散时间及距离高床层压降床内取热供热困难催化剂取出更新困难催化剂颗粒大，效率低一、固定床反应器的特点6.1概述流体通过固定的固体物料所形成的床层。二、固定床反应器的种类（1）绝热式反应器图6-3多段绝热床反应器图6-1绝热床反应器间接换热式冷激式（2）对外换热式反应器特点：单位床层体积具有的传热面积大，传热性能良好；反应器放大设计可靠性高。图6-4对外换热式反应器传热介质选用

2、原则：保证催化剂床层与传热介质之间有适宜的温差。常用传热介质的温度范围沸腾水100-300℃有机液态传热介质200-350℃熔盐300-400℃烟道气600-700℃（3）自热式反应器空气燃烧二段转化炉一段转化气甲烷化炉CO+3H2CH4+H2OCO2+4H2CH4+2H2O2H2+O22H2OCO+O2CO2CH4+H2OCO+3H2（4）其它形式的固定床反应器图6-6径向流反应器已成功应用于合成氨反应器。特点是：压降小，可采用较细颗粒的催化剂，从而提高催化剂的有效系数。6.2固定床中的传递过程6.2.1粒子直径和床层空隙率一、颗

3、粒直径的表示方法（1）表示方法（i）体积相当直径（ii）面积相当直径（iii）比表面相当直径式中，SV=ap/Vp，称为颗粒的比表面。（2）不同当量粒径的关系式中，，称为颗粒的形状系数（）。表6-1非球形颗粒的形状系数（3）混合粒子的平均直径式中，xi是直径为di粒子在全部粒子中所占的质量分数，可采用标准筛进行筛分分析得到。标准筛的规格见表6-2。二、床层空隙率单位体积床层中,颗粒之间的空隙所占的体积分率。式中——床层堆积密度；——颗粒视密度。注意：颗粒视密度与真密度之间的区别。讨论：（1）床层空隙率与颗粒形状和尺寸的关系。（2）壁

4、效应及流体均布。图6-9填充床的空隙率三、固定床的当量直径（1）床层比表面（2）床层当量直径式中，RH——水力半径。式中，np——单位体积床层中颗粒的个数。6.2.2床层压降床层压降是固定床反应器设计的重要参数，要求床层压降不超过床内压力的15%。床层压降的计算（1）式中um——空床流速；L——床层高度；ρ、μ——流体的密度和粘度。ReM<10，层流，上式中右边第二项可忽略；ReM>1000，湍流，上式中右边第一项可忽略。（2）式中，dp——体积相当直径；——质量流速。fm和n可由图6-11查取。图6-11固定床的摩擦系数6.2.3

5、固定床中的传热床层的传热性能直接决定了床内的温度分布，从而对反应速率和产物的组成分布都具有十分重要的影响。传热方式：导热、对流传热、热辐射。传热途径：粒内传热、颗粒与流体间传热、床层与器壁间传热。一、颗粒与流体间传热系数（6-16）传热因子适用范围注意：目前，计算传热系数的经验公式有很多，可从有关文献或工具书中查取。应用时要注意公式规定的特性尺寸、特性温度和适用范围。流体与颗粒间传热温差的计算热量平衡式中，——单位重量催化剂的外表面积；——床层比表面积Se的校正系数。上式可整理成其中，传热数普朗特数图6-12固定床中流体与颗粒外表面

6、的温差图6-12是上式的关联图，查图可求得不同条件下的Δt。二、固定床的有效热导率λe是针对拟均相模型提出的综合性传热参数，一般是指λer。λe值与颗粒与流体之间对流传热，颗粒及流体本身的导热，床层的辐射传热等多种传热作用有关。它不是物性参数，而是流体和固体颗粒特性以及流动状态的函数。（6-23）式中，λ——气体的热导率；——流体静止时床层的热导率；α——径向与轴向传质速率之比；β——颗粒间距与粒径比的影响。值可由图6-14查取。粒径/管径图6-14包含床层空隙和颗粒对传热的贡献，由下式计算（6-24）式中，——分别表示颗粒与流体的

7、热导率；——粒子表面的热辐射率；——床层的平均温度，K；——空隙的辐射给热系数；（6-25）——颗粒的辐射给热系数；（6-26）——颗粒接触点处流体薄膜对导热的影响。（6-27）图6-15可由图6-15查取。当颗粒直径甚小，床层温度不是很高，以及含有液体时，空隙和颗粒的辐射传热可忽略，式（6-24）可简化为：（6-28）三、床层与器壁间的给热系数h0一维模型中，床层与器壁间传热速率为h0可由经验公式计算（6-32）（6-31）式中，y——无量纲数b——无量纲数（适用范围：y>0.2）hW——壁面处对流给热系数；适用范围：——是b的函

8、数，由图6-16查取。图6-16（6-40）[例6-2]解：（1）6.2.4固定床中的传质与混合颗粒与流体间的传质系数单位体积（或质量）催化剂上着眼组分A的传质速率式中，a——单位体积（或质量）催化剂作基准的传质表面积；——以浓度或分