化学反应工程第三版课件教学课件 作者 陈甘棠 主编第六章 固定床反应器.ppt

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1、拟均相一维模型3概述1第6章　固定床反应器滴流床反应器5拟均相二维模型4固定床中的传递过程26.1概述6.1概述6.1概述6.1概述6.2固定床中的传递过程12粒子直径和床层空隙率床层压降34固定床中的传热固定床中的传质与混合设粒子的体积为，则体积相当直径（有时直接写作）为面积相当直径：比表面相当直径：6.2.1粒子直径和床层空隙率各不同表示的当量粒径之间的关系如下：对于大小不等的混合粒子，其平均直径可用筛分分析数据按下式求出：6.2.1粒子直径和床层空隙率单位床层中颗粒外表面积（床层比表面）为：6.2.1粒子直径和床层空隙率可仿照流体在空管中的压降公式而导出固定床中压降

2、表示式如下:式中摩擦系数与修正的雷诺数的关系由试验求得如下：另一个比较可靠的计算式：6.2.2床层压降6.2.2床层压降对于高压流体，则应作为可压缩流体而用下式来计算1、2两点间的压差：例6-1在内径为50mm的列管内装有4m高的熔铁催化剂层，其粒度情况见下表，形状系数。在反应条件下气体的物性：，，若气体以的质量速率通过，求床层压降。6.2.2床层压降解平均粒径：由图6-9估得令故代入式（6-11）时等号右侧第一项可以略去，因故6.2.2床层压降6.2.3固定床中的传热6.2.3固定床中的传热（１）颗粒与流体间的传热系数据称此式可统一适用于固定床及流化床，其范围为式中反应

3、速率及反应热分别为（以单位重量催化剂为基准）及，则根据热量平衡，有6.2.3固定床中的传热（２）固定床的有效热导率6.2.3固定床中的传热之值则用下式计算：6.2.3固定床中的传热式（6-24）中，代表颗粒接触点处流体薄膜的导热影响，它可由图6-15及下式求得：6.2.3固定床中的传热及分别为空隙及颗粒的辐射给热系数，可按下式计算轴向的床层有效热导率则另有下列二式可供计算之用：或6.2.3固定床中的传热（３）床层与器壁间的给热系数及在一维模型中，给热速度式以床层平均温度与壁温之差来定义，即6.2.3固定床中的传热6.2.3固定床中的传热在二维模型中，以靠近壁处流体温度与壁

4、温之差来定义，即6.2.3固定床中的传热是流体静止时管壁的给热系数，按下式计算：计算的另一较简便的式子是此式适用范围为：例6-2在内径10cm的圆管内置有直径为4.0mm的球形颗粒，已知床层的平均空隙率，平均温度120℃，，辐射率，，求在下，（１）床层的有效热导率；（２）管壁给热系数；（３）床层总高为4m时的总括给热系数。6.2.3固定床中的传热解（１）由式(6-25)因故由图6-15查得由式（6-27）：又6.2.3固定床中的传热6.2.3固定床中的传热故由式（6-24）：因故由图6-14查得由式（6-27）故（２）由图6-15查得在时的故由式（6-39）代入式（6-3

5、8）故又由式（6-37）：代入式（6-36）故6.2.3固定床中的传热（３）由式（6-33）由图6-16查得又由式（6-34）故可用式（6-32）故6.2.3固定床中的传热（１）颗粒与流体间的传质传质系数常通过一个无量纲的传质因子来关联，因子的定义如下：献中曾提出过种种与的关系式，如6.2.4固定床中的传质与混合另一个被认为比较准确的关系式是：对气体：对液体在范围内式（6-42）的适用范围是利用的关系也可计算出在化学反应时气流中与催化剂颗粒表面上的分压差。这时反应的速率应与扩散速度相等，故6.2.4固定床中的传质与混合如反应式写成一般的形式：当等分子逆向扩散时，则或以摩尔

6、分数来表示，则为对床层微元高度作反应物的物料平衡便有：6.2.4固定床中的传质与混合6.2.4固定床中的传质与混合对床层高度进行积分可求得出口及入口反应物的摩尔分率y2与y1的关系为（２）固定床中流体的混合扩散6.2.4固定床中的传质与混合6.3拟均相一维模型12等温反应器的计算单层绝热床的计算3多层绝热床的计算6.3拟均相一维模型45多层床的最优化问题自己换热式反应器的设计方法6热稳定性和参数敏感性以反应组分Ａ作为着眼组分时，则有如进口处，则积分后得有时物料衡算式也写成如下的形式：于是床层的高度L为：6.3.1等温反应器的计算对于单层的绝热床，除物料衡算式（6-55）或

7、式（6-57）外，还常列出一热量衡算式如下：如在床层的１、２两处的截面间积分，则得如以质量速度G及平均比热容表示，则可写成积分后得将式（6-60）或式（6-61）与式（6-57）联解，即可求得床层高度。6.3.2单层绝热床的计算例6-3用中间间接冷却的两级绝热床进行二氧化硫的氧化反应所用催化剂为载于硅胶上的，其反应动力学方程如下：式中，T为温度，Ｋ；R为气体常数，；为一级反应速率常数，;为二级反应速率常数，。进料的分子组成为：6.3.2单层绝热床的计算。总压：第一级进气温度370℃；第一级出气温度560℃，第二级进气温度370