多相催化反应器的设计和分析ppt课件.ppt

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1、7多相催化反应器的设计与分析DesignandAnalysisofMultiphaseCatalyticReactor1固定床内的传递现象固定床反应器的数学模型绝热式固定床反应器换热式固定床反应器自热式固定床反应器参数敏感性流化床反应器实验室催化反应器7多相催化反应器的设计与分析Contents2气－固相催化反应器固定床反应器绝热式多段绝热单段绝热换热式内冷式外冷(热)流化床反应器气－固相催化反应器的基本类型3固定床反应器优缺点优点：①固定床中催化剂不易磨损；②床层内流体的流动接近于平推流，与返混式的反应器相比，可用较

2、少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。③由于停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和转化率，在大规模的化工生产中尤为重要。缺点：①固定床中的传热较差；②催化剂的更换必须停产进行。4流化床反应器的优缺点优点：①催化剂颗粒小，内扩散阻力小；②传热效果好，温度易于控制；③固体颗粒移进移出方便。缺点：催化剂可反应器磨损严重；返混严重；放大效应显著。57.7.1.固定床内的流体流动1.基本概念的介绍（1）空隙率：颗粒群堆积成的床层的疏密程度。ε=（床层体积-颗粒体积）/床层体积=颗

3、粒间空隙/床层体积影响因素：颗粒的大小、形状、粒度分布与充填方式。（2）壁效应：壁面附近床层的空隙率总是大于床层内部，较多的流体必趋向近壁处流过，使床层截面上流体分布不均匀。（3）固定床压力降：流体流过固定床时所产生的压力损失。7.1固定床内的传递现象6r/dpε010405020300.20.40.60.81.06070拉西环dt/dp=13.4圆柱dt/dp=13.4r/dpε010405020300.20.40.60.81.06070鲍尔环dt/dp=6.7/13.4dt/dp=8.85dt/dp=13.6球固定

4、床空隙率的径向分布72.小结：真实床层径向空隙率分布不均匀，在距壁面约1～2倍粒径处，空隙率最大。床层直径与颗粒直径之比越大，空隙率分布越均匀。由于空隙率分布不均匀。造成径向流速分布不同于空管。为了消除壁效应，一般，管径与粒径之比应大于8。83.压力降计算公式影响最大的因素：u0、流动阻力颗粒的粘滞曳力局部阻力97.1.2、质量和热量的轴向扩散（1）轴向质扩散的贝克莱数（2）轴向热扩散的贝克莱数（3）由轴向混合模型得出轴向返混等同于N个全混釜串联Pem=2(气体)/0.3～1(液体)对于等温固定床，N>50，可当作活

5、塞流处理；对于非等温固定床，一般N>150才能当作活塞流≈0.6（固定床）107.1.3、径向传质与传热（1）径向传热径向传热的热阻由两部分组成：床层本身和器壁上的层流边界层。床层传热方式：a.颗粒接触面的传导；b.相邻颗粒周围边界层传导；c.颗粒间辐射；d.颗粒内的传导；e.对流传热；abcde11固定床的径向传热系数的经验公式（包括径向传热和壁面传热）：球形颗粒：圆柱形颗粒：床层的传热可用径向有效导热系数er来表示，经验式较多；壁膜传热系数hw无满意关联式。12(2)、径向传质由于向上或向下运动的流体撞击到固体颗

6、粒时产生再分散和为了躲开固体颗粒而改变流体的流向所致。当Re>20时，(Per)m=dpu/Dr=10对于直径为dt的固定床层，若用N个混合釜串联来模拟其径向混合情况：N=（dt/2dp)(Per)m=5dt/dp13结论：N≠1，床层横截面上的浓度也就不可能均一，径向浓度剃度总是存在，且随着dt/dp降低，N也降低。dt/dp＜5，床层内流体极不均匀，易造成流体的短路。Lr/dp足够大，固定床轴向返混可忽略，改变dt/dp使径向浓度分布均匀很难。14轴向：等温时，若用N个等体积的全混釜来描述固定床内气体的流动状况

7、，则N等于50或更大。对工业固定床反应器，大多数Lr/dp值远大于50，故可采用活塞流模型表示等温固定床内气体的流动状况。非等温时，以Lr/dp值大于150作为准则较稳妥。径向：若用N个等体积的全混釜来描述固定床内气体的流动状况，则N不可能为1，即径向浓度梯度总是存在。减小dt/dp，则径向浓度梯度降低，但当dt/dp＜5，则床内流动极不均匀。（壁效应严重，且流体易短路）小结151.概述多物理场耦合：多相反应器涉及到传热、化学反应、流体流动，是一个温度、浓度、压力等物理场耦合的设备复杂设备。模型化：对于一个过

8、程，进行合理的简化，利用数学公式进行描述，在一定的输入条件下，预测体系输出的变化。对同一个体系，根据不同的简化和假定，可以构造不同的模型。不同的简化和假定，也决定了模型必然含有一些参数，以修正模型与实际体系的差异。根据不同的简化和假定，分为几种不同层次的模型。7.2固定床反应器的数学模型167.2固定床反应器的数学模型对于固定床反