固定床反应器的压降及其对组分浓度的影响

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第9期化学世界·重玎固定床反应器的压降及其对组分浓度的影响廖质彬‘四川省内江师范专科学校)摘要奉文讨论了固定库反应器的设计计算中，用厄根方程孝意库层压降的两种简化硅理分别用于恒密度情况和变密度情况，提出了压强的变化对组分浓度的影响及其关联式实际的化工生产中，很多化学反应都是：ctpg使反应物料流过催化剂粒子床层而实现的。反应器的催化剂装量(体积或重量)是根据组『Ll50R(e9+1．751(2)分浓度、温度、反应速率方程和设计方程等联Pj、合解出的。式率：、P_盎口赴和靛面(L)灶的压强，kPaL广_床厚熏，m反应物料流

2、过粒子床时必定耍产生能量B一束层孔碱章，s—p,-pbP

3、分特为催化剂损失，该项损失客观表现为物流的压降。在一定的情况下，它可能明显地影响反应组分颗粒的固侣密度和堆密襄，kg-m的浓度。粒子床层的压降是由两部分组成的：d一颗粒直径，m一流体粘度，kP$-s①牯滞力，由反应物料流过床层孔道时，因颗u一流体的表观速度，m·$-1粒和器壁袁面牯附流体所形成的流体间的内G一流体的空塔员量速度，G=#u~kgm一2·s-1摩擦力，它与流体的流速成正比；(2)惯性力，Re-雷若数，Re：旦=是流动流体在弯曲的、大小不同的复杂孔遭内，流向和流速不断变化而形成旋涡，引起流、一进处和截

4、面(L)处的赢体密度，kg·m1体的压头损耗，它与流速的平方成正比⋯。当由上式可见引起流体压降的诸物理因流体处于滞流时，即Re≤20，前者起主要作素中，床层条件孔隙率￡和操作变量流速U用，后者可略去不计；若流体处于湍流时，这的影响最为显著另外还有一些公式计算压时Re>1000，起主要作用的则是惯性力，粘降。，主要考虑了壁效应的影响，对上式进行滞力的影响则小得多，可不予考虑。修正，并无实质上的不同。对于流一固非均相反应器从反应工程的一角度出发，关注的是此项压降对组分浓度的、压降的计算影响进而改变催化剂的装量。计算流体通过多孔粒子床层的压降关联催化剂的体积V和重量W由下式

5、联系：式，最常用的是厄根(Ergun)方程：W=(1一S)VRPs(3)=V(3)旦百f：二面．‘．‘以厄根方程式(I)和(2)计算粒子床层的压降时，随压强而变的唯一参数是流体的密fLdP+⋯1_75G1j(1)度现按两种情况处理：1．恒密虞维普资讯http://www.cqvip.com‘418。化学世界1991正假定过程流体的密度可视为不变而恒定应系统(固定床反应器的压降一般不宜超过在某个平均值故有床内压强的l5％)，此时气体的非理想性校dP‘：一正可以忽略，故有面r一p(4)DT结合厄根方程V=V。(1+f^x^)p。-·—[m。。s](14)=[+1：75G]

6、(5)q鲁·T(14，)式中：YJe、yj一进魁匍截面(L)处的组分i的牵尔分率：5](6)x一A的转化率当L一0，P=Po；L=L，P=P，式(4)积分得6A一化学反应的膨胀医子沿反应器床层厚度的压强分布为=q-K~g的交客匿-T-，P=P0一L(7)q=l+fAX^=l1_hY^。X^或P=卜fiL(8)联台式(13)和式(14)得由式(4)或式(7)可知，粒子床内的压强P=击辛-(15)随床层厚度的变化为线性关系，其斜率为(一倘若反应器于等温操作(T=T。)，反应)，截距为P。过程又无摩尔数的变化(SA=oJf^=0)，或者若床的横截面积为A(m。)，流体的压强

7、变化甚小(fAxALq≈1)，问题易于得到降至P时已通过的粒子床的体积为分析解这时VR=ALP=P(16)将其代入式(8)得一卜瑟靖(9)结台式(1)与式(1O)有里：二式(3)与式(9)结合，给出粒子床的压强一dL—_￡)．’与催化剂重量间的函数关系．1_w(10)『L盟d75G1(17)。‘I即P·dP=l一w(11)面=一。(或中式中LBo=L：—150(百1-8一)g+1=—P—A———(1-——8)～ps(12)．~75G](19)=一—旦一(1)当L=0P=Po，积分式(18)可得PA—p~LlzJo2．变密度()=一于稳态操作的反应器，流向下游任意截P=

8、(一)(20)面上的质量流率In必等于进1：3处的流率In。，即In=InD[kg·$-1]此式说明，在反应器内变密度的情况下，或pV=p。V0[kg·s](13)压强与床层厚度不存在直线关系。(V、V分别为进口址和截面(L)处的体积流率，m3-s-1)如按反应物料已通过粒子床的体积V对于压强不高或压降并不太大的变容反计算，则有维普资讯http://www.cqvip.com第9期化学世界P=(卜警)(。)而组分j的浓度Ci和分压A则是若需求算已通过催化剂重量W之后的压詈百·事·‘。【28)强，则颓关联式(3)=yiP～=(1一aw)(21)：V^。