固定床反应器设计6组.ppt

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1、固定床反应器1.定义：凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置。固体催化剂颗粒堆积起来所形成的固定床层静止不动，气体反应物自上而下流过床层，进行反应的装置称作固定床反应器。一、固定床反应器定义催化剂作用的定义与基本特征定义：催化剂是一种物质，它能够加速化学反应的速率而不改变反应的标准自由焓的变化，这种作用称为催化作用。基本特征：1、催化剂能够加快化学反应速率。2、催化剂对反应具有选择性3、催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应，而不能加速热力学上无法进行的反应。4、催化剂只能改变化学反应的速率，而不能改变化学平衡的位置。5、催化剂不改变化学平衡

2、，意味着既能加速正反应，也能同样程度加速逆反应，这样才能使其化学平衡常数保持不变催化剂的组成与功能组成：活性成分：是催化剂的主要成分，是起催化作用的根本性物质，没有活性组分，就不存在催化作用。助催化剂：本身对某一反应没有活性或活性很小但添加少量于催化剂中却能使催化剂具有所期望的活性载体：是催化活性组分的分散性黏合物或支撑体，是负载活性组分的骨架抑制剂:调低催化剂活性。催化剂性能与标志影响催化剂活性的因素1、活性：比活性、转化率、空时收率2、选择性：催化剂的选择性是指催化剂促使反应向所要求的方向进行而得到目的的产物的能力。计算式：选择性=×100％3、使用寿命：

3、是指催化剂在反应条件下具有活性的使用时间4、机械强度和稳定性生成目的的产物所消耗的原料量参加反应所消耗的原料量工业催化剂的制备：目前，工业上使用的固体催化剂的制备方法有沉淀法、浸渍法、机械混合法、离子交换法、熔融法催化剂的成型：催化剂的成型方法通常有破碎成型、挤条成型、压片成型及生产球状成品成型技术一般固定床中球型催化剂的阻力最小，不规则者甚大。制备方法新进展1.纳米技术2、气相淀积技术3、膜催化剂4、微乳化技术5、化学镀等其他方法气固相催化反应动力学基础气固相催化反应过程：外扩散内扩散吸附表面反应脱附内扩散外扩散化学吸附速率的一般表达式：活性组分，用表示表面

4、过程吸附模型朗缪尔吸附模型包括四个基本假设：1、催化剂表面各处的吸附能力是均匀地，各吸附位具有相同的能量；2、被吸附物仅形成单分子层吸附；3、吸附的分子间不发生相互作用，也不影响分子的吸附作用；4、所有吸附的机理是相同的。固定床反应器设计催化剂颗粒的直径和形状系数催化剂形状有：球形、圆柱形、片状、环状、无规则等催化剂粒径大小：球形颗粒用直径表示，非球形颗粒习惯上常用语球形颗粒做对比的相当直径表示用形状系数Φs表示其与圆球形的差异程度1.催化剂颗粒的直径和形状系数形状：催化剂颗粒，如球形、圆柱形、片状、环状、无规则等。球形颗粒：直径；非球形颗粒：相当直径。形状系

5、数：即与非球形颗粒体积相等的圆球的外表面积与非球形颗粒的外表面积之比。对于球形颗粒，；对于非球形颗粒，。形状系数说明了颗粒与圆球的差异程度。2.混合颗粒的平均直径及形状系数当催化剂床层由大小不一、形状各异的颗粒组成时，计算混合颗粒的平均粒度及形状系数。混合颗粒平均直径：算术平均直径法、调和平均直径法。算术平均直径法：调和平均直径法：注意：在固定床和流化床的流体力学计算中，用调和平均直径较为符合实验数据。结论：大小不等且形状也各异的混合颗粒，其形状系数由待测颗粒所组成的固定床压力降来计算。同一批混合颗粒，平均直径的计算方法不同，计算出来的形状系数也不同。3.床层

6、空隙率及径向流速分布空隙率的定义：催化剂床层的空隙体积与催化剂床层总体积之比。讨论空隙率的意义：催化剂床层的重要特性之一，它对流体通过床层的压力降、床层的有效导热系数及比表面积都有重大的影响。影响床层空隙率大小的因素：颗粒形状、颗粒的粒度分布、颗粒表面的粗糙度、充填方式、颗粒直径与容器直径之比等。壁效应：器壁对空隙率分布的这种影响及由此造成对流动、传热和传质的影响。一般工程上：达达8时，可不计壁效应，故工业上通常要求。3.床层空隙率及径向流速分布如果固定床与外界换热，床层非恒温，存在着径向温度分布，则床层中径向流速分布的变化比恒温时还要大；当管内数增大时，径向

7、流速分布要趋向平坦。如图所示。管式催化床内直径一般为25～40mm，而催化剂颗粒直径一般为5～8mm，即管径与催化剂颗粒直径比相当小，此时壁效应对床层中径向空隙率分布和径向流速分布及催化反应性能的影响必须考虑。孔隙率分布4、流体在固定床中流动的特性流体在固定床中的流动情况较之在空管中的流动要复杂得多。固定床中流体是在颗粒间的空隙中流动，颗粒间空隙形成的孔道是弯曲的、相互交错的，孔道数和孔道截面沿流向也在不断改变。空隙率是孔道特性的一个主要反映。在床层径向，空隙率分布的不均匀，造成流速分布的不均匀性。流速的不均匀造成物料停留时间和传热情况不均匀性，最终影响反应的

8、结果。由于固定床内流动的复杂性，至今难