固定床反应器与气液反应器课件.ppt

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1、第6章固定床反应器6.1概述1.定义：凡是流体通过不动的固体物料所构成的床层而进行反应的装置。2.气-固相反应类型气-固相催化反应非催化气-固相反应固定床操作原则：①为防止流体带出，气体一般由上向下通过床层；②为保证床层适宜的温度条件，床内布置各种换热元件；③为防止流动压降过大，催化剂的粒径不能过小；为减小内扩散的影响，粒径不能过大。适宜粒径为2~6mm;④为防止近壁处出现沟流，催化剂的粒径应小于管径的8倍，一般范围固定床反应器的特点：优点：①床内流体的流动接近平推流，反应效能高（较高的转化率和选择性）；②反应器的操作弹性与容积生产能力大；③催化剂

2、不易磨损；④结构比流化床简单。缺点：①催化剂颗粒较大，内表面利用率比流化床低；②由于催化剂的导热性能差，不太适用于强放热反应；③催化剂的更换必须停产，所以不适用于快失活反应。固定床反应器的类型：按换热方式：①绝热式反应器；②外热式反应器；③自热式反应器。绝热式反应器绝热式反应器结构：适用范围：热效应不大，反应温度变化范围宽的场合。如乙苯脱氢制苯乙烯，乙苯与2.6倍（质量），710℃的高温水蒸气混合后温度降至630℃，进床反应后，流出温度650℃，反应热及热量的移走由水蒸气保障。绝热式反应器的类型：单段式多段式（冷激式）绝热床设计时应考虑的问题控温与

3、传热，绝热床的高径比不宜过大，床层填充均匀，气流预分布外热式反应器列管式反应器通常管内放催化剂，管间走热载体，而用高压水或水蒸气作热载体时，催化剂放在管间，管内走热载体；管径一般为25~50mm的管子，但不宜小于25mm；粒径约为2~6mm，不小于1.5mm热载体的类型：①沸水100~300℃②联苯与联苯醚的混合物以及从石油提炼出来的以烷基萘为主的一些馏分200~350℃③无机熔盐（KNO3、NaNO3、NaNO2等）300~400℃④烟道气600~700℃列管式固定床反应器的优点：良好的传热性能。例如，对于极强放热反应可用同样粒度的惰性物料来稀释

4、催化剂。放大设计较容易，增加管数自热式反应器合成氨和甲醇固定床反应器的设计方法：逐级经验放大法数学模型法非均相与拟均相拟均相一维模型与拟均相二维模型拟均相一维模型：颗粒与流体均匀、连续，温度与浓度仅沿轴向变化，流体以平推流通过床层。6.2固定床中的传递过程6.2.1颗粒层的若干物性参数1.粒径①体积相当直径dV：与圆球粒子体积相同②面积相当直径da：与圆球粒子外表面积相同③比表面相当直径ds：与圆球粒子具有相同的比表面积比表面：球形颗粒：非球形颗粒：颗粒的形状系数（或称球形系数）S定义：aS——球形粒子的外表面积；aS——同体积非球形粒子的外表面

5、积。S﹤1各当量直径之间的换算关系：混合粒子的平均直径：①加权平均wi——直径为di颗粒的质量百分数②调和平均2.床层孔隙率A——颗粒密度（包括粒内微孔）；——床层密度或堆积密度（单位体积床层中的颗粒质量）3.固定床的当量直径de忽略颗粒之间的接触面积Se——床层比（外）表面积，m2/m3(床)∴6.2.2床层压降1.床内流速分布：平均流速um。中空的拉西环和鞍型填料的B分布均匀。1~2dP01r/Rr/R112.床层压降计算公式压降的产生：①局部阻力②摩擦阻力流体在圆管中流动的阻力损失计算式：阻力系数的计算：修正雷诺数分析：u增大，dS减

6、小，B减小，均使床层压降增加，其中尤以B的影响最为显著。颗粒不能太细，最好作成圆球形；气流速度适可而止。一般固定床压降不宜超过床内操作压力的15%。6.2.3固定床中的传热6.3绝热床反应器的设计拟均相一维模型气-固催化反应，热效应不大，反应管直径较小，气体流速较快时6.3.1单段绝热床6.3.1.1设计方程①物料衡算式：均相PFR：床内装填高度：以及②热量衡算式：（恒分子流）绝热温升6.3.1.2催化剂重量或床层高度的求取（图解积分法）：6.3.2多段绝热床工业上绝热式反应器一般不超过四层。6.3.2.1多段绝热床的设计1.设计原则目标函数：

7、牛顿-莱布尼兹公式：“对积分上项函数求导等于被积函数本身”。结论①：前一段出口处的反应速率等于后一段进口处的反应速率。结论②：各段入口操作点位于最佳温度线的低温一侧，而出口操作点位于最佳温度线的高温一侧。2.设计步骤：①xA~T图上，按进料状态定出点a（T0，x0）；②以1/i为斜率作直线ab，点b的位置应落于最佳温度线之上，平衡线之内；③过b点作T轴的平行线，交同一等r线于点c（Tc，xc）；④从点c出发按照②③的步骤重复下去到出口转化率达到要求为止，同时还应满足段数的规定。6.4外热式固定床6.4.1等温操作6.4.2对外换热式6.4.2.1

8、床内的传热问题总括给热系数h0：Leva式：床层被加热时（Tm>TW）：床层被冷却时（Tm