气-固相催化反应工程.ppt

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1、第五章　气－固相催化反应工程第一节　概述5－1气－固相催化反应器的基本类型5－2反应器设计原则5－3催化反应器的数学模型第二节　第三节　　固定床的三传特性第四节　第五节第六节　第七节第八节　　　　　　流化床及其数学模型第九节　　　　　　催化反应过程进展各类固定床及其数学模型第一节　概述5－1气－固相催化反应器的基本类型一、绝热式固定床催化反应器二、连续换热式固定床催化反应器1，单段绝热式（适用于放热和吸热反应）5－1气－固相催化反应器的基本类型-固定床（packedbedcatalyticreactor)（fixedbedreactor)平衡

2、温度线最佳温度线xT原料气产物催化剂平衡温度线最佳温度线xT2，多段固定床绝热反应器（a）间接换热式ⅠⅣⅢⅡ2，多段固定床绝热反应器平衡温度线最佳温度线xT（b）原料气冷激式ⅠⅣⅢⅡ2，多段固定床绝热反应器(c)非原料气冷激式ⅠⅣⅢⅡ平衡温度线最佳温度线xT平衡温度线二、连续换热式固定床催化反应器（a）内冷自热式（b）外冷列管式（c）外部供热管式二、连续换热式固定床催化反应器①管径：一般为25～50mm的管子，但不小于25mm。②催化剂粒径：应小于管径的8倍，通常固定床用的粒径约为2～6mm，不小于1.5mm。③传热所用的热载体：沸水可以用于

3、100℃～300℃的温度范围。联苯与联苯醚的混合物以及以烷基萘为主的石油馏分能用于200～350℃的范围。无机熔盐(硝酸钾，硝酸钠及亚硝酸钠的混合物)可用于300～400℃的情况。对于600～700℃左右的高温反应，只能用烟道气作为热载体。列管式反应器优点：①传热较好，管内温度较易控制；②返混小、选择性较高；③只要增加管数，便可有把握地进行放大；④对于极强的放热反应，还可用同样粒度的惰性物料来稀释催化剂适用原料成本高，副产物价值低以及分离不是十分容易的情况。温度床层深度温度反应进度三套管并流式冷管催化床温度分布及操作状况轴向反应器VS径向反应

4、器VS固定床反应器优缺点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。①固定床中的传热较差；②催化剂的更换必须停产进行。流态化现象流化床反应器fluidizedreactorLLfLLfL0LLmf流体流体流体流体流体流体固定床起始流化膨胀床鼓泡床气力输送节涌流化床反应器fluidizedreactor5-3催化反应器的数学模型1，非均

5、相　拟均相2，一维模型　二维模型3，理想流动　非理想流动拟均相适用情况：1，化学动力学控制2，活性较正系数（无宏观动力学资料）一维　二维：轴向浓度差、温度差；轴径向浓度差、温度差理想流动：不考虑返混（PFR）；非理想流动：考虑返混（扩散）5-3催化反应器的数学模型维数相数返混根据相态(拟均相？非均相？），维数（一维？二维？），返混（有返混？无返混？）的不同情况，可以建立八种（　　　）不同的数学模型表5－1催化反应器数学模型分类一维模型A类：拟均相模型B类：非均相模型AI：基础模型BI：基础模型＋相间分布AII：AI+轴向返混BII：BI+轴向

6、返混二维模型AIII：AI＋径向分布BIII：BI＋径向分布AIV：AIII＋轴向返混BIV：BIII＋轴向返混