绝热式固定床催化反应器课件.ppt

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1、5.3绝热式固定床催化反应器5.3.1单段绝热催化床1)图解积分法(1）已知条件：(2)求解分析如果被积函数简单，则可直接积分；若复杂则采用图解积分。yA2yA1(3)图解法求VR的步骤B、求标准接触时间yAyA1yA2yA3yA4yA5yByB1yB2yB3yB4yB5YCyC1yC2yC3yC4yC5yDyD1yD2yD3yD4yD5……yA1yA52）Runge-Kutta法3）温度分布微分式对绝热床层中的微元床层作单位时间内的热量衡算时，其衡算式为：最佳温度线平衡温度线TT01T02T034

2、）单段床层体积与进口温度T0的关系x（1）选择不同进口温度，可得到若干条斜率相同的操作线。都可以达到规定转化率，满足工艺要求。但进口状态不同，所需反应器的体积不同。（2)当T0=T03时，XAf=XAe，此时，rAf趋近于0，VR趋近于无穷大，存在一个最佳进口温度。（3）比较法确定：选择不同进口温度求反应器体积，当VR为最小时，对应进口温度为最佳值。（4）从理论上说，当进口温度满足下列条件式时为最佳值。5.3.2多段绝热式催化反应器1）采用多段的原因（1)单段适用的场合A、转化率变化不大的反应过程B

3、、转化率变化较大，但相应绝热温升较小，绝热操作线斜率较大，只要一段床层就可达到反应的目的过程。平衡温度线xT（2）单段操作的缺点：偏离最佳温度曲线远，反应器体积大。ⅠⅣⅢⅡ平衡温度线最佳温度线xT平衡温度线最佳温度线xT2）最佳分配（1）不确定因素A、段数mB、各段进出口温度T，转化率X（2）影响A、段数越少，偏离最佳温度曲线越远，体积越大，而且少到一定程度有可能达不到规定的出口转化率。B、在指定段数下，各段进出口温度T，转化率X选取不同值，反应器体积不同，有可能出现达不到规定出口转化率的情况，即使

4、出口转化率达到要求，也不能保证反应器体积最小。（3）处理方法A、段数m，太多设备复杂，一般3-5段。B、在选定段数下，各段进出口温度T，转化率X决定反应器体积的大小。存在最佳分配问题，而且与反应器的具体形式有关。3）多段间接换热式各段始末温度和转化率的最佳分配（1）催化床出口温度不受耐热温度限制A、独立变量数平衡温度线最佳温度线xTB、条件式条件式的原始形式：C、第一类条件式：物理意义：前一段出口反应速率的绝对值，应该等于后一段进口处反应速率的绝对值。条件式中负号的意义：平衡温度线最佳温度线xT作用

5、：确定各段之间的间接换热过程D、第二类条件式：物理意义：各段接触时间对进口温度的偏导数为零。平衡温度线最佳温度线xTxixmXi1=Xi-1作用：利用进口状态点来确定出口状态点平衡温度线最佳温度线xAfTE、最佳分配的方法a、第一段进口温度T1不确定：假定T1，做绝热操作线，根据第二类条件式确定第一段出口状态点B,再根据第一类条件式确定第二段进口状态点C,依次类推做m段绝热操作线，若XAm≥XAf，说明T1假设正确，若XAm＜XAf，重新假设T1（减小T1）,重做，直到T1＜T起始活性温度，转化率仍

6、不能满足要求，则m段不够。T1BC平衡温度线最佳温度线xAfTb、第一段进口温度T1为固定值：假定第一段出口转化率X1，根据第一类条件式确定第二段进口状态点C,再根据第二类条件式确定第二段出口状态点D,依次类推做m段绝热操作线，若XAm≥XAf，说明X1假设正确，若XAm＜XAf，重新假设X1（提高X1),重做，若转化率仍不能满足要求，则m段不够。T1BCD思考题1）请说明多段间接换热式固定床气一固相催化反器，优化的第一类条件式的数学表达式及物理意义。2）请说明多段间接换热式固定床气一固相催化反器，

7、优化的第二类条件式的数学表达式及物理意义。3）硫酸生产中，二氧化硫的转化采用4段间接换热式固定床气一固相催化反器，原料气进转化器的温度为400℃，催化剂活性温度范围390-600℃，要求二氧化硫的最终转化率为99%，试设计各段始末温度和转化率的最佳分配方案。（2）催化床出口温度受耐热温度限制A、各段出口温度都受耐热温度限制平衡温度线最佳温度线xTB平衡温度线最佳温度线xTATmaxD独立变量数条件式原形：最佳分配的条件式分析条件式的解析分析最佳分配方法：利用条件式求出第一段的出口转化率X1，确定第一

8、段出口状态点B，过B点做绝热操作线与T轴交于A点，即为第一段进口状态点A,依次类推做m段绝热操作线，若XAm≥XAf，则分配结束，若XAm＜XAf，则m段不够，需要增加段数。C平衡温度线最佳温度线xTBATmaxD平衡温度线最佳温度线xTB、部分段出口温度都受耐热温度限制若共n段，前n1段受限制，后n-n1段不受限制。最佳分配时，前n1段按受限制的条件式分配，后n-n1段按不受限制的条件式分配。Tmax平衡温度线最佳温度线xT（3）给定段数，能否达到出口转化率的预估在