第五章固定床气-固相催化反应工程ppt课件.ppt

《第五章固定床气-固相催化反应工程ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章固定床气-固相催化反应工程5.1固定床气－固相催化反应器的基本类型和数学模型5.2固定床流体力学5.3绝热式固定床催化反应器5.4连续换热内冷自热式催化反应器5.5催化反应过程进展气——反应物和产物为气相固——固体催化剂炼油工业中的催化重整，异构化，基本化学工业中的氨合成、天然气转化，石油化工中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙苯脱氢制苯乙烯等等。气-固相催化反应是化学工业中应用最广、规模最大的反应过程。据统计，按产品吨位计约90%的化工产品是通过气固相反应过程生产的。2SO2+O2=2SO35.1固定床气－固相催化反应器的基本类型和数学模型气－固相催化反应器固定床反应器流化床反应器绝

2、热式换热式内冷式外冷(热)多段绝热单段绝热5.1.1　气－固相催化反应器的基本类型换热方式颗粒状态5.1.1.1固定床反应器定义：凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层，进行反应的装置都称作固定床反应器。非催化的气—固相反应：如水煤气的生产，氮与电石反应生成石灰氮(CaCN2)以及许多矿物的焙烧等，也都采用固定床反应器。气-固相催化反应：氨合成、天然气转化，石油化工中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙苯脱氢制苯乙烯等等。用途固定床反应器优点：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

3、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，在大规模生产中尤为重要。固定床反应器缺点：①固定床中的传热较差；②催化剂的更换必须停产进行；1)绝热式催化反应器(1）定义：反应过程为绝热进行，反应热使气体和床层温度升高，逐渐接近最佳温度曲线。遇到的问题：为什么要采用绝热操作？反应器如何实现绝热操作？(2）可逆放热的气-固相催化反应过程平衡温度线最佳温度线xT分析A、平衡曲线：X-Te线表示在一定的温度、压力和组成下，可以达到的平衡转化率X，即最大转化率。初始组成Yi0一定，压力P一定，平衡曲线就一定。反之改变Yi0，P，平衡曲线就改变。平衡曲线的作法：定义

4、特性B、最佳温度曲线：X-Tm线定义：将在不同转化率XA下使反应速率rA达到最大时温度连成曲线，即是最佳温度曲线。a、通过实验测定b、化学动力学控制时，用公式计算最佳温度曲线的作法：平衡温度线最佳温度线xT0.00.600.80r(x,T)最佳温度曲线特性：反应器进口：转化率低，要求的操作温度高。反应器出口：转化率高，要求的操作温度低。实际反应过程分析A、实际反应器进口物料转化率，对应的最佳温度高。B、实际反应器进口物料温度一般较低，略大于或等于环境温度。C、将实际反应器物料较低的进口温度，加热到较高的最佳温度，需要大量换热面积和热能。D、对耐热温度较低的催化剂，有可能出现进口处的

5、最佳温度大于耐热温度。绝热反应的使用——单段绝热催化反应器；多段绝热催化反应器；连续换热式催化反应器的进口段。换热器1换热器2转化器40℃400℃<<700℃解决办法采用绝热反应器。A、气体在催化剂活性温度以上进入反应器，其后进行绝热反应，利用放热使气体（床层）升温。B、边反应边升温，逐步接近最佳温度曲线。(3）单段绝热式催化反应器平衡温度线最佳温度线xT原料气产物催化剂带入的热焓流出的热焓反应热传向环境的热量＝﹢﹢A、绝热过程的热量衡算带入的热焓流出的热焓反应热＝﹢B、单段适用的场合a、转化率变化不大的反应过程b、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

6、层就可达到反应的目的过程。平衡温度线最佳温度线xT(4）多段绝热式催化反应器绝热反应——换热——绝热反应——换热分类间接换热式冷激式间接换热式+冷激式外部间接换热式内部间接换热式原料气冷激式非原料气冷激式按换热方式ⅠⅣⅢⅡ平衡温度线最佳温度线xTA、间接换热式a、内部间接换热式b、外部间接换热式特点：a、由于Yi0，P不变，则x-Te，x-Tm曲线不变，各段共用。b、冷却过程无反应，但温度变化，故各段冷却线相互平行，且平行于T轴。c、虽然反应过程中转化率变化，但原料气的初始组成不变，各段的操作线斜率相同，相互平行。平衡温度线最佳温度线xTB、原料气冷激式ⅠⅣⅢⅡ平衡温度线最佳温度线

7、xT特点：a、由于Yi0，P不变，则x-Te，x-Tm曲线不变，各段共用。b、冷却过程虽然无反应，但反应后的气体与冷原料气混合，温度降低的同时，转化率也降低，故各段冷却线相互不平行，也不平行于T轴。c、虽然反应过程中转化率变化，但原料气的初始组成不变，各段的操作线斜率相同，相互平行。平衡温度线最佳温度线xTC、非原料气冷激式ⅠⅣⅢⅡ平衡温度线最佳温度线xT平衡温度线平衡温度线最佳温度线xT平衡温度线a、由于非原料气加入，使得Yi0逐段降低，导致Te上升，则x-Te，x