化学反应工程_第五章__气-固相催化反应工程ppt课件.ppt

《化学反应工程_第五章__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-固相催化反应工程目录第一节固定床气-固相催化反应工程第二节固定床流体力学第三节固定床热量与质量传递过程第四节绝热式固定床催化反应器第五节连续换热内冷自热式催化反应器第六节连续换热外冷及外热管式催化反应器第七节薄床层催化反应器第一节固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型一、固定床气-固相催化反应器的基本类型1、定义：气体通过由静止的催化剂颗粒构成的床层而进行反应的装置。2、应用：炼油工业：裂解、重整、异构化、加氢精制无机化工：合成氨、硫酸生产有机化工：乙烯氧化制环氧乙烷、氯乙烯的合成乙烯水合成制乙醇。优点：①当床层不是太薄（L

2、/dp>100），流速不是太低（Re>10），流体的轴向流动可视为活塞流，因此具有PFR的特点，cA,rA,xAf②由于床层中的颗粒是静止不动的，于是cat不易磨损，这样降低cat消耗，降低了成本，提高了经济效益，尤其是对比较贵重的金属cat，更是如此。③适应性强，生产规模可大可小，操作灵活（可调），可在高压、高温下操作。3、优缺点缺点：①最大的缺点是床层的传热性能差。原因:a.床层中装有固定不动的cat，影响流体的径向流动b.由于受Δp的限制，u，传热速率c.cat颗粒多是导热性差的物质，如活性炭，硅藻土等。②为使Δp,dp=2-6mm,dp,

3、ε③cat的装卸和再生困难。3、优缺点气－固相催化反应器固定床反应器流化床反应器绝热式换热式内冷式外冷(热)多段绝热单段绝热4、反应器分类4.1按换热方式的不同可分为：绝热式、换热式1）绝热式单段：由反应物到产物一次完成。图5-1适用于热效应小，单程转化率低，s对T不敏感的反应。多段：反应换热反应换热......即由反应物到产物多次完成。图5-2它可分为间接换热式直接换热式（冷激式）原料气冷激非原料气冷激4、反应器分类平衡温度线最佳温度线xT单段绝热式多段固定床绝热反应器（a）间接换热式平衡温度线最佳温度线xTⅠⅣⅢⅡ原料产品（b）原料气冷激式平

4、衡温度线最佳温度线xTⅠⅣⅡ产品原料ⅣⅡ产品原料ⅠⅢ多段固定床绝热反应器(c)非原料气冷激式平衡温度线最佳温度线xT平衡温度线ⅠⅣⅢⅡ原料产品冷激剂多段固定床绝热反应器这类反应器类型很多，常用的型式是列管式图5-6，套管式图5-7。◆按换热介质不同可分为：※自身换热：以原料气为换热介质，自身换热，主要用于热效应不太大的高压反应，如合成氨和合成甲醇等。※对外换热式：由热载体移出热量，按热载体的循环方式可分为：沸腾式、内循环式、外循环式。2）换热式外冷管式催化床天然气制甲醇合成工段铜基催化剂①管径：一般为25～50mm的管子，但不小于25mm。②催化

5、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、加压热水可以用于200～250℃的温度范围，副产中压蒸汽。挥发性低的有机载热体如矿物油、联苯—联苯醚的混合物以及以烷基萘为主的石油馏分能用于250～350℃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。外冷管式催化床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

6、来稀释催化剂。适用于原料成本高，副产物价值低以及分离不是十分容易的情况。列管式反应器优点：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1)轴向固定床，用的最多，不特殊说明，均指轴向床。缺点：u，Δp2)径向固定床。图5-9。流道短，流速低，压降小。径向床设计要求较高，合理设计流道使各个横截面上的气体流量均等。3)轴径向固定床。图5-124.2按流体流动方向（反应气体的流动方向）分类VS轴向反应器VS径向反应器径向二段冷激氨合成塔二、固定床催化反应器的数学模型1、定义：它是用数学方程式表示实际过程中各个参数的关系，用电子计算机进

7、行设计放大的方法。2、建立数学模型的步骤对过程进行解析（研究它的微观动力学，传递过程规律，了解过程特点）对过程进行合理简化（实际过程很复杂，很难将所有影响因素完全用数字方程式表达出来，于是要抓住实质，进行简化）→予以数学表达，建立数学模型设计、放大→检验、修正→实际使用的模型。计算机3、模型法的特点：准确可靠（由于它是在对动力学规律及传递过程规律充分了解的基础上建立的），因次可以高倍数放大，它可以进行设计放大，也可以对现有的设备进行校核，实现最佳控制。二、固定床催化反应器的数学模型4、几个基本概念：非均相模型：颗粒内部和相间的传热、传质计入模型。

8、拟均相模型：化学动力学控制，不考虑颗粒内部及相间传递。一维模型：，只考虑轴向变化。二维模型：二、固定床催化反应器的数学模型·一维模型A类