气固相催化固定床反应器ppt课件.ppt

第六章基本问题
温度、浓度分布，气相压降，转化率及催化剂用量
选择固定床反应器的原则－－什么反应需要用固定床反应器？
气固相催化反应首选－－非常普遍
如，合成氨、硫酸、合成甲醇、环氧乙烷乙二醇、苯酐及炼油厂中的铂重整等。流体在固定床反应器内的传递特性床层空隙率εB：单位体积床层内的空隙体积（没有被催化剂占据的体积，不含催化剂颗粒内的体积）。

若不考虑壁效应，装填有均匀颗粒的床层，其空隙率与颗粒大小无关。壁效应：靠近壁面处的空隙率比其它部位大。
为减少壁效应的影响，要求床层直径至少要大于颗粒直径的8倍以上。颗粒的定型尺寸－－最能代表颗粒性质的尺寸为颗粒的当量直径。对于非球形颗粒，可将其折合成球形颗粒，以当量直径表示。方法有三，体积、外表面积、比表面积。
体积：(非球形颗粒折合成同体积的球形颗粒应当具有的直径）

外表面积：(非球形颗粒折合成相同外表面积的球形颗粒应当具有的直径）
比表面积：(非球形颗粒折合成相同比表面积的球形颗粒应当具有的直径）

混合粒子的平均直径：（各不同粒径的粒子直径的加权平均）气体流动通过催化剂床层，将产生压降。
压降计算通常利用厄根（Ergun）方程：可用来计算床层压力分布。
如果压降不大，在床层各处物性变化不大，可视为常数，压降将呈线性分布（大多数情况）。例6.1在内径为50mm的管内装有4m高的催化剂层，催化剂的粒径分布如表所示。

催化剂为球体，空隙率εB=0.44。在反应条件下气体的密度ρg=2.46kg.m-3，粘度μg=2.3×10-5kg.m-1s-1，气体的质量流速G=6.2kg.m-2s-1。求床层的压降。解：①求颗粒的平均直径。

②计算修正雷诺数。

③计算床层压降。固定床催化反应器的设计1415操作方式：
绝热、换热两种；操作方式的不同，反应器的结构就不同。
操作方式由反应的热效应和操作范围的宽窄及反应的经济效益等决定。
从反应器的设计、制造及操作考虑，绝热型比较简单。
从设计上讲，基本方程是一样的。设计固定床反应器的要求：
1生产强度尽量大
2气体通过床层阻力小
3床层温度分布合理
4运行可靠，检修方便
计算包括三种情况：
1设计新反应器的工艺尺寸
2对现有反应器，校核工艺指标
3对现有反应器，改进工艺指标，达到最大生产强度。模型化对于固定床反应器，一般有以下模型：
一维拟均相平推流模型
一维拟均相带有轴向返混的模型
二维拟均相模型
二维非均相模型
二维非均相带有颗粒内梯度的模型
…………一维：参数只随轴向位置而变。
二维：参数随轴向和径向位置而变。
拟均相：流相和固相结合，视为同一相。
非均相：流相和固相分别考虑。
平推流：不考虑轴向返混。
带有轴向返混的模型：在平推流模型的基础上叠加了轴向返混。一维拟均相平推流模型整理得：

对照平推流反应器模型
二者相同热量衡算：（仍然是那块体积）
输入热量－输出热量+反应热效应
=与外界的热交换+积累
输入：GcpTG质量流量,cp恒压热容
输出：Gcp(T+dT)
反应热效应：(-RA)(1-εB)(-ΔH)Aidl
热交换：U(T-Tr)πdidldi反应器直径
积累：0
U:气流与冷却介质之间的换热系数
Tr：环境温度将各式代入，得

动量衡算：仍然是Ergun方程将三个方程联立：

边界条件：L=0,p=p0,xA=xA0,T=T0需要注意的问题典型模拟结果两种特殊情况：
1等温：反应热效应不大，管径较小，传热很好时，可近似按等温计算。
等温时，

2绝热：若绝热，则T=Tr，或者认为U=0。
此时，将物料衡算式与热量衡算式合并，可得：

λ：绝热温升，如果在一定范围内视物性为常数，λ将不随x及T变化。则：
T－T0=λ(x－x0)温度与转化率形成一一对应关系，中，

温度可以由T=T0+λ(x－x0)代替。30可逆放热反应绝热反应器的最优化（以SO2＋1/2O2=SO3为例）二氧化硫氧化反应－－气固相催化反应，用于硫酸生产，可逆，强放热，绝大多数生产过程采用多段绝热操作。
最优化目的：在完成一定生产任务的条件下，使用的催化剂最少。
已知条件：第一段入口和最后一段出口转化率；第一段入口反应物浓度，各物性参数；段与段间采用间接冷却。
可以改变的参数：各段的入口温度；段与段之间的转化率。以四段为例：斜线为段内操作线，斜率为1/λ。
水平线表示段间为间接冷却，只是温度降低，转化率不变。调用最优化程序，就可以求得W最小值？
可以，但很困难。
进一步数学处理：
在任意一段内，当xin及xout确定之后，应选取适当的进口温度Tin，使催化剂量最小。在任意相邻两段间：汇总：七个方程，七个未知数，可能是唯一解。
讨论：从T－x图上看：例6-3(1)任务书在管式反应器中进行的邻二甲苯催化氧化制