第六章固定床反应器的工艺设计.ppt

第六章固定床反应器的工艺设计有时反应速率方程用分压而不是用浓度表示:

rvp=Aexp(-E/RT)PaαPbβ

式中，P是反应物或产物的分压，bar

rv和rvp之间的关系是:

rvp=rv(RT)α+β

式中R=0.08314m3bar/(kmolK)设计方程压降方程实例，恒温反应器设计设计方程：
Fyodx=kCHdV
由于反应涉及到体积变化，对此，必须加以考虑。

例如：
aA+bB→pP+qQ（6-12）

设A为数量有限的反应物。
开始时，
NTo=NAo+NBo(6-13)
NAo=yoNToNBo=(1-yo)NTo=(1-yo)NAo/yo(6-14)
在达到转化率分数xA后:
NT=NA+NB+NP+NQ
=NAo(1-xA)+NBo–(b/a)NAoxA+(p/a)NAoxA+(q/a)NAoxA
=NTo–NToyoxA·((a+b-p-q)/(a+b))·(a+b)/a(6-15)
令d’=(a+b-p-q)/(a+b)(6-16)
对于乙烯加氢：
1克分子乙烯十1克分子氢气→1克分子乙烷（6-18）
a=1,b=1,p=1,q=0对于乙烯加氢这个反应：设计方程变为：如反应器内径为1cm，则反应器高度将为89.1cm。一维塞流模型一维模型绝热固定床气体反应器的设计设计用于放热反应的固定床气体反应器方法2
如果所用间接换热器反应温度太高的话，则可采用第二个方法，把一种冷的反应物喷入两相邻床层之间的反应物流中，把反应物冷却到To．由于补充了一种被消耗的反应物，这种直接冷却或急冷方法又有使反应朝着所要求的方向进行的优点。方法3
第三个方法是一种老的德国分段急冷的技术，虽然目前仍在使用，但其缺点是波动很大，且难于设计。方法4
第四个方法是在反应器进料中加入一种惰性气或一种过量的反应物，其作用好象一个受热器一样，吸收大部分放出的热量，这样，对给定的转化率而言，就减小了温升。和其他方法相比，此法有一严重缺点，即为了容纳惰性气或过量的反应物，需要增大反应器的尺寸。
第四个方法派生出来的一个方法是加入一种惰性液体，它在反应器的通常压力下，其沸点接近反应温度，反应放出的热使惰性液体蒸发，这样，其所吸收的大量热量就满足了潜热的需要。在某些情况下，和采用纯气相方没相比，这种方法反应速率比较低。此方法的缺点是需要的反应器大而贵。如果没有一个方法能妥善地解决放出的热量问题，则必须考虑气体反应在下列反应器中的一种内进行：

流化床反应器；
带有一种惰性液体的气-液相反应器
非恒温非绝热固定床气体反应器绝热固定床气体反应器设计实例：甲苯加氢脱烷基反应器的设计发表的活化能数值为35.4kcal／g.mol，但得不到发表的频率固子A的数值，该数值取决于具体的催化剂,现假定A=5．73xl06，反应器入口的反应温度假定为To＝600℃十273．2＝873.2K，反应器压力可从35到70绝对大气压，假定约50绝对大气压或50bar。根据芳烃加氢的一般经验，氢与芳烃之比可假定为5.0.

氢：Cp=20.786
甲烷：Cp=0.04414T十27.87
苯：Cp=0.1067T十103.18
甲苯：Cp＝0.03535T十124.85

进入加氢脱烷基装置的混合氢气物流的纯度为90％，其余的为甲烷。每一反应物或产物的克分子数是：
甲苯：Fyo(1-x)
苯：Fyox
氢：Fyo(5-x)+0.9急冷量
甲烷：Fyo(5/9+x)+0.1急冷量

总克分子数：Fyo(1+5+5／9)+急冷量，或6.5555Fyo+急冷量

每一组分的克分子分数为：
甲苯：y1＝Fyo(1-x)／(6.5555Fyo+急冷量)＝yA
苯：y2＝Fyox／(6.5555Fy。十急冷量)
氢：y3＝(Fyo(5一x)+0.9急冷量)／(6.5555Fyo+急冷量)=yB
甲烷：y4=(Fyo(5／9+x)+0.1急冷量)／(6.5555Fyo+急冷量)

浓度项可写成：
C=N/V=Np/(NRG*T)=p/(RG*T)
因为:p=Py
所以：C=yP/(RG*T)
CA=PFyo(1-x)／(RG*T(6.5555Fyo+急冷量))
CB=P(Fyo(5-x)+0.9急冷量)／(RG*T(6.5555Fyo+急冷量))
若把这些CA和CB项代入式(6-32)，则：

rv=-dCA/dθ=kCACB0.5=Aexp(-E/RGT)(P／(RG*T(6.5555Fyo+急冷量)))1.5Fyo(1-x)(Fyo(5-x)+0.9急冷量)0.5

将上式与（6-8）合并：

dx/dz=AcAexp(-E/RGT)(P/RG*T(6.5555Fyo+急冷量))1.5(1-x)(Fyo(5-x)+0.9急冷量)0.5
现在计算每一床层(除最后床层外)末端处的