固定床反应器-PPT.ppt

第六章固定床反应器重要过程：
丙烯氧化制丙烯酸
乙炔HCl制氯乙烯
乙烯环氧化制环氧乙烷
烃类加氢
乙苯脱氢制苯乙烯
煤气化
…二、固定床反应器的种类
（1）绝热式反应器（2）对外换热式反应器传热介质选用原则：
保证催化剂床层与传热介质之间有适宜的温差。
常用传热介质的温度范围
沸腾水100-300℃
有机液态传热介质200-350℃
熔盐300-400℃
烟道气600-700℃（3）自热式反应器（4）其它形式的固定床反应器6.2固定床中的传递过程表6-1非球形颗粒的形状系数二、床层空隙率三、固定床的当量直径6.2.2床层压降（2）6.2.3固定床中的传热流体与颗粒间传热温差的计算二、固定床的有效热导率包含床层空隙和颗粒对传热的贡献，由下式计算——颗粒的辐射给热系数；当颗粒直径甚小，床层温度不是很高，以及含有液体时，空隙和颗粒的辐射传热可忽略，式（6-24）可简化为：三、床层与器壁间的给热系数h0
一维模型中，床层与器壁间传热速率为hW——壁面处对流给热系数；[例6-2]6.2.4固定床中的传质与混合6.3拟均相一维模型6.3.1等温反应器的计算
床层温度均匀一致，反应速率常数为常数，反应速度仅与浓度有关。按一维拟均相处理，设计方法与PFR相似。6.3.2单层绝热式固定床反应器
定常态操作时，与流动方向垂直的截面上温度、浓度均匀一致，且不随时间变化。体系的温度和浓度仅随流动方向的空间位置变化。
取反应器内一微元段进行物料衡算和热量衡算得：图解法步骤
（1）由式（6-60）在xA~T图中作绝热操作线；
（2）在绝热操作线上读出若干组（xAi，Ti）数据；
（3）由（xAi，Ti）数据计算（-rAi）和1/（-rAi）；
（4）作1/（-rA）~xA曲线。该曲线下方介于0~xAf之间的面积大小即
为W/FA0。
（5）床层高度（可逆反应）解：这是绝热固定床中的非恒容可逆反应，定常态操作时，采用一维拟均相模型计算。动力学方程用组分分压表示，因此，需按化学计量式找出各组分分压与着眼组分转化率的关系。
由化学计量式和进料初浓度，可知本题中A是着眼组分。物料衡算通过以上整理，得到解题的基本方程组，就可以按照图解法求得床层高度。本题采用数值积分法求解，过程如下：
（1）将微分方程组改写为差分方程组（3）计算框图
如右图所示。
（4）编制程序，上机运算
并打印结果。
本题结果为：6.3.3多层绝热式固定床反应器的计算和优化
固定床反应器的缺点之一是换热困难。对反应热较大的反应，在绝热条件下反应时，为了控制床层温度在合适范围之内，可采用多段床层，段间换热的方法。
设可逆放热反应在二段绝热固定床中反应，流程如下：一、多段绝热固定床反应器计算
采用逐段计算，每段的计算与单段绝热固定床反应器相同。
设段与段之间采用间接换热，下一段入口的转化率与上一段出口相同，但温度不同。
催化剂总量为各段催化剂量之和：式（A）对xAi求导，并令式（A）对Ti求导，并令床层出口状态的确定
作~xA曲线和=0的水平线；
求交点xopt和xi-1之间曲线和直线包围的面积；
在xopt右侧确定一点xi，使其与xopt之间包围面积与左侧相等。图解法优化设计步骤6.3.2列管式固定床反应器设计
结构与列管式换热器相似，反应气体从装填催化剂的管内流过，管间通入换热介质进行换热。反应管并联连接，只需计算其中一根管的长度和催化剂装填量。
一维拟均相模型法
由于反应器内存在换热，计算中要考虑热量传递的影响。
床层与管壁间的传热量床层与管外传热介质之间的总传热系数四阶龙格-库塔法求解步骤（4）打印计算结果。
计算结果为一组数据，由此数据可作出床层轴向温度和浓
度分布图。解：这是一个热效应很大的放热反应，为防止飞温，采用较低的进料浓度。因此，反应器内气体流动可近似按恒摩尔流处理。有关物性参数也可取空气之值。此处以h0代替U