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6 气固相催化反应固定床反应器 6.1 气固相催化反应器的基本类型 （二）反应器设计基本原则 （三）反应器设计数学模型 6.3 流体在固定床内的流动特性 （一）床层空隙率?B （二）颗粒定型尺寸 （三）流体通过床层的压力降 （四）固定床内径向传递 6.4 固定床催化反应器的设计 重点：一维模型（拟均相） （A）动量衡算方程（Ergun方程） （C）热量衡算方程 （D）一维拟均相理想流动固定床反应器模型 （二）等温反应器设计 （三）单段绝热床的计算 （四）多段绝热床的计算 可逆放热反应：Tm线，优化达催化剂装量最少 三段变换工艺流程 SO2催化氧化反应器优化设计( SO2＋1/2O2=SO3) 6.5 固定床反应器模型评述 （三）二维拟均相模型 6.5.2 非均相模型 6.5.3 模型评述 ?考虑的因素越多，模型越复杂，模型参数就越多，模型参数的可靠性就越重要。 ?并非模型越复杂越好。模型复杂增加了实验、计算工作量，增加了出错的概率。 ?以简单实用为好。如返混严重，宜用带轴向返混的一维模型；径向温差大，宜用拟均相二维模型等。 ?非均相模型慎用，非不得已，不用过于复杂的模型。 第6章小结 1、气固相催化固定床反应器主要类型 2、固定床反应器内的流动特性（空隙率、床层压降、流速分布等） 3、固定床反应器数学模型类别及基本假定（一维、二维、拟均相、非均相） 4、固定床反应器设计计算 吸热反应 简单放热反应 可逆放热反应：Tm线，优化达催化剂装量最少 X T 平衡线 等速率线 0 二氧化硫氧化反应T－X图示意 优化设计宗旨：在完成一定生产任务的条件下，使用的催化剂最少 二氧化硫氧化反应特点：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 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 以四段为例间壁换热为例 常见操作类型 催化剂用量为：基于拟均相平推流模型 基于某一动力学方程，适当选取各段的入口温度；段与段之间的转化率共7个（N段为2N－1个）参数，使W最小 X1in,T1in X1out, T2in X2out T3in X3out T4in X4out 第一段 第二段 第三段 第四段 X T 0 二氧化硫氧化反应T－X图示意 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。 在T－X图上看： 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： ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 1 , , 0 1 , , 0 1 , , 0 1 4 4 2 4 4 4 4 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 2 1 4 4 3 3 2 2 1 1 = ? ? = = ? ? = = ? ? = = ? ? ò ò ò ò dx T r r T X r T X r dx T r r T X r T X r dx T r r T X r T X r dx T r r in X X in in out out in X X in in out out in X X in in out out in X X out in out in out in out in 第四段： 第三、四段之间： 第三段： 第二、三段之间： 第二段： 第一、二段之间： 第一段： 七个方程，七个未知数，可能是唯一解。 讨论：从T－X图上看： X T 0 二氧化硫氧化反应T－X图示意 6.5.1 拟均相模型 （一）一维理想模型 （二）带有轴向返混的一维模型 　　 在拟均相平推流模型上迭加一个轴向返混，与“非理想流动”中介绍的返混模型相同，但增加热扩散的考虑 讨论 1 轴向扩散的引入，可以导致温度、浓度分布趋于平缓。 2 许多不确定因素可以归结到轴向扩散中 3 轴向扩散可能会造成多重态 4 轴向扩散系数与轴向导热系数有一定的函数关系 5 经验证明，当床层厚度大于50倍颗粒直径时，轴向热质扩散（轴向返混）对出口转化率所造成的影响可以忽略不计 6 轴向扩散系数和轴向导热系数都不是物性参数。其中都包含了流体和固体颗粒双重的贡献 7 轴向扩散系数和轴向导热系数需通过实验求取或参考文献值及通过经验公式求取 ?二维：轴向和径向 ?对径向存在较大温差和浓度差的反应器，一维模型有时不能满足要求，需考虑径向的温度浓度分布。 ?与一维模型相比，考虑的因素更多，得到的结果更复杂，各有优缺点。 模型假定： 1