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 6.1恒温反应器 一般的设计过程 反应速率方程, R = ηrv = ηAexp(-E/RT)CaαCbβ (6-1) 式中, R—表观反应速率，kmo1／(s m3) rv一本征反应速率 kmo1／(s m3) η一相内效率因子，无因次 C—反应物或产物的克分子浓度：kmol/m3 A—频率因子 E—活化能，kJ／kmoI； R—气体常数＝8.314kJ／(kmol．K) T—绝对温度，K 有时反应速率方程用分压而不是用浓度表示: rvp = A exp (-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 = 0.08314 m3 bar/(kmol K) 设计方程 dV = Acdz 实例，恒温反应器设计 H2C＝CH2十H2 → CH3一CH3 （6-9） 这是一个放热反应，但它可在很小的恒温反应器中进行。铜—氧化镁为催化剂，把这些催化剂装在一个内径为9.35mm、长为280mm带水夹套的黄铜制的反应器管中。由于把37.85 l／min的水循环通过夹套，因而可得到大于5.67kJ／(m2 S K)的水膜传热系数和恒定的管壁温度。在此反应器内，9—79℃范围内的各种恒定温度下进行的许多试验证明，对氢气来说，式(6-9)表示的反应是一级的。通过给定下列条件可写出反应速率方程： rv = kCH (6-10) 该系统中， η = 1 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 = yoNTo NBo = (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： 将上式积分得： V = （RTFyo/（kP））[xA + ln（（yo-1+yoxA）/（yo-1））] 现在用上式计算一个试验室反应器。 yo = 0.49 F(总进料)=2.0×10-8 kmo1／s R(气体常数)= 0.08314 m3 bar／(kmo1.K) R(气体常数)＝8.314kJ／(kmol.K) T＝67℃十273.2＝340.2K k = 5.96×106exP(一55731／RT) kmol／(s. m3) 希望：xA＝1.0 假定P＝1.0 bar， 如反应器内径为1cm，则反应器高度将为 89.1 cm。 一维塞流模型 绝热气体反应器最简单的模型是一维塞流模型, 为了适应此模型，反应器必须符合下列条件: ·反应器和周围环境不应有热交换(绝热条件)。 ·通过固定床催化剂床的流动应该是在床层内任何一点反应物流的线速度都是相同的。 ·不应