第七章多相催化反应器的设计与.ppt

第七章 多相催化反应器的设计与分析 固定床反应器的分类 绝热反应器 换热反应器 自热式 径向反应塔 固定床内的传递现象 固定床内的传递现象 固定床内的传递现象 固定床内的传递现象 固定床内的传递现象 * * 本章内容： ? 固定床反应器的分类 ? 固定床内的传递现象 ? 固定床反应器的数学模型 ? 绝热式固定床反应器 ? 换热式固定床反应器 ? 自热式固定床反应器 ? 参数敏感性 列管式固定床反应器 单段绝热反应器 多段绝热反应器 ? ? ? 段内绝热，段间换热 ? 换热式固定床反应器 ? ?= 颗粒间空隙体积 床层体积 1. 固定床内的流体流动 影响因素 颗粒形状 粒度分布 颗粒与床层直径比 颗粒的装填方式 1. 固定床内的流体流动 小结： ? 真实床层径向空隙率分布是不均匀的，在距壁面约1～2倍粒径处，空隙率最大。－壁效应 ? 床层直径与颗粒直径之比越大，空隙率分布越均匀。 ? 由于空隙率分布不均匀。造成径向流速分布不同于空管。 ? 为了消除壁效应，一般，管径与粒径之比应大于8。 1. 固定床内的流体流动 压力降计算公式 u0、? 流动阻力 颗粒的粘滞曳力 局部阻力 回顾：空管中流动阻力 2. 质量和热量的轴向扩散 2 气体 0.3～1 液体 0.6 回顾 2. 质量和热量的径向扩散 固定床反应器的径向温度分布 粒内传热 粒子与流体间的传热 床层与器壁的传热 固定床的径向传热 热阻大 床层本身的导热 + 床层与器壁的对流传热 床层本身的导热热阻 靠近内壁的层流边界层 径向有效导热系数?er 关联式很多 壁膜传热系数hw 无满意关联式 床层传热系数 ht 固定床内的传递现象 2. 质量和热量的径向扩散 径向传热包括 ? ht的关联式 球形颗粒 圆柱形颗粒 2. 质量和热量的径向扩散 固定床内的传递现象 径向传质 5～13 多数≈10 固定床内的传递现象 ? 轴向： ? 等温时，若用N个等体积的全混釜来描述固定床内气体的流动状况，则N等于50或更大。 ? 对工业固定床反应器，大多数Lr/dp值远大于50，故可采用活塞流模型表示等温固定床内气体的流动状况。 ? 非等温时，以Lr/dp值大于150作为准则较稳妥。 ? 径向： ? 若用N个等体积的全混釜来描述固定床内气体的流动状况，则N不可能为1，即径向浓度梯度总是存在。 ? 减小dt/dp，则径向浓度梯度降低，但当dt/dp ＜5，则床内流动极不均匀。（壁效应严重，且流体易短路） 小结 固定床反应器的数学模型 平推流的一维模型? 有轴向返混的一维模型? 有径向混合和径向温差的二维模型 拟均相模型 1.概述 非均相模型 一维模型 二维模型 ? 2. 活塞流模型 ? 物料衡算 热量衡算 动量衡算 初始条件 固定床反应器的数学模型 3. 轴向扩散模型 ? 固定床反应器的数学模型 绝热式固定床反应器 1.单段 产品 原料 Ⅰ Ⅱ Ⅲ T XA 平衡曲线 最佳温度线 ?T=?XA 绝热式固定床反应器 2.多段 目标函数 催化剂用量最少** 产品成本最低 产量最大 绝热式固定床反应器 2.多段 两式含义： 1. 为保证催化剂总用量最少，任何一段的出口转化率应等于下一段进口的转化率 2. 在规定的进、出口转化率下，存在一最佳的进口温度，使催化剂总用量最少 绝热式固定床反应器 2.多段