第七章非均相反应及反应器综述.ppt

上海工程技术大学 化学化工学院 化学工程与工艺系;7.1 非均相反应及研究方法 7.2 非均相反应过程中的质量传递 7.3 反应过程的热量传递及热稳定性 7.4 气固相催化反应器概述;7.1 非均相反应及研究方法;3.催化剂 只改变反应速率，不改变化学平衡，改变了反应的选择性。 结构：多孔性； 组成：主要成分＋助催化剂； 物性：内表面积 外表面积； 真密度 —— 骨架密度（不包括小孔体积） 假密度 —— 真密度（包括小孔体积） 堆密度 —— 包括空隙体积;Date; 制备： 混合法； 浸渍法； 沉淀法（共沉淀法）； 共凝胶法； 喷涂法、滚涂法； 浸蚀法； 热熔法； 热解法 ; 类别： 金属（良导体）； 金属氧化物； 硫化物（半导体； 盐类或酸性催化剂。; 性能要求： ???业催化剂所必备的四个主要条件：活性好、选择性高、寿命长、机械强度高活性适中，温度过高，就会造成“飞温”。 ;颗粒的孔隙率;7.1.2 g/s相反应质量传递的研究方法;一般情况下：;2.催化反应历程 ; ;处理方法 —— 拟均相法;（2）表观动力学法 把反应速率直接与Cb（或Ces)关联，而不注重本征速率。 ;（3）两种方法的比较 ;7.2 g/s相反应过程中的质量传递;外部效率因子; ; ;速率步骤分析法;极限反应速率：;极限传质速率：;Da的意义;传质系数的关联;Da的计算;;关系的另一种表示（隐函数）;Date;外扩散对反应的影响;（2）对复杂反应的影响;串连反应：;外扩散的判定和消除;催化剂的温度;放热量：;⊿Tad代表系统的热性质，越大代表放热越强。;7.2.2 g/s相反应过程的内扩散;内部效率因子与西勒模数;作物料衡算式：;Date;对一级不可逆反应：;影响内部效率因子的因素;（3） 反应温度升高，内扩散的影响加大。;内部传递过程的表观动力学特征;内扩散过程对反应的影响;内扩散传递阻力的识别;（3）测定反应表观速率;改善内扩散的措施;Date;7.3 反应过程中的热量传递及热稳定性;区分以下几个概念： 热平衡：静态概念，热量平衡； 热稳定：动态概念，对于干扰而言。若干扰消失后，系统恢 复到原来状态，则热稳定，若系统不回到原状态， 则热不稳定； 灵敏度：静态问题，对于波动而言。 ;7.3.2 催化剂颗粒的热稳定性;当Ts很小时，k很小，;移热量：;2.定态稳定性和热稳定条件;C点特征：称为上操作点；转化率高，反应温度高，反应速率高；有自衡能力，热稳定。;3.着火和熄火温度;熄火：在Tex时，若有干扰(T降低），反应温度会迅速降低，直至到下操作点。;7.3.3 连续搅拌釜式反应器中的热稳定性;2.热稳定条件与最大允许温度;3.CSTR的操作;7.3.4 管式固定床反应器的热稳定性;B点转变为稳态的条件： Qr-T的斜率增加，即U增加或Qr增加。;2.最大允许管径和温差;7.4 气固相催化反应器概述;主要固定床催化反应过程如下表; 1.固定床反应器的优点 1）床层内流体流动接近活塞流，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积获得较大的生产能力； 2）当伴有串联副反应时，可获得较高的选择性； 3）结构简单、操作方便、催化剂机械磨损小，获得了广泛应用。 固定床反应器有三种基本形式：绝热式、多段绝热式和列管（多管）式。;2.绝热式固定床反应器 可分为轴向反应器和径向反应器。 1）轴向和径向绝热式固定床反应器，如图(a、b)所示。这种反应器结构最简单，实际上是一个容器，催化剂均匀堆置于床内，预热到一定温度的反应物料自上而下流过床层进行反应，床层同外界无热交换。;Date;3.多段绝热式固定床反应器 由多个绝热床组成，段间可以进行间接换热，或直接引入气体反应物（或惰性组分）以控制反应器内的轴向温度分布。图(c)是用于SO2转化的多段绝热反应器，段间引入冷空气进行冷激。对于这类可逆放热反应过程，通过段间换热形成先高后低的温度变化，提高转化率和反应速率。;(c);4. 列管式固定床反应器 如图(d)所示。这种反应器由多根管径通常为25~30㎜的反应管并联构成，管数可能多达万根以上。管内（或管间）装催化剂，载热体流经管间（或管内）进行加热或冷却。;(d);二、流化床反应器 流化床反应器通常为一直立的圆筒型容器，容器下部一般设有分布板，细颗粒状的固体物料装填在容器内，流体向上通过颗粒层，当流速足