第十章多相反应过程介绍.ppt

如何判断哪一步是反应控制步骤？ 增大流速，反应速率变，则为外扩散控制； 增大颗粒直径，反应速率变，则为内扩散控制。 10-3 气固相催化反应器 气固相催化反应器分类 固定床反应器 流化床反应器 移动床反应器 绝热反应器 非绝热反应器 一、固定床反应器 1.定义：流体通过静止不动的固体催化剂或反应物床层而进行反应的装置。 2. 特点： 优点： a.床层内流体流动→平推流，较少量催化剂可获较大生产能力。 b.气体的停留时间可以严格控制，有利于选择性的提高。 c.催化剂不易磨损，可长时间连续使用。 d.可用于高温高压下操作。 缺点： a.导热性能差，温控难。 b.难于使用小颗粒催化剂。 c.催化剂再生、更换均不方便等。 3.基本形式：绝热式和非绝热反应器。 绝热反应器： 为了克服简单绝热式反应器的缺点，把催化剂层分成数层。 热量传递困难，段间冷却或原料气冷激。 非绝热反应器 缺点：结构复杂 对外换热式 利用其它物质作热载体的反应器。列管式：管内装载催化剂，反应气体穿过层床；管间走热载体(冷水、热水、或其他冷热流体)。 优点：换热效果好，易于保证床层温度均匀一致。 二、流化床反应器 1.定义：流化床反应器是利用气体自下而上通过团体颗粒层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应的装置。 2.型式：流化床催化反应器亦有多种类型，各适用于不同的反应。一些常用的型式见图 流化床优点与缺点： 优点： 1.传热效率高； 2.床层温度均匀； 3.反应速率快； 4.便于再生和更换催化剂。 缺点： 1.由于返混，降低一些反应的转化率、收率和产率； 2.催化剂流动而磨损； 3.气体通过床层产生较大压力而消耗较大动力； 4.小颗粒催化剂易被带出床体需安装分离净化装置。 适用于：强放热、严格控温、催化剂经常再生耐受原料气浓度变化冲击。 气固相催化反应器在化工生产中有着广泛的应用，其中进行的气固相催化反应过程较之均相反应具有复杂性，但气固相催化反应器的设计计算与均相反应器的设计计算的思路却是相同的。本章仅就气固相催化反应过程的特点和气固相催化反应器的结构特征进行了介绍。 化学反应工程学的框架及其相互联系，可用下图表示： 10-4 反应器操作温度最优化 一、最优反应温度和平衡温度 1. 对图A、B，不可逆反应和可逆吸热反应，温度越高，反应速率越大，最佳温度就是反应器所能承受的最高温度。 (1)最优反应温度(Tm) 放热反应 ΔH0，T↑，正逆反应的r↑,但平衡左移，不利于产物生成；T↓，r↓，故最大的反应速率必然对应一适中的温度。 最优反应温度：最大的反应速率对应的某一适中的温度。 2. 对图C，可逆放热反应，以一级可逆反应为例 cA,0和xA一定时， 则反应速率方程式可写为： 最优反应温度 如图所示： ①就每一条曲线而言，表示一定转化率、一定初始浓度情况下，r与温度的关系； ②每一条曲线都有一个Tm，即图中最高点； ③各优化温度点的连线称为最优反应温度 ④随xA↑，使反应温度沿着最优化温度线降低，就可以使化学反应始终在最快的反应速率下进行。 图10-13 不同转化率是的反应速率图 (2)平衡温度(Te) 正逆反应速率相等的特定温度，也是对一定的初始浓度和转化率而言的。 即 平衡温度 (3)Tm 与Te的关系 可逆放热反应 E2E1， 则 因此TmTe 即在T—x图上，最佳反应温度曲线应位于平衡曲线的下方，且两曲线的走向近似。 二、最优反应温度分布的测定和实施 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。 * * * * 第十章 多相反应过程 化工基础—化学反应工程 非均相反应—多相反应 反应涉及两个或两个以上的相， 反应在两个相的界面上发生， 反应速率与两相的接触情况和不同相间的扩散速率有关 多相反应 气液相反应（乙烯和苯反应生成乙苯） 气固相反应 液液相反应 液固相反应 气液固三相反应 工业生产中应用广泛的气固相反应—气固相催化反应 气相（石油气裂解） 互溶液相（醋酸和乙醇的酯化反应） 均相反应 10-1 工业催化简介 工业催化主要研究方向 固体催化剂及其构成 工业生产对催化剂的要求 一、主要研究方向 1.环境催化 本方向用催化化学的方法研究气体污染的治理技术。以化学热力学为基础，应用催化原理，以全新的思维模式和