第六章 固定床.ppt

1. 固定床反应器的特点及类型 2. 催化剂颗粒参数 3. 流体在固定床中流动特性 4. 固定床中的传热 床层对壁总给热系数 床层有效导热系数和表观壁膜给热系数 流体与催化剂颗粒间给热系数 5. 固定床中的传质与混合 能力目标： 能分析固定床的反应与传质传热规律 能掌握固定床反应器的操作控制要领 能利用所学固定床反应器知识，在固定床反应器生产中发生异常事故时能够分析问题和解决问题。 6.1 概述 定义：反应物料呈气态通过由静止的催化剂颗粒构成的床层进到反应装置，称为气固相固定床催化反应器，简称固定床反应器。 ③有利于达到高的选择性和转化率。 . (1) 绝热式固定床反应器 －?结构简单，造价低廉，但适用热效应不大或催化剂对温度要求不高的反应。 (2) 换热式固定床反应器????????????????????????????? 列管式固定床反应器－管内装填催化剂，反应物料自上而下通过床层；管间为载热体，以维持所需的温度条件。 (3) 自热式固定床反应器－??使冷原料本身预热到反应所需的温度，然后进入床层进行反应。?????????????? 前提：放热反应，热量大致平衡。　 1．绝热式 单段绝热式－ 适用于反应热效应较小; 反应温度允许波动范围较宽; 单程转化率较低。 ? 两个绝热层间加换热器 在层间加换热盘管 有多层绝热 用外加物料中间直接冷激 用原料气中间冷激 （a)间接换热式；（b）原料气冷激式；（c）非原料气冷激式 　　　　　　多段固定床绝热反应器 主要内部构件:  气体入口分布器, 段间多孔排管式分布器 一部分物料由反应器顶部气体入口分布器进入;另一部分物料由反应器催化剂两段之间加入。物料沿径向做到浓度均匀、温度均匀、速度均匀 ，获得均匀的流量分配 。 2．换热式－对外换热式, 自动换热式 对外换热式－以各种载热体为换热介质。 注: 载热体温度与反应温度之差不宜过大，以免造成靠近管壁的催化剂失效。 自身换热器－在反应器内，以原料气为换热介质，通过管壁与反应物料换热，以维持反应温度的反应器称自身换热器。 传热所用的载热体视所需控制的温度范围而异，控制温度为100~200℃时用（水蒸气）或（高压气水混合物）加热；控制温度为200~250℃时用（道生油）加热； 控制温度为300~400℃时用（无机熔盐）；控制温度为600~700℃时，只能用（烟道气）加热。 强放热反应控温措施： 1、激冷式、同样粒度的惰性物质来稀释催化剂、分段稀释，分段调节流量等。 2、复合床。先理想混合型，后为理想置换型。 6.2 固定床反应器内的流体流动 6.2.1 催化剂的物理性状 比表面积 -指每克催化剂的表面积. m2/m3:单位体积的催化剂所具有的表面积。 m2/g:单位质量的催化剂所具有的表面积。 2. 空隙率 -指催化剂床层的空隙体积与催化剂床层总体积之比，用ε表示。 3. 表观密度 -又称假密度或颗粒密度，即包括催化剂颗粒中的孔隙容积时，该颗粒的密度，记为，单位为g/cm3。 4. 堆积密度 -又称填充密度，是对催化反应床层而言。即当催化剂自由地填入反应器中时，包括床层中的自由空间，每单位体积反应器中催化剂的质量。记为，单位可用g/cm3、g/l或kg/m3表示。 形状－球形、圆柱形、环形、无规则等 对于非球形颗粒，常用于球型颗粒作对比的相当直径表示。 对于大小不等的混合颗粒，平均直径可用调和平均法计算。 平均直径 算术平均直径： 调和平均直径： 几何平均直径： ??固定床中同一横截面上的空隙率是不均匀的。 ? 对粒度均一的颗粒构成的固定床，在距器壁1～2倍顆粒直径处，ε最大，而床层中心ε较小。 称为壁效应。 空隙率的大小－形状，粒度分布，颗粒表面粗糙度，颗粒直径与床层直径之比以及颗粒充填方法等有关。 大小均一光滑的球型颗粒有规则排列堆积时，最大空隙率0.476（立方格排列），最小0.2585，湍流时后者的压力降比前者大20倍。 空隙率径向分布不均匀传质、传热不均匀 拉西环，鲍尔环等非球形颗粒所充填的床层，同一截面上的ε值，除壁效应影响可及的范围外，都是均匀的； 球形或圆柱形颗粒，ε值除壁效应可及的范围外，还在一平均值上下波动。 床层直径与颗粒直径之比越大，ε的分布越均匀，通常所指的床层空隙率是指床层平均空隙率。 2) 空隙率与催化剂直径的关系 dp/dt愈大, 空隙率愈大。 6.2.