固定床反应器讲义.ppt

固定床反应器;重要过程： 丙烯氧化制丙烯酸 乙炔HCl制氯乙烯 乙烯环氧化制环氧乙烷 烃类加氢 乙苯脱氢制苯乙烯 煤气化 …;二、固定床反应器的种类 （1）绝热式反应器;（2）对外换热式反应器;传热介质选用原则： 保证催化剂床层与传热介质之间有适宜的温差。 常用传热介质的温度范围 沸腾水 100-300 ℃ 有机液态传热介质 200-350 ℃ 熔盐 300-400 ℃ 烟道气 600-700 ℃;（3）自热式反应器;（4）其它形式的固定床反应器;6.2 固定床中的传递过程;表6-1 非球形颗粒的形状系数;二、床层空隙率;三、固定床的当量直径;6.2.2 床层压降;（2）;6.2.3 固定床中的传热;流体与颗粒间传热温差的计算;二、固定床的有效热导率; 包含床层空隙和颗粒对传热的贡献，由下式计算; —— 颗粒的辐射给热系数；; 当颗粒直径甚小，床层温度不是很高，以及含有液体时，空隙和颗粒的辐射传热可忽略，式（6-24）可简化为：;三、床层与器壁间的给热系数 h0 一维模型中，床层与器壁间传热速率为;hW —— 壁面处对流给热系数；; [例6-2];6.2.4 固定床中的传质与混合;6.3 拟均相一维模型;6.3.1 等温反应器的计算 床层温度均匀一致，反应速率常数为常数，反应速度仅与浓度有关。按一维拟均相处理，设计方法与PFR相似。;6.3.2 单层绝热式固定床反应器 定常态操作时，与流动方向垂直的截面上温度、浓度均匀一致，且不随时间变化。体系的温度和浓度仅随流动方向的空间位置变化。 取反应器内一微元段进行物料衡算和热量衡算得：;图解法步骤 （1）由式（6-60）在 xA~T 图中作绝热操作线； （2）在绝热操作线上读出若干组（ xAi，Ti ）数据； （3）由（ xAi，Ti ）数据计算（-rAi）和1/（-rAi）； （4）作1/（-rA）~ xA曲线。该曲线下方介于0~ xAf之间的面积大小即 为W/FA0。 （5）床层高度;（可逆反应）;解：这是绝热固定床中的非恒容可逆反应，定常态操作时，采用一维拟均相模型计算。动力学方程用组分分压表示，因此，需按化学计量式找出各组分分压与着??组分转化率的关系。 由化学计量式和进料初浓度，可知本题中A是着眼组分。;物料衡算; 通过以上整理，得到解题的基本方程组，就可以按照图解法求得床层高度。本题采用数值积分法求解，过程如下： （1）将微分方程组改写为差分方程组;（3）计算框图 如右图所示。 （4）编制程序，上机运算 并打印结果。 本题结果为：;6.3.3 多层绝热式固定床反应器的计算和优化 固定床反应器的缺点之一是换热困难。对反应热较大的反应，在绝热条件下反应时，为了控制床层温度在合适范围之内，可采用多段床层，段间换热的方法。 设可逆放热反应在二段绝热固定床中反应，流程如下：;一、多段绝热固定床反应器计算 采用逐段计算，每段的计算与单段绝热固定床反应器相同。 设段与段之间采用间接换热，下一段入口的转化率与上一段出口相同，但温度不同。 催化剂总量为各段催化剂量之和：;式（A）对xAi求导，并令;式（A）对Ti求导，并令;床层出口状态的确定 作 ~xA曲线和 =0 的水平线； 求交点xopt和xi-1之间曲线和直线包围的面积； 在xopt右侧确定一点xi，使其与xopt之间包围面积与左侧相等。;图解法优化设计步骤;6.3.2 列管式固定床反应器设计 结构与列管式换热器相似，反应气体从装填催化剂的管内流过，管间通入换热介质进行换热。反应管并联连接，只需计算其中一根管的长度和催化剂装填量。 一维拟均相模型法 由于反应器内存在换热，计算中要考虑热量传递的影响。 床层与管壁间的传热量;床层与管外传热介质之间的总传热系数;四阶龙格-库塔法求解步骤;（4）打印计算结果。 计算结果为一组数据，由此数据可作出床层轴向温度和浓 度分布图。;;解：这是一个热效应很大的放热反应，为防止飞温，采