第6章-气-固相催化反应器设计.pptx

第6章 气-固相催化反应器设计;;6.1 固定床反应器类型;6.1.1 绝热式固定床反应器类型;间接式换热;;（3）绝热式固定床反应器注意要点;6.1.2 连续换热式固定床反应器类型;6.1.2.2 内冷自热式;（2）单管并流式;（2）双套管并流式;（3）三套管并流式;6.2 催化剂颗粒特性和固定床流动特性;6.2.1 催化剂颗粒直径与形状系数;④ 算数平均直径;6.2.2 床层空隙率及压力降;6.2.2.2 流动特性;6.2.2.3 固定床压力降;修正摩擦系数：;【例6-1】有一轴向氨合成塔，其内筒内经730mm，通气截 面积0.362m2，催化床层高度8.23m，催化剂3m3，进塔气 含氨3.8%，相对分子质量11.66，空间速度2500/h，催化床 内平均操作状态下混合气体密度53.7kg/m3，粘度318×10-7 kg/(m.s)，使用4.7~6.7mm催化剂，其形状系数 ， 床层孔隙率 。;;【解】;（2）如果催化剂颗粒改为3.3~4.7mm，其它条件不变，则;积分时，径向距离变化由 r1=0.108m增至 r2=0.360m，且将 微分式展开，得;6.3 固定床反应器设计 6.3.1 经验或半经验方法——以空间速度为依据 认为在实验室或中试工艺条件下，得到的最适宜空间 速度可用于放大设计，催化剂可能保持同样优良性能。 空间速度——通过单位催化剂床层体积的气体流量，即 注意：原料气体积流量通常以标准状况下计量。;【例6-2】乙烯在银催化剂上氧化制环氧乙烷，年产环氧乙烷 1 ×106kg，采用二段空气氧化法。主要反应为 根据下列给出的中试数据，估算第一反应器尺寸。 C2H4 + 0.5O2 → C2H4O △H1= －103.4kJ/mol（25 ℃） C2H4 + 3O2 →2CO2 + 2H2O △H2= －1323kJ/mol（25 ℃） （1）进入第一反应器的原料气组成为： （2）第一反应器内进料温度为210 ℃，反应温度为250 ℃，反应压力为980.0665kPa，转化率为20%，选择性为66%，空速为5000/h。;（3）第一反应器采用列管式固定床反应器，列管为Φ27×2.5，管长6m，催化剂充填高度5.7m。 （4）管间采用导生液强制外循环换热。导生液进口温度230℃，出口温度235℃，导生液对管外壁传热系数α2可取2721kJ/(m2.h.℃) 。 （5）催化剂为球形，直径dp为5mm，床层空隙率εB为0.48。 （6）年工作7200h，反应后分离，精制过程回收率为90%，第一反应器所产环氧乙烷占总产量的90%。 （7）250℃，1MPa下，反应混合物有关物性数据如下;有效热导率 λe=0.1273kJ/(m.h.℃) 粘度 μ=2.6×10-5kg/(m.s) 密度 ρf=7.17kg/m3. 各组分在25~250℃范围内平均气体热容如下;床层被冷却时;（2）正三角形排列与孔数计算 用正三角形排列，孔与孔之间的距离相等，在同样的面积里，孔的数量最多，结 构比较牢固，不易损坏。 ;6.3.2 数学模型法 通过建立反应器数学模型实现反应器的设计与放大的方法。;数学模型——在假设条件下所建立的物料衡算、热量衡算及反应动力学方程 。如 （1）若不考虑传递过程得到的拟均相模型；若考虑传递过 程得到的非均相模型。 （2）若不考虑垂直于气流方向传递过程的一维模型；若考虑垂直于气流方向传递过程的二维模型。 （3）根据流体的不同流动状况得到的理想流动模型和非理想流动模型。 显然，所建模型的复杂程度与求解难度取决于建立模型时所假设的条件而定。;如：一维-拟均相-理想流动-模型的假设条件是： ① 在垂直于气流方向的的截面上不存在径向的浓度差和温度差。 ② 轴向传质和传热只是由平推流的总体流动所引起。;一维-拟均相-理想流动-模型的表达形式： 物料衡算方程式 热量衡算方程式 反应动力学方程式 在特定条件下还可以简化，如绝热条件下的热量衡算式为;【例6-3】单段绝热床反应器设计 乙苯脱氢制苯乙烯，每天产量为13500kg 。采用直径 dt 为1.215m的单段绝热式反应器。用一维理想流动基础模型计算：