反应器基本原理6节.ppt

因此，对于微元体积 dV 建立的热量衡算式为 式（ 4-39 ）中各项具体计算方法如下： (1) 经过微元体积反应物料的显热的变化 其中： ( F M0 ) i － 单位时间进入微元体积的组分 i 的量 [kmol/h] ； C pi － i 组分的恒压比热容 [kJ/kmol· K] ； T － 温度 [K] 。 物体在加热或冷却过程中，温度升高或降低而不改 变其原有相态所需吸收或放出的热量，称为“ 显热 ”。 ) 39 4 ( ) ( ? ? ? ? r s Q Q Q Q 出 入 ? ? ) 40 4 ( 1 0 ? ? ? ? ? dT C F Q Q pi n i i M 出 入 （ 2 ）通过器壁传出的热量 ： 式中： K － 从催化剂床层通过器壁与外面热交换的 总传热系数 [W/m 2 · K] ； A － 微元体积的传热面积 [m 2 ] ； T － 反应物的温度 [K] ； T s － 热载体的温度 [K] 。 ) 41 4 ( ) ( ? ? ? s s T T KdA Q § 6 气固相固定床催化反应器 气固相催化反应器是近代化学工业上最普遍采 用的反应器之一，主要有两种形式： （ 1 ）气固相 固定床 催化反应器； （ 2 ）气固相 流化床 催化反应器。 气固相固定床催化反应器 （ 1 ） 物料状态特点 ： 固体催化剂处于静止不动 状态，气相为连续流动状态 。 （ 2 ）可运用体系：合成氨、合成甲醇、水煤气 变换、二氧化硫氧化、氨氧化、临苯二甲酸酐氧化 为苯酐、乙烯水合制乙醇、乙烯氧化为环氧化物、 乙苯脱氢制苯烯、乙烯合成制氯乙烯、铂重整等。 （ 3 ） 优点 ：结构简单，操作稳定，便于控制。 6-1 固定床催化反应器的结构和类型 气固相在固定床中反应的特点， 是当原料气体通 过固体催化剂床层时，催化剂的粒子静止不动 。正是 由于这一特点，床层的导热性能不好，床层温度分布 不易均匀。因此在其设备结构上必须要考虑保证气固 良好的接触。 对于一些反应热较大的过程，为了避免床层温度 的剧烈升高，必须采用各种换热方式把热量移出。相 反，对强吸热反应就要设法供给热量。即便如此，反 应床层也仍难保持等温。所以绝大多数固定床反应器 是属于 非等温式反应器 。 非等温式反应器分类： （ 1 ） 绝热变温式反应器 ； （ 2 ） 非绝热变温式反应器 ，分为 外部换 热式 和 自然换热式 。 ? 圆筒绝热式反应器 绝热反应器是反应过程中不与外界进行任何热量交 换的。实际上，要使反应器对外界的热损失等于零是不 可能的，这只是个理想的概念。 绝热反应器适用范围 ：使用于反应热效应较小、温 度变化对反应过程影响不大、反应的单程转化率较低的 情况。另外，对于热效应较大的反应，只要反应对温度 不很敏感（即副反应不严重的情况），或是反应速度非 常快的，有时也可以使用这种类型的反应器。 例一，乙烯水合反应， 其反应放热量较小， q 298 ＝ 44170 [kJ/kmol] ，而且反应 过程中乙烯的单程转化率只 有 4 ％～ 5 ％，工业上就采用 了绝热式固定床反应器。 其构造如图 4-37 所示， 其外型呈圆筒形状，在其下 部装有栅栏，上面盛放催化 剂，气体一般从上部导入， 经分布装置均匀地通过催化 剂床层而从下部导出。 例二，甲醇在银或铜催化剂上 用空气氧化制取甲醛时，虽然反应热 很大，但因反应速度很快，因此，可 用一层薄薄的催化剂床层，如图 4-38 所示。 此一薄层为绝热，下段为一列管 式换热器。反应物预热到 383 [K] ， 绝热反应后升温到 873 [K] 就立刻在 高的混合气体线速度下进入冷却器， 以防止甲醛进一步氧化或裂解，此外， 甲醇氧化反应在高温下往往伴随以燃 烧，故又常在加料中部分水（因为水 的汽化热加大，并能适当增加线速度） 以控制温度不至过高。 ? 多段绝热式反应器 当反应热效应较大，而反应速度又不能