反应工程第二版-第六章气固相催化固定床反应器.ppt

*一维拟均相平推流模型质量衡算在管式反应器中垂直于流动方向取一个微元，以这个微元对A组份做物料衡算：dv输入－输出=反应＋积累FAFA+dFA(-RA)(1-εB)Aidl0*整理得：对照平推流反应器模型二者相同*热量衡算：（仍然是那块体积）输入热量－输出热量+反应热效应=与外界的热交换+积累输入：GcpTG质量流量,cp恒压热容输出：Gcp(T+dT)反应热效应：(-RA)(1-εB)(-ΔH)Aidl热交换：U(T-Tr)πdidldi反应器直径积累：0U:气流与冷却介质之间的换热系数Tr：环境温度*将各式代入，得动量衡算：仍然是Ergun方程*将三个方程联立：边界条件：L=0,p=p0,xA=xA0,T=T0*需要注意的问题1从解题的角度看，一般壁温恒定，实际情况并非如此。2对于低压系统，压降十分重要。3U不是物性参数，需实验确定。4注意u0,u,um的关系。5如果多根管子并联，体系将自动调节各管的流量，使压降相同，此时各管的处理量不同，转化率不同，造成生产能力和产品质量下降。*典型模拟结果*两种特殊情况：1等温：反应热效应不大，管径较小，传热很好时，可近似按等温计算。等温时，*2绝热：若绝热，则T=Tr，或者认为U=0。此时，将物料衡算式与热量衡算式合并，可得：λ：绝热温升，如果在一定范围内视物性为常数，λ将不随x及T变化。则：T－T0=λ(x－x0)温度与转化率形成一一对应关系，中，温度可以由T=T0+λ(x－x0)代替。**可逆放热反应绝热反应器的最优化（以SO2＋1/2O2=SO3为例）xT平衡线等速率线0二氧化硫氧化反应T－x图示意*二氧化硫氧化反应－－气固相催化反应，用于硫酸生产，可逆，强放热，绝大多数生产过程采用多段绝热操作。最优化目的：在完成一定生产任务的条件下，使用的催化剂最少。已知条件：第一段入口和最后一段出口转化率；第一段入口反应物浓度，各物性参数；段与段间采用间接冷却。可以改变的参数：各段的入口温度；段与段之间的转化率。*以四段为例：催化剂用量为：（基于拟均相平推流模型）基于某一动力学方程，适当选取各段的入口温度；段与段之间的转化率共7个（N段为2N－1个）参数，使W最小。*x1in,T1inx1out,T2inx2outT3inx3outT4inx4out第一段第二段第三段第四段*xT0二氧化硫氧化反应T－x图示意斜线为段内操作线，斜率为1/λ。水平线表示段间为间接冷却，只是温度降低，转化率不变。在T－x图上看：*调用最优化程序，就可以求得W最小值？可以，但很困难。进一步数学处理：在任意一段内，当xin及xout确定之后，应选取适当的进口温度Tin，使催化剂量最小。*在任意相邻两段间：*汇总：()()()()()()01,,01,,01,,01442444433333233332222222222111112144332211=??==??==??==??òòòòdxTrrTxrTxrdxTrrTxrTxrdxTrrTxrTxrdxTrrinxxininoutoutinxxininoutoutinxxininoutoutinxxoutinoutinoutinoutin第四段：第三、四段之间：第三段：第二、三段之间：第二段：第一、二段之间：第一段：*七个方程，七个未知数，可能是唯一解。讨论：从T－x图上看：xT0二氧化硫氧化反应T－x图示意*例6-3(1)任务书在管式反应器中进行的邻二甲苯催化氧化制邻苯二甲酸酐是强放热反应过程，催化剂为V2O5，以有催化作用的硅胶为载体。活性温度范围：610～700K粒径：dP=3mm堆积密度：ρB=1300kg.m-3催化剂有效