气固相催化反应器7

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1、任意形状催化剂的等温宏观动力学方程可近似表达如下：5.3.3扩散控制的判定Wheeler-Weisz模量：一级不可逆反应n级不可逆反应5.3.4催化剂的失活与降活动力学失活原因：中毒污垢沉积烧结（热失活）失活机理平行失活连串失活并列失活独立失活5.4气-固非均相催化反应器的设计按颗粒床层的特性可区分为：固定床催化反应器流化床催化反应器5.4.1气-固非均相催化反应器的类型固定床催化反应器：按催化床的换热方式绝热式连续换热式单段绝热式多段绝热式外冷列管式内冷自热式按气体流动方向与反应器主轴方向的关系轴向流动反应器：气体流动方向与反应器的主轴方向相同。径向流动反应器：气体流动

2、方向与反应器的主轴方向垂直而呈径向流动。绝热型换热型流化床催化反应器：催化剂受自下而上流动的气体作用而上下翻滚作剧烈的运动，床层内温度均匀。5.4.2气-固非均相催化反应器设计原则催化反应器的设计包括两部分的内容：化工设计：主要内容是选型、确定工艺操作条件和进行工艺尺寸计算。机械设计：主要内容是机械结构设计（含流体分布装置设计）和强度设计。绝热、换热两种；操作方式的不同，反应器的结构就不同。操作方式由反应的热效应和操作范围的宽窄及反应的经济效益等决定。从反应器的设计、制造及操作考虑，绝热型比较简单。从设计上讲，基本方程是一样的。固定床反应器的操作方式：设计固定床反应器的要

3、求：（1）生产强度尽量大（2）气体通过床层阻力小（3）床层温度分布合理（4）运行可靠，检修方便计算包括三种情况：（1）设计新反应器的工艺尺寸（2）对现有反应器，校核工艺指标（3）对现有反应器，改进工艺指标，达到最大生产强度。基本问题温度、浓度分布，气相压降，转化率及催化剂用量选择固定床反应器的原则－－什么反应需要用固定床反应器？气固相催化反应首选－－非常普遍如，合成氨、硫酸、合成甲醇、环氧乙烷乙二醇、苯酐及炼油厂中的铂重整等。5.4.3固定床反应器的数学模型及设计流体在固定床反应器内的传递特性气体在催化剂颗粒之间的孔隙中流动，较在管内流动更容易达到湍流。气体自上而下流过床

4、层。气体流动通过催化剂床层，将产生压降。压降计算通常利用厄根（Ergun）方程：可用来计算床层压力分布。如果压降不大，在床层各处物性变化不大，可视为常数，压降将呈线性分布（大多数情况）。比表面积当量直径：(非球形颗粒折合成相同比表面积的球形颗粒应当具有的直径）混合粒子的平均直径：（各不同粒径的粒子直径的加权平均）例：在内径为50mm的管内装有4m高的催化剂层，催化剂的粒径分布如表所示。催化剂为球体，空隙率εB=0.44。在反应条件下气体的密度ρg=2.46kg.m-3，粘度μg=2.3×10-5kg.m-1s-1，气体的质量流速G=6.2kg.m-2s-1。求床层的压降。

5、解：①求颗粒的平均直径。②计算修正雷诺数。③计算床层压降。固定床反应器的数学模型对于一个过程，进行合理的简化，利用数学公式进行描述，在一定的输入条件下，预测体系输出的变化。对同一个体系，根据不同的简化和假定，可以构造不同的模型。不同的简化和假定，也决定了模型必然含有一些参数，以修正模型与实际体系的差异。根据不同的简化和假定，分为几种不同层次的模型。模型化对于固定床反应器，一般有以下模型：一维拟均相平推流模型一维拟均相带有轴向返混的模型二维拟均相模型二维非均相模型二维非均相带有颗粒内梯度的模型…………一维：参数只随轴向位置而变。二维：参数随轴向和径向位置而变。拟均相：流相和

6、固相结合，视为同一相。非均相：流相和固相分别考虑。平推流：不考虑轴向返混。带有轴向返混的模型：在平推流模型的基础上叠加了轴向返混。一维拟均相平推流模型物料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+dFARA(1-εB)Atdl0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)Atdl热交换：U(T-Tr)πdtdldt反应器直径积累：

7、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。（3）U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。表示流体通过床层的空塔流速表示流体通过床层的实际流速表示床层入口处流体的实际流速典