催化反应器多相设计

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1、催化反应器多相设计1固定床内的传递现象2固定床反应器的数学模型3绝热式固定床反应器4换热式固定床反应器5自换热式固定床反应器6参数敏感性7流化床反应器催化反应器多相设计南通仪创实验仪器有限公司南通仪创实验仪器有限公司本章的目的是讨论催化反应器的设计与分析，且只限于采用固体催化剂的反应过程。根据固体催化剂是处于静止状态还是运动状态，反应器又可分为两大类，属于静止状态的有固定床反应器和滴流床反应器，催化剂处于运动状态的有流化床反应器、移动床反应器和浆态反应器等，这些反应器的结构原理在第1章中已做过简要的介绍。本章的主要研究对象是固定床反应器，流化床反应器则作简要的阐述。本章的主要

2、内容以气态的反应物料通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气−固相催化反应器占最主要的地位。如炼油工业中的催化重整，异构化，基本化学工业中的氨合成、天然气转化，石油化工中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙苯脱氢制苯乙烯等等。此外还有不少非催化的气—固相反应，如水煤气的生产，以及许多矿物的焙烧等，也都采用固定床反应器。凡是流体通过固定不动的固体颗粒构成的床层进行反应的装置都称作固定床反应器。1固定床反应器固定床反应器优点①固定床中催化剂不易磨损；②床层内流体的流动接近于活塞流，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。③停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，有利于达

3、到高的选择性和转化率。固定床反应器特点：固定床反应器缺点①固定床中的传热较差；②催化剂的更换必须停产进行一、床层空隙率ε床层空隙率是表征床层结构的主要参数，床层空隙率的大小与颗粒形状、粒度分布、颗粒直径与床直径之比以及颗粒的充填方法等有关。ε＝(床层自由体积)/(床层体积)固定床中同一横截面上的空隙率是不均匀的，对于粒度均一的颗粒所构成的床层，在与器壁距离为1～2倍颗粒直径处，空隙率最大，床层中心较小，这种影响叫做壁效应。2固定床中的传递过程在非球颗粒充填的床层中，同一截面上的ε值，除壁效应影响所及的范围外，都是均匀的。但球形或圆柱形颗粒充填的床层，在同一横截面上的ε值，除壁

4、效应影响所及的范围外，还在一平均值上下波动，由于壁效应的影响，床层直径与颗粒直径之比越大，床层空隙率的分布越均匀。通常所说的床层空隙率指的是平均空隙率。二、床层压降在固定床反应器中，流体在床层内的孔道中流动，这些孔道相互交错联通，各个孔道的几何形状相差甚大，其横截面积既不规则也不相等。床层各个横截面上孔道的数目不一定相同，流过床层的流体，其径向流速分布也不均匀。从床层中心处算起，随着径向位置的增大，流速增加，在离器壁的距离等于1～2倍颗粒直径处，流速最大，然后随径向位置的增大而降低，至壁面处为零。床层直径与颗粒直径之比越小，径向流速分布越不均匀。流体流过固定床时所产生的压力损

5、失主要来自两方面：一方面是由于颗粒的粘滞曳力，即流体与颗粒表面间的摩擦；另一方面是由于流体流动过程中孔道截面积突然扩大和收缩，以及流体对颗粒的撞击及流体的再分布而产生。当流体处于层流时，前者起主要作用；在高流速及薄床层中流动时，起主要作用的是后者。流体在固定床中的流动，与空管中的流体流动相似，只是流道不规则而已。故此可将空管中流体流动的压力降计算公式修正后用于固定床。固定床压力降计算公式：式中：ρ—流体密度dS—颗粒比外表面积相当直径f—摩擦系数L—床层高度u0—空管流速ε—床层空隙率当Re＜10时，f=1/Re当Re＞1000时，f=1.75从公式可以看出，对固定床压力降影

6、响最大的是床层空隙率和流体流速。由于在生产流程中，流体的压头有限，一般固定床中的压降不宜超过床内压力的15％。所以颗粒不能太细，而且最好都能做成圆球状，气流速度也应适可而止。如何变动降低压力降应考虑传质传热的问题。固定床压力降影响因素：①热量通过空隙中的流体以对流、传导和辐射的方式向外传递；②热量通过固体颗粒向外传递，其中包括：(a)颗粒接触面处的传导；(b)相邻颗粒周围的边界层的传导；(c)颗粒间的辐射；(d)颗粒内的传导。③床层与器壁的传热三、固定床中的传热方式：四、固定床的传热计算1.按拟均相处理在拟均相模型中，把包括颗粒与流体的床层看作为均一的固体物质，用一个有效导热

7、系数λe来表征其传热特性，λe是流体流速的函数(流体静止时的值以λe0表示)。通常固定床的热量主要是在中心与管壁间作径向的传递，除少数强放热等情况外，流动方向的轴向导热影响常可忽略不计。因此λe一般常是指λer①一维模型在一维模型中，床层径向温度被认为是相同的。床层热阻和壁膜热阻合并作为一个热阻来考虑，用床层与器壁间的给热系数h0来表示，给热速率式以床层平均温度tm与壁温tW之差来定义：式中：A为传热面积，h0值大致为61.2～320kJ／(m2·h·K)。※h0不能用以计算床层的径向温度分布。对于球形