反应工程第三版课件教学课件 作者 李绍芬 主编第七章 多相催化反应器的设计与分析.ppt

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1、第七章多相催化反应器的设计与分析17.1固定床内的传递现象固定床催化剂内的传质与传热固定床催化剂与流体相间的传质与传热固定床床层内径向传质与传热固定床床层内轴向传质与传热27.1.1固定床内的流体流动固定床同一横截面处径向空隙率不相等床层直径与颗粒直径比越大，床层空隙率分布越均匀空隙率其它影响因素：催化剂形状、粒度分布以及装填方式图7.1固定床空隙率的径向分布3固定床径向流速分布4固定床压降的计算——流体流动的压力损失层流颗粒的粘滞曳力，即流体与颗粒表面间的摩擦湍流流体流动过程中孔道截面积突然扩大和收缩流体对催

2、化剂颗粒的碰撞流体的再分布u0、（7.1）P188,例7.157.1.2固定床内轴向质量和热量扩散轴向质扩散与热扩散结论工业固定床反应器流动大多数可采用活塞流描述实验室固定床反应器流动可能不能满足活塞流的要求2气体0.3～1液体0.66图7.2固定床反应器的径向温度分布7.1.3固定床内径向传质与传热7固定床内径向传热热阻（1）床层本身（2）器壁上层流边界层（壁膜传热系数hw）颗粒接触处的热传导相邻颗粒周围的边界层的传导颗粒间的辐射颗粒内的传导流体流动的贡献床层总热阻（总传热系数ht）固定床的传热粒内传热粒子

3、与流体间的传热床层与器壁的传热热阻大径向有效导热系数8径向总传热系数ht的关联式球形颗粒圆柱形颗粒径向传质5～13多数≈10径向浓度梯度97.2固定床反应器的数学模型模型分类依据催化剂颗粒内部催化剂外表面与流体相主体反应器径向反应器轴向（拟）均相与非均相模型一维与二维模型（3）有径向浓度和温度分布的二维模型非均相模型分类（1）活塞流模型（一维）（2）有轴向返混的一维模型101.活塞流模型模型假设考虑内外扩散考虑轴向浓度温度压力分布（忽略扩散）忽略径向浓度温度速度分布模型方程11边界条件2.轴向扩散模型12第七章

4、多相催化反应器的设计与分析137.3绝热式固定床反应器7.3.1绝热反应器的类型147.3.2绝热式固定床反应器催化剂用量（单段）15例7.2某固定床反应器0.1013MPa下燃烧处理含苯酚废气，处理量Q=1200m3/h，苯酚质量分数为800mg/kg，T0=403K，要求燃烧后苯酚质量分数为100mg/kg。催化剂直径8mm，该催化剂上苯酚燃烧为一级反应，k=7.03*106exp(-5000/T),min。忽略外扩散阻力，试计算催化剂用量。思路16（1）求有效扩散系数（2）求内扩散有效因子17（3）温度与

5、转化率关系187.3.3多段绝热式固定床反应器产品原料IIIIIITXA平衡曲线最佳温度线T=XA图7.4间接换热式三段固定床反应器T-XA图19催化剂用量最少**产品成本最低产量最大目标函数20在规定的进、出口转化率下，存在一最佳的进口温度，使催化剂总用量最少。TXA平衡曲线最佳温度线T=XAABCDEF为保证催化剂总用量最少，任何一段的出口转化速率应等于下一段进口的转化速率；217.4换热式固定床反应器换热式固定床反应器原料载热体反应管管径Φ25~30mm，根数在几千到几万根；床层轴向温度分布相对来

6、说比较均匀，适合强放热反应；和流化床比，催化剂磨损小、返混小和催化剂生产能力较高。7.4.2单一反应时的分析22XA最佳温度曲线平衡曲线绝热操作线①、不可逆放热反应及吸热反应，温度升高，转化率增大②、可逆放热反应，存在最佳温度线23热点温度床层温度分布均匀放热反应吸热反应247.4.3进行复合反应时的分析25苯酐（B）CO,CO2(C)26初值条件27邻二甲苯氧化反应器床层轴向温度和苯酐收率分布287.5自热式固定床反应器并流不同流向自热式固定床反应器轴向温度分布7.5.1反应物料的流向逆流29逆流并流反应器温

7、度很快升至热点，且下降较快相反反应后期易过冷前期升温较慢，后期易过热可逆放热反应不可逆放热反应7.5.2数学模拟反应放热＝反应气升温的热量＋原料气升温的热量30影响因素：进料浓度，进料温度，冷却介质温度，空速（换热系数)7.6参数敏感性热点冷却介质温度进料浓度一级不可逆放热反应317.7.1流态化32流态化类型1.散式流态化2.聚式流态化337.7.2流化床反应器流体与固体混合均匀流体与固定间良好的传质与传热床层压降小催化剂装卸十分方便返混程度大，催化剂磨损严重常用于催化剂寿命较短，催化剂需要频繁再生的场合相对

8、于固定床反应器的特点347.8实验室催化反应器7.8.1气固催化反应动力学测定基本要求固定床催化剂内的传质与传热固定床催化剂与流体相间的传质与传热固定床床层内径向传质与传热固定床床层内轴向传质与传热等温操作反应气体保持理想流型全混流最理想活塞流评价催化剂研究反应动力学目的要求357.8.2动力学研究常用催化反应器类型1.积分反应器方法：改变FA0，其它条件如温度、进料组成等保持不变，测