固定床反应器ppt课件.ppt

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1、第五章固定床反应器见P184-185介绍：催化剂不动；流体相是气，液或气液并流,逆流；应用很广：合成NH3，H2SO4，CO水煤气变换制H2，乙烯氧化制环氧二烷，乙苯脱H2制苯,轻油蒸汽裂解制乙烯；石化产品：橡胶，纤维，树脂中均大量用固定床催化反应器。主要问题是散热方案：催化剂床层导热差微观可逆性原理指出：如正向反应是基元反应，则逆向反应也必是基元反应，且正、逆向在进行时必然是通过同一个过渡态（活化络合物）。据此，可把动力学中的反应速率常数k与热力学中的平衡常数K关联起来。则有，是基元反应，aA+bBcC+dDk+k-若当体系达到平

2、衡时，r+=r-由此式，可从正向反应的速率方程和K来确定逆向反应的速度方程。1.平衡曲线与最优温度线（P81）E+E-∆H己知T1温度下的平衡常数K(T1)可求其它温度下的平衡常数对放热反应,K随温度升高而变小K与T的关系Van”tHoff公式可逆放热反应,反应速与T的关系ARkk’Tk按增加k’按增加放热反应，必然是当(-rA)达到零时，相应的温度称为平衡温度TeTeToptT在每一个转化率x下:当(-rA)达到最大时，相应的温度称为最优温度Topt对一级反应有平衡温度Te=0解得TxA10(-rA)=0合成气制二甲醚的理论转化率

3、DME+CO2CO+2H2CH3OH-90.4kJ/mol2CO+4H2CH3OCH3+H2O-205.0kJ/mol3CO+3H2CH3OCH3+CO2-245.0kJ/mol例催化剂失活温度最优温度Toptd(-rA)/dT=0解得ToptxA10(-rA)=0T(-rA)=max-rAT-rA=f(T,xi)x=0x1x2x3Topt(-rA)↑对一级反应且CR0=0时有=k/k’(-△Hr)=E2-E1等速率线:对应于每一个转化率,每一个反应速度有二个温度,一个大于Topt一个小于ToptxA10(-rA)=0T(-

4、rA)增加等速率线ToptToptx0x=0xTx0固定床反应器的最优温度分布xA10(-rA)=0T(-rA)增加等速率线Topt随着x增加,逆反应增加,反应最优温度随之下降.T1T2T1T2x1x2x1x2例合成NH3反应1/2N2＋3/2H2NH3是可逆放热反应，在铁催化剂下E＝58.6kJ/mol，E’＝167.5kJ/mol，平衡常数Kp与温度的关系为logKp＝（2171+19.6P）／T－（4.2+0.02P），P为总压力［MPa］。试计算下列条件下的最优温度Topt。1.)总压为25.3［MPa］，H2/N2分子比为

5、3：1，NH3含量为17％（mol／mol）2.)总压为25.3［MPa］，H2/N2分子比为3：1，NH3含量为12％（mol／mol)解：首先求出氨含量为17％时混合气组成，并求出平衡常数kp。再由kp求得平衡温度Te。最后求得最优温度Topt。含氨17％时，N2：1/4×(1－0.17)×100＝20.75％；H2：3/4×(1－0.17)×100＝62.25％Te＝818.5K。氨含量改变后(12％)，Kp也变化，同样可得：Te＝872.5K，Topt＝815.4K。2.床层内传递过程1压降计算空管填充床压降，Ergun公式

6、Ref2300104constRe64式中：床层空隙率床层当量直径层流区过渡区湍流区根据比表面相当求De定义：水力半径＝自由体积浸润表面积左边右边由左＝右可得：Ergun测得：层流区过渡区湍流区非球形颗粒当量直径(dp*)：体积Vp,表面积ap,比表面积s＝ap/Vp当量直径：体积当量直径：面积当量直径：比表面当量直径：对球：计算阻力时用ds来代替dp*即dp*＝ds或dp*＝φSdV床层空隙率极为复杂，一般在0.3－0.6之间。见p189图表。（美国矿务局数据）直径不同的混和粒子，级配形状因子：直径不同的混和粒子，级配则：而床层空

7、隙率极为复杂，一般在0.3－0.6之间。见p189图表。（美国矿务局数据）2颗粒与流体间的传热系数hp[J/s.k.cm2]传质系数kc[mol/s.cm2.mol/cm3]=[cm/s]否则穿越气膜就需推动力有：催化剂破碎、尘土碳黑在床层入口处积累，均可使阻力急增而停车。传质量如何求hp和kc？通过床层实验求出相应的传质因子JH，JP定义：准数：实验总结得出：由此可估算出外扩散控制时才有工业反应器，G大，aw大，一般可忽略。G(g/m.m.hr)传热过程传质过程传热j因子传质J因子为热扩散系数D为分子扩散系数均为物性参数,G量纲为

8、克/(平方厘米.时)雷诺数施密特数雷诺数普兰德数传质准数传热准数ColburnJ因子法:利用colburnJ　因子法来估算kc及hpJ的定义:J的经验值:虽然可同理由JH求得气固界面给热系数hp，但一般情况下（Re足够大），固定床层中