设备第九章 固定床反应器 纲要.doc

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1、第九章固定床反应器纲要定义：凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。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平推流③停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节④可在高温高压下操作固定床反应器缺点:①固定床中的传热较差；②催化剂的再生、更换均不方便，催化剂的更换必须停产进行。③不能使用细粒催化剂固定床反应器分类:固定床反应器按反应中与外界有否热量交换可以划分为两大类：绝热式和换热式。绝热式:单段绝热床、多段绝热式反应器换热式：对外换热式和

2、自身换热式。单段绝热床：适用于反应热效应较小、反应温度允许波动范围较宽、单程转化率较低的场合。自热式固定床反应器只适用于反应热效应不大的放热过程.表征固定床床层特点的主要参数有哪些？催化剂直径、形状系数、床层空隙率、当量直径。床层空隙率与那些因素有关？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。床层空隙率的大小会对固定床反应器那些方面产生影响?床层空隙率的大小会影响固定床反应器中流体的流动、传质及传热。即:床层空隙率对床层压力降、有效导热系数和比表面积（单

3、位体积床层颗粒的外表面积）均有较大影响，因此空隙率的大小会影响流体的流动、传质及传热。固定床反应器中的速率控制步骤:动力学控制（表面过程控制）的过程有三种可能情况，一为反应物的吸附控制，即反应物的吸附最慢而且比其他步骤慢很多，二为表面化学反应控制，三为产物的脱附控制。浓度分布的特征是操作现场（或实验中）的表现*为，提高操作温度反应器出口处的转化率会增加。内扩散控制发生的场合*是，颗粒大，因而内扩散阻力大，内扩散速度小；温度高因而化学反应速度快；气速高因而外扩散速度大。内扩散控制过程浓度分布特征是

4、ｃＡｇ≈CAS＞＞CAC≈CAeq。实验现象：同样的反应器、同样操作条件下，减小催化剂颗粒的尺寸，最终转化率会增大，而升高温度、增加气速对转化率影响不大。外扩散控制外扩散控制过程浓度分布的特征是CAg>>CAS≈ｃＡｅ≈cAeq。操作现场（或实验）表现：是提高温度出口转化率ｘＡｆ增加不多（实为（-ｒＡ）增加不大），但提高气速，xAf不减少，甚至增加。固定床反应器中的传质:外扩散/内扩散的存在使原料浓度降低,不利于高级数的化学反应进行.固定床中的传热方式*：①热量通过空隙中的流体以对流、传导和辐射

5、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床层与器壁的传热固定床反应器为什么传热效果差？由于固体催化剂本身不是热的良导体，在固定床反应器内床层固定不动，固体催化剂颗粒较大,气速不高，换热面更新慢，不利于传热。因此固定床反应器内传热效果差。固定床反应器工艺计算的内容*有三个方面：一是反应器的有效体积即催化剂装填量的计算，二是床高和床径的计算，三是传热面积和床层压力降的计算。计算方法：经验

6、计算法、数学模型法。