第七章 多相催化反应器的设计与分析(复习).doc

第七章 多相催化反应器的设计与分析一、固定床内的流体流动1、固定床结构表征的主要参数为床层空隙率，受颗粒的大小、形状、粒度分布、颗粒直径以及床层直径等素影响。2、同一横截面上空隙率是不均匀的，在距离壁面上约12倍粒径处最大，床中心最小称为壁效应。在流体流过床面时, 流速受流过的空隙的影响而不均匀，空隙率越大，流速越大。3、固定床层压力降（欧根公式）：（1）对床层压力降影响最大的是床层的空隙率和流体的流速；（2）流速下降, 压力降减小, 但床内的传热和传质变差；（3）颗粒直径增加, 空隙率增加, 压力降减小, 但在颗粒内部的传热和传质相应改变, 存在一个最佳的粒径。二、固定床反应器的数学模型1、数学模型的分类A.拟均相模型不考虑流体与催化剂间差别，即不考虑流体与催化剂之间的传热和传质，认为流体中的温度和浓度与催化剂表面上的温度和浓度是相同的。A: 理想流动基础模型即同PFR计算方法相同，但反应速度采用宏观反应速率。 物料衡算式其中速率为以催化剂重量为基准的反应速率 热量衡算式A: A+轴向混合 径向温度和浓度相同，轴向引入有效导热系数和有效扩散系数，表面壁面传热系数。A: A+径向混合 B.非均相模型考虑流体与催化剂之间的传热和传质，认为流体中的温度和浓度与催化剂表面上的温度和浓度是不相同的。2、模型方程需要具备的基础数据反应动力学数据、热力学数据、传递速率数据，催化剂的宏观结构数据。三、绝热式固定床反应器1、固定床反应器的类型绝热式（单段、多段间接换热式、原料气冷激式、非原料气冷激式）、换热式、自热式。2、单段绝热反应器适用的场合（1）反应热效应较小的反应；（2）温度对目的产物收率影响不大的反应；（3）虽然反应热效应大，但单程转化率较低的反应或者有大量惰性物料存在，使反应过程中温升小的反应。3、冷激式与间接换热式绝热固定床反应器的区别冷激式换热器数目减少，各段温度调节简单灵活，流程简单。4、固定床绝热反应器的催化剂用量四、换热式固定床反应器1、载热体的合理选择和影响因素是控制反应温度及保持反应器操作稳定的关键，温度差宜小,传热系数较大(面积一定)200-加压热水250-300 -有机油(挥发性要较低,如导生油)300-500 -熔盐500 以上,一般用烟道气反应过程要求的温度高低、反应热效应的大小和反应对温度波动敏感程度的不同都对载热体的选择有影响。2、换热式固定床反应器进行单一反应时温度的控制（1）对不可逆反应和可逆吸热反应,应使反应温度尽可能地高，并力图做到床层温度均匀；（2）可逆放热反应，维持最佳温度变化可使反应速度保持在最大速率，因此转化率与温度的变化关系与最佳温度曲线尽量接近。3、热点温度热点温度，可逆放热反应时床层轴向温度的最大点。其位置与数值高低是反应器操作控制的一个重要依据，可判断反应器运转的情况，床内的温度不可能超过热点温度。4、换热式固定床与绝热式固定床的区别换热式固定床床层轴向温度分布相对比较均匀。五、自热式固定床反应器自热式固定床反应器分逆流和并流两种情况，逆流的优点是原料气进入床层后能较快地升温而接近最佳温度，缺点是反应后期易于过冷；并流的优点是后期降温较慢，而前期升温较慢则是其不足。六、温度敏感性了解操作变量、反应混合物的性质和反应器的传热能力对热（冷）点温度的影响，即为参数的敏感性问题。其中最值得注意的是冷却介质温度、进料温度及浓度。七、流化床反应器八、实验室催化反应器 1、无梯度反应器: 人为消除器内浓度和温度的四种不同梯度(轴、径向，主流体与粒子外表面、粒子外表面与内表面