chap气固固定床反应器

1、1234反应器反应器设计基本原则设计基本原则 1、 设计基础点：根据工艺条件和工程实际，设计基础点：根据工艺条件和工程实际，用反应工程观点确定最佳工艺操作条件用反应工程观点确定最佳工艺操作条件 2、催化床类型和结构要适宜：涉及制造、催化床类型和结构要适宜：涉及制造、检修和催化剂装卸等检修和催化剂装卸等 3、反应器内件设置要合理：床层结构、内反应器内件设置要合理：床层结构、内管布置、流体分布、测温测压元件布置等管布置、流体分布、测温测压元件布置等 4、机械结构要可靠：如高温高压下的机械机械结构要可靠：如高温高压下的机械强度和温差应力等强度和温差应力等5均相反应器设计：均相反应器设计：PFR和和C

2、STR（一维）（一维） 根据动力学分：拟均相、非均相根据动力学分：拟均相、非均相 根据考虑的空间维数分：一维模型和二维模型根据考虑的空间维数分：一维模型和二维模型反应属于化学动力学控制，催化剂颗粒表反应属于化学动力学控制，催化剂颗粒表面、内部、外部浓度均一，传递阻力可忽略，计算面、内部、外部浓度均一，传递阻力可忽略，计算过程与均相一样，称为过程与均相一样，称为“拟均相拟均相”模型模型不单独不单独考虑催化剂的存在，仅计及一个反应源项即可。考虑催化剂的存在，仅计及一个反应源项即可。6反应属于扩散和化学动力学共同控制时，反应属于扩散和化学动力学共同控制时，则催化剂颗粒表面、内部、外部浓度不均一，传递

3、则催化剂颗粒表面、内部、外部浓度不均一，传递阻力或传递与动力学阻力不可忽略，应计及催化剂阻力或传递与动力学阻力不可忽略，应计及催化剂的存在和计算宏观反应速率，称为的存在和计算宏观反应速率，称为“非均相非均相”模型。模型。一般工业上的外扩散阻力可略而不计。一般工业上的外扩散阻力可略而不计。只考虑反应器中沿气流方向上的浓度梯只考虑反应器中沿气流方向上的浓度梯度和温度梯度（即传递和反应效应）。度和温度梯度（即传递和反应效应）。除考虑反应器中沿气流方向上的浓度除考虑反应器中沿气流方向上的浓度差和温度差外，还考虑垂直于气流方向上的浓度差和温度差外，还考虑垂直于气流方向上的浓度梯度和温度梯度的反应器数学模

4、型。梯度和温度梯度的反应器数学模型。789颗粒密度颗粒密度床层堆积密度，床层堆积密度，床层体积床层体积颗粒体积颗粒体积床层体积床层体积空隙体积空隙体积PBPBBPBVV 1111011VSSdVdV 31366 球球形形体体积积：12aSSdSdS 212 球球形形外外表表面面积积：SSVSSSVSVSddddVSS666632 球球形形比比表表面面积积：iimiimdxddxdxdxd1 1221113：床层空隙率气体密度颗粒当量直径：床层高度空塔气速：平均流速修正的雷诺数，式中：BgsmBggmsememsmgBBemdLuudRRduRLP:1:175. 11502314VBBeeBmg

5、gegeSdduuudldpuddldpudlp)1 (44 :/ 212 2 2润湿周边流通截面积直径）：当量床层直径（水力常以空塔气速表示：流速）：流体实际流速（空隙：气相密度；度变化；单位床层高上的压力强化工原理：15修正雷诺准数其中：中得代入式、将而比当量直径：总的润湿面积床层空隙体积润湿周边有效截面积水力半径：颗粒润湿比表面积：ememBBsgmgemesBBHeVseBHssBeRRfdudldpuddldpuddRdSdSRVSS )(431 21)1 (324 /6)1 (32216影响极大的大小对流动和压降的由此可见，床层空隙率解为床层填充均匀，则方程对较小，温度变化不大，压

6、降相如果流体通过床层时的方程：得的经验关联式：与smgBBemsmgBBememememBggmsggeeduRLPduRdldPRRRududR2323175. 1150 175. 1150 Ergun75. 115032)1 (32 171901)44. 01 (103 . 22 . 61096. 3)1 ( 2 96. 390. 615. 060. 425. 040. 360. 0 15311BgsemiisGdRmmdxd）计算修正雷诺准数（）求颗粒的平均直径解：（18PaLdGRLduRpgsBBemsmgBBem5323232310898. 1 446. 2)1096. 3(2 .

7、 644. 044. 0175. 11901150 175. 1150 175. 1150- 3 ）计算床层压降（1920绝热型 换热型21222324 smgBBemduRdldP23175. 1150 2500)1)(AmBAAcuRdldx00)(AmBAAcuRdldx出AxAAARrdxCVV00026wtBAgpmTTdhRHCudldT04)1)()(127wtBAgpmTTdhRHCudldT04)1)()(1smgBBemduRdldP23175. 115000)1)(AmBAAcuRdldx28LduRppsmgBBem230175. 115000)1)(AmBAAcuRd

8、ldxAxAABAmLRdxcudlL0000)()1 (29wtBAgpmTTdhRHCudldT04)1)()(1)(4)(4)()1 (000AAtAmAtBwxfdldxhHdcuThRHdTT00)1)(AmBAAcuRdldx30gpmABCuRHdldT)()(1 (smgBBemduRdldP23175. 115000)1)(AmBAAcuRdldx31LduRppsmgBBem230175. 1150为绝热温升 )( )()(00000AAgpAgpmmAAxxTTCHcCuuHcdxdTAxAABmARdxucL000)(132否则熄火（升温），反应一段时间必须给热 0)(

9、 0)( 0pgAccHH上图反向）反应一段时间应降温（ 0)( 0)( 0pgAccHH33343503637out4in4out3in3out2in2out1in1xx4xx3xx2xx10ATxrdxTxrdxTxrdxTxrdxFW,38X1in,T1inX1out,T2inX2outT3inX3outT4inX4out第一段第二段第三段第四段39XT0400,1,20dxTTxrrTxrdxTTxrdxFWinXXXXinXXAoutinoutinoutin41速率。等于前一段的出口反应后一段的入口反应速率少，无论中间转化率是多即：变上限定积分的偏微分。使两段催化剂之和最小选取中间转

10、化率TxrTxrTxrTxrTxrdxTxrdxxXXTxrdxTxrdxFWFWiniiioutiiniiioutiXXiXXiioutiniioutXXiXXiAiAioutiiniioutiinoutiiniioutiin,0,1,10,111111101011114201,01,01,01442444433333233332222222222111112144332211dxTrrTXrTXrdxTrrTXrTXrdxTrrTXrTXrdxTrrinXXininoutoutinXXininoutoutinXXininoutoutinXXoutinoutinoutinoutin第四段：第三、四段之间：第三段：第二、三段之间：第二段：第一、二段之间：第一段：43 七个方程，七个未知数，可能是唯一解。 讨论：从TX图上看：XT0二氧化硫氧化反应TX图示意440122BAAAZRdldCudlCdE04122rioBApgZTTdhHRdldT