固定床反应器的设计与分析ppt课件

1、l固定床压力降的计算方法。 l固定床催化反响器拟均相活塞流模型的建立与运用，包括思索内分散的情况。 l绝热式固定床催化反响器催化剂用量的计算方法。l固定床催化反响器的主要类型及其构造特点。 l换热式固定床催化反响器的设计优化问题、参数敏感性问题以及飞温暖失控的景象。l 固定床的轴向与径向传热与传质。 l多段绝热式固定床催化反响器的优化原那么。 l实验室反响器的主要类型和特点。展反响就可以了。展反响就可以了。 物 料 气 产 物 催 化 剂 图6.1-1 绝热床反响器2. 换热式反响器换热式反响器n 换热式反响器以列管式为多。通常是换热式反响器以列管式为多。通常是在管内放催化剂，管间走热载体在管

2、内放催化剂，管间走热载体(在用高在用高压水或用高压蒸汽作热载体时，那么把压水或用高压蒸汽作热载体时，那么把催化剂放在管间，而使管内走高压流体催化剂放在管间，而使管内走高压流体)。 蒸 汽 原 料 调 节 阀 催 化 剂 补 充 水 产 物 图6.1-2乙炔法合成氯乙烯反响器l 反响前后的物料在床层中本人进展换热称作自热式反响器。l 图6.1-3 自热式反响器表示图 TC Tf Tf T0 逆流 并流 T0 1bP 203(1)SLuPfd015011.75ReRe1Sd uf三、质量和热量的轴向分散v 在第五章中，讨论了轴向分散流动问题，其中用彼克列准数来衡量返混程度，其定义为 见148：v

3、v 对于固定床内的流体流动，运用类似的方法描画流体的返混程度，即轴向传质的彼克列准数：v 轴向传热的彼克列准数：pamaudPeDrauLPeDpPaheaudCPe三、质量和热量的轴向分散 实际推导和实验证明： 对于气体：当Re10时，Peam=2. 对于液体： Peam=0.31 讨论 普通以为，彼克列准数的倒数是表征返混大小的一个无因次群。而且当1/Pea0.01时，流体的流动类型接近于平推流模型。在固定床内，普通以为当1/Pea150dp 。7.3固定床反响器的数学模型一、 几个术语非均相模型 对于工业催化反响，在绝大多数情况下必需思索颗粒内外传送过程对反响的影响即思索气流主体、催化剂

4、外外表及内部存在的温度差及浓度差对反响的影响。这种计入传送对反响速率的影响的模型称为非均相模型。一、 几个术语拟均相模型 对于化学动力学控制的催化反响，可以忽略传送对反响的影响即以为催化剂外外表及内部存在的温度及浓度同气流主体完全一样，反响过程的计算好像均相反响。这种不计入传送对反响速率影响的模型称为非均相模型。一、 几个术语 一维模型 只思索沿着气体流动方向上的浓度差和温度差，垂直于流向上的温度分布和浓度分布可忽略不计的模型。 二维模型 必需同时思索轴向和径向上的浓度分布和温度分布的模型。 非均相模型和拟均相模型是对催化剂颗粒内外气体混合物的浓度分布和温度分布的处置方法。 一维和二维模型是对

5、反响器内气流主体中的浓度分布和温度分布的处置方法。 一维、拟均相、活塞流模型是处置气固相催化固定床反响器的最根本模型，普通反响的设计计算可采用此模型。()tmWqh A tt0.82.03Reexp( 6/)ttPtfhddd0.951.26Reexp( 6/)ttPtfhddd/(Re)(Pr)erfab()WRWqh A tt()A APmGSPmH rh atth at2/3(Pr)/A AHPmH rtQjh a A APmPH rQh aC G三、固定床反响器的数学模型n2、物料衡算n 在P112式4.27的根底上进修正，得到固定床反响器的物料衡算式：n n 对于大多数多相催化反响，

6、外分散问题都可处理，即仅思索内分散的影响。n 00AAbAAGdXMdZ 0AAbAAGdXMdZ三、固定床反响器的数学模型n3. 热量衡算n 假设不思索轴向热分散n 由P112式4.26可得：n n 假设流体经过床层时压力变化较大时，其动量衡算：n 初值条件：n Z=0 ， XA=0 ，n T=T0，p=p0n 221pfGdpdZd04ptbArctdTUGCHTTdZd 三、固定床反响器的数学模型n 假设冷却介质的温度在床层中不能视为常数，那么需：n假设流体在床层中流动不满足活塞流假定，那么要在上述方程中迭加轴向分散，详见P192193。n 假设反响中有多个反响，那么需运用物质的量，并且

7、要思索关键组分A的总耗费。详见P192。n 4CCpcctdTUG CTTdZd三、固定床反响器的数学模型n 上述模型方程的根底数据：n 1反响动力学数据n 2热力学数据n 3传送速率数据，如黏度等，n 4催化剂的宏观数据，如孔分布等。00AAbAAGdXMdZ 0ArTAAptHdTdXM C0ptbArdTGCHdZ 0ATTXL0L0L00r00r000rb0,FV,AAAAAAxAAXAbAAxAAXbAAxAAXAAGdxLMXTXTdxXTXTC udxLXTXT或： 加 热 Ta xA=0 最佳温度线 1/rA W2/FA0 Tb xA2 d 等速率线 W1/FA0 冷 xA1

8、冷却 却 xA1 b TC 冷却 c 加热 Ta T 0 xA1 xA2 Td 冷 xA2 却 Te W1 W2 进 1 2 xAi-1 Ti-1 i xAi Ti N 出 图6.3-2 多段绝热床表示图10rbV()AiAixAAixA iFdxrNrrmini=1V =VVi11110()()AiAiAiAixxAAxxiiA iiA iZdxdxTTrTr11111()()AiAiAiAixxAAxxAiAiAiAiAiZdxdxxxrxr11101,21()()AAiAAiA iA ixxxxiNrr1111(1)11()0()()AiAiAAiAiAixAAiAixiA iiA ix

9、xxxdxxxTrTr10()iA iTrl一、概述一、概述l1、对于换热式列管反响器，载热体的合、对于换热式列管反响器，载热体的合理选择，是控制反响温度和坚持反响器理选择，是控制反响温度和坚持反响器操作条件稳定的关键。操作条件稳定的关键。l 载热体的温度与床层反响温度之间的载热体的温度与床层反响温度之间的温度差宜小，但又必需将反响放出的热温度差宜小，但又必需将反响放出的热量带走，因此须有较大的传热系数。量带走，因此须有较大的传热系数。l2、反响管直径普通较小，多为、反响管直径普通较小，多为2035mm。其缘由：一是为了减小催化剂床层的径其缘由：一是为了减小催化剂床层的径向温度差，二是使单位床

10、层体积具有较向温度差，二是使单位床层体积具有较大的换热面积。大的换热面积。l3、与绝热式固定床相比，床层轴向温度、与绝热式固定床相比，床层轴向温度分布比较均匀。特别适宜于强放热反响。分布比较均匀。特别适宜于强放热反响。l1、热量衡算与绝热固定床反响器相比的区别l2、解读P202图7.6，自学。l3、重点掌握：l1、热点-P203l2、最正确进料温度的选择l三、进展复合反响时的分析-引见l1、处置该工程问题的方法l2、重要概念-飞温、敏感性参数l3、进料温度选择原那么。 T2,in T1,f xAf l=0 dl l=L T10 上可用于自热式固定床反响器。000bArptpcccHGCTTGC

11、TT 00AAbAAGXM 000ptArccApcAptGCHTTXTTGCM C0,ptArAptpcGCHM CGC令：00ccATTXTT l并流时取正号，逆流时取负号。并流时取正号，逆流时取负号。l将上式代入下式，即可得自热式反将上式代入下式，即可得自热式反响器床层轴向温度分布微分方程。响器床层轴向温度分布微分方程。ptcpcGCG C00ccATTXTT 04ptbArctdTUGCHTTdZd 7.7 参数敏感性v绝热式、换热式或自热式固定床反响器进展绝热式、换热式或自热式固定床反响器进展放热反响时，床层内部存在热点。绝热固定放热反响时，床层内部存在热点。绝热固定床的热点在固定床

12、的出口，而换热式固定床床的热点在固定床的出口，而换热式固定床那么与许多要素有关。那么与许多要素有关。v热点过高的危害：不仅使副反响增多和加强，热点过高的危害：不仅使副反响增多和加强，导致目的产物的选择性和收率降低，催化剂导致目的产物的选择性和收率降低，催化剂失活，而且能够发生爆炸等事故。失活，而且能够发生爆炸等事故。7.7 参数敏感性v影响热点的要素v 在热点时，dT/dZ=0,有v 或v 从该式可知：WA0、Tc、T0、U/dt都能够影响热点温度，即都能够敏感性参数。0m40bArctUHTTd 0m4bArtcHdTTU 一级不可逆反响的热点温度v假设 ，冷却介质的温度恒定且等于物料的入口温度。A0AA expE/RT C01mAm04CA expE/RTrtbU TTHd热点对应的浓度：令dCAm/dTm=0,有2maxETmax Tc1RTmaxcRT4RT111E2E阅历判据epttc4UNC d keemaxcNN1TTee 01AAB AF dxr S dl111112()()PB AtGS C dTrH S dlU d dl TT12112()PtGS C dTU d dl TT1210000AAlTTTxx11,22,finAA flLTTTTxx