化学反应器设计操作与控制二组_第1页
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文档简介

化学反应器设计操作与控制二组第1页/共20页催化剂的物理性状比表面积指每克催化剂的表面积，记为，单位为m2/g。空隙率指催化剂床层的空隙体积与催化剂床层总体积之比，用ε表示。表观密度又称假密度或颗粒密度，即包括催化剂颗粒中的孔隙容积时，该颗粒的密度，记为，单位为g/cm3。堆积密度又称填充密度，是对催化反应床层而言。即当催化剂自由地填入反应器中时，包括床层中的自由空间，每单位体积反应器中催化剂的质量。记为，单位可用g/cm3、g/l或kg/m3表示。第2页/共20页固定床特性体积相当直径dV：用体积相同的球形颗粒的直径表示非球形颗粒的直径。

球粒：

非球粒：VP

VP=VS

第3页/共20页面积当量直径da：用面积相同的球形颗粒的直径表示非球形颗粒的直径。

球粒：

非球粒：AP

AS=AP

第4页/共20页比表面相当直径dS：用比面积相同的球形颗粒的直径表示非球形颗粒的直径。比表面积Sg:m2/m3:单位体积的催化剂所具有的表面积。m2/g:单位质量的催化剂所具有的表面积。

球粒：非球形颗粒：

=第5页/共20页形状系数：用体积相同的球形颗粒的外表面积比上非球形颗粒的外表面积。

第6页/共20页三种直径的关系：

dS=

dV=第7页/共20页平均直径算术平均直径：调和平均直径：几何平均直径：第8页/共20页固定床当量直径de

de=4RH=4

式中：dS:比表面当量直径

第9页/共20页固定床反应器中流体流动特性

流体在固定床中的流动的复杂性在床层径向，流速分布不均匀，滞流、过渡流、湍流同时存在径向、轴向返混同时存在。固定床流体流动模型流体流动由两部分合成：一部分为流体以平均流速沿轴向作理想置换式流动；另一部分为流体的径向和轴向的混和扩散。使气体分布均匀的办法

a.使催化剂各部位阻力相等。

b.采用气体分布器。如分布锥、分配头、设栅板等。

c.附加导流装置。第10页/共20页流体通过固定床的压力降压降产生原因：摩擦阻力ΔP1：由于流体颗粒表面之间的摩擦产生。局部阻力ΔP2：流体在孔道内的收缩、扩大及再分布所引起的。

第11页/共20页压降的计算

ΔP=ΔP1+ΔP2

=

Pa

式中混合物的粘度

kg/m.s第12页/共20页简化式：当时：ΔP=ΔP1当ReM>103时：ΔP=ΔP2设计要求：ΔP≤15%工业上降低压力降的办法：↑ε、↓L0、↓uOG、↑dS等第13页/共20页固定床反应器内的传质与传热

第14页/共20页固定床反应器内的传质传质过程：外扩散、内扩散催化反应的总速度考虑内扩散和动力学后的总速度才是实际催化反速度η=0.01~1η=1动力学控制η<1内扩散控制

催化剂的有效系数η第15页/共20页传热过程传热过程分析：以放热反应为例反应热从催化剂的内表面向外表面传递。反应热从催化剂的外表面向气相主体传递。反应热少部分由反应后的物料沿轴向带走，大部分沿径向通过催化剂和流体构成的床层传到器壁，再由热载体带走第16页/共20页床层对壁总给热系数αt的计算：w/m2.℃dQ=αt(Tm-Tw)dA=αtdt(Tm-Tw)dl式中：αt

：由为利瓦提出第

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