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1、项目二 固定床反应器的工作原理,催化剂床层特性 流体在固定床中的流动特性 固定床反应器中的传质与传热,催化剂床层特性,一、催化剂颗粒直径与形状系数 球形颗粒直接用直径来表示其大小；而非球形颗粒常用与球形颗粒作 对比所得到的相当直径来表示其大小。颗粒的形状是用形状系数来表示的。 1. 体积相当直径 式中 dV体积相当直径，m； Vp非球形颗粒的体积，m3。,2. 面积相当直径 式中 da面积相当直径，m； Ap非球形颗粒的外表面积，m2。 3. 比表面相当直径 式中 Sv非球形颗粒的比表面积， 。,则 式中 ds比表面相当直径，m。 在研究流体力学时，常用体积相当直径；而在研究传质传热时，常用面
2、 积相当直径。,4. 平均直径 式中 dp颗粒的平均直径，m； xi各种筛分粒径所占的质量分数； di质量分数为xi的筛分颗粒的平均直径，m。 其中 同一筛分颗粒上下筛目尺寸，m。,5. 形状系数 式中 Aa与球形颗粒等体积的非球形外表面积，m2。 形状系数 反映了非球形颗粒与球形颗粒的差异程度。对球形颗粒 来说 ；对非球形颗粒， 1。 三种相当直径间的关系为：,实验结果表明，空隙率在径向上分不是不均匀的。空隙率在贴壁处达到 最大值，而床层中部空隙率较小。将器壁对空隙率分布的影响以及由此造成 的对流流动、传热、传质的影响称为壁效应。,二、床层空隙率,床层空隙率是指颗粒间的自由体积与整个床层体积
3、之比。,式中,床层空隙率,催化剂颗粒密度，Kg/m3,催化剂床层堆积密度，Kg/m3,三、固定床的当量直径,固定床的当量直径就是4倍的水力半径，即 则： 式中 当量直径，m； 水力半径，m； 床层比表面积，m2/m3。,流体在固定床中的流动特性,一、流动特性 床层内流体的流动分为两部分：一部分是流体以平均流速沿轴向作理想 置换流动；另一部分为流体的径向和轴向的混合扩散，包括层流时的分子扩 散和湍流时的涡流扩散。 二、气体的分布 在气固相反应器中，流体在径向上的分布式不均匀的，因此，提高床层 内气体流速分布的均匀性对降低返混，提高反应器生产能力和反应选择性具 有重要意义。 提高气体分布均匀性的方
4、法有： 催化剂大小要均匀； 消除气体初始动能。,三、床层压降,压降产生的原因 流体与颗粒表面间的摩擦阻力 流体在通道内的收缩、扩大与撞击颗粒、变向分流等引起的局部 阻力。 压降的计算（欧根公式） 流体在圆管中等温流动时的压力降,当 10时为层流， ；,当 1000时为充分湍流， 。,设计要求：P15%P（操作） 工业上降低压力降的办法：、L、uO、dS等。,固定床反应器中的传质与传热,一、固定床反应器中的传质 固定床反应器中的传质过程包括： 外扩散、内扩散、混合扩散（轴向扩散和径向扩散） 轴向扩散是由于催化剂颗粒粒度分布而引起的；径向扩散则是由于催 化剂床层空隙率引起的。 催化反应的总速度,二、固定床反应器中的传热,传热过程分析 整个固定床的传热包括：颗粒内传热、颗粒与流体间的传热、床层与 壁间的传热； 在工程计算中，一般进行简化处理：催化剂颗粒假设为等温体，忽略 颗粒内部、颗粒在流体间和床层径向传热阻力，床层的传热阻力全部集中 在管壁处。 床层对壁总传热 系数 假设床层为等温体（Tm），总传热速率方程为： 当床层被加热时： 当床层被冷却时：,
