《化学反应工程第七章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学反应工程第七章（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第七章 多相催化反应器的设计与分析,2,7.1 固定床内的传递现象,固定床催化剂内的传质与传热 固定床催化剂与流体相间的传质与传热 固定床床层内径向传质与传热 固定床床层内轴向传质与传热,3,7.1.1 固定床内的流体流动,固定床同一横截面处径向空隙率不相等 床层直径与颗粒直径比越大，床层空隙率分布越均匀 空隙率其它影响因素：催化剂形状、粒度分布以及装填方式,图7.1 固定床空隙率的径向分布,4,固定床径向流速分布,5,固定床压降的计算流体流动的压力损失,层流,颗粒的粘滞曳力，即流体与颗粒表面间的摩擦,湍流,流体流动过程中孔道截面积突然扩大和收缩 流体对催化剂颗粒的碰撞 流体的再分布,u0
2、、,P188,例7.1,6,7.1.2 固定床内轴向质量和热量扩散,轴向质扩散与热扩散,结论 工业固定床反应器流动大多数可采用活塞流描述 实验室固定床反应器流动可能不能满足活塞流的要求,2 气体 0.31 液体,0.6,7,图7.2固定床反应器的径向温度分布,7.1.3 固定床内径向传质与传热,8,固定床内径向传热热阻 （1）床层本身 （2）器壁上层流边界层 （壁膜传热系数hw）,颗粒接触处的热传导 相邻颗粒周围的边界层的传导 颗粒间的辐射 颗粒内的传导 流体流动的贡献,床层总热阻 （总传热系数ht）,9,径向总传热系数ht的关联式,球形颗粒,圆柱形颗粒,径向传质,513 多数10,10,7.
3、2 固定床反应器的数学模型,模型分类依据,催化剂颗粒内部,催化剂外表面 与流体相主体,反应器径向,反应器轴向,（拟）均相与非均相模型,一维与二维模型,（3）有径向浓度和温度分布的二维模型,非均相模型分类,（1）活塞流模型（一维）,（2）有轴向返混的一维模型,11,1.活塞流模型,模型假设,考虑内外扩散,考虑轴向浓度温度压力分布（忽略扩散）,忽略径向浓度温度速度分布,模型方程,12,边界条件,2.轴向扩散模型,13,7.3 绝热式固定床反应器,7.3.1 绝热反应器的类型,14,7.3.2 绝热式固定床反应器催化剂用量（单段）,15,例7.2 某固定床反应器0.1013MPa下燃烧处理含苯酚废气
4、，处理量Q=1200m3/h，苯酚质量分数为800mg/kg，T0=403K，要求燃烧后苯酚质量分数为100mg/kg。催化剂直径8mm，该催化剂上苯酚燃烧为一级反应，k=7.03*106exp(-5000/T),min。忽略外扩散阻力，试计算催化剂用量。,思路,16,（1）求有效扩散系数,（2）求内扩散有效因子,17,（3）温度与转化率关系,18,7.3.3 多段绝热式固定床反应器,图7.4 间接换热式三段 固定床反应器T-XA图,19,催化剂用量最少*,产品成本最低,产量最大,20,在规定的进、出口转化率下，存在一最佳的进口温度，使催化剂总用量最少。,为保证催化剂总用量最少，任何一段的出口
5、转化速率应等于下一段进口的转化速率；,21,7.4 换热式固定床,图7.5 换热式固 定床反应器,7.4.2 单一反应,22,23,7.4.3 进行复合反应时的分析,24,25,26,7.5自热式固定床,逆流,并流,图7.9 不同流向自热式固定床反应器轴向温度分布,27,反应放热 反应气升温的热量 原料气升温的热量,并流,28,逆流,并流,逆流自热式,29,影响因素： 进料浓度，进料温度，冷却介质温度， 空速（换热系数),7.6 参数敏感性,热点,冷却介质温度,进料浓度,一级不可逆放热反应,30,7.8 实验室催化反应器,7.8.1 气固催化反应动力学测定基本要求,固定床催化剂内的传质与传热 固定床催化剂与流体相间的传质与传热 固定床床层内径向传质与传热 固定床床层内轴向传质与传热,等稳操作 反应气体保持理想流型全混流最理想，其次活塞流,31,7.8.2 动力学研究常用催化反应器类型,1. 积分反应器,方法：改变FA0，其它条件如温度、进料组成等保持不变，测定出口转化率与W/ FA0的关系,2. 微分反应器,32,方法：改变XA0，测定出口转化率XA与XA0的关系 优点：易于实现等温操作 缺点：要求分析精度高，需配制不同组成的气体,3. 外循环反应器,优点：轴向浓度梯度接近于0；易于实现等温操作,33,4. 内循环反应器,
