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1、催化反应工程应应 卫卫 勇，江洪波勇，江洪波催化反应工程催化反应工程1催化反应工程催化反应工程化学反应工程化学反应工程 大三大三 已学已学催化反应工程催化反应工程理想流动反应器理想流动反应器活塞流理想置换活塞流理想置换全混流理想混合全混流理想混合化学反应动力学化学反应动力学幂函数型幂函数型 0，0.5，1，1.5，2级等级等双曲型双曲型-理想吸附理想吸附Langmuir，真空吸附真空吸附2硕士硕士 一年一年 催化反应工程催化反应工程动力学动力学集总动力学集总动力学失活动力学失活动力学催化反应器催化反应器气固相固定床反应器气固相固定床反应器气固相流化床反应器气固相流化床反应器气气-液液-固三相悬
2、浮床催化反应器固三相悬浮床催化反应器催化反应工程催化反应工程3O级2级1级 转化率于无关45催化反应器：产量已定催化反应器：产量已定基本问题基本问题：放热反应移热；吸热反应供热放热反应移热；吸热反应供热 以移热为例：换热方式，催化床是绝热的，段间换热；以移热为例：换热方式，催化床是绝热的，段间换热； 内冷自热式内冷自热式 催化床中插入冷管催化床中插入冷管 催化剂装在管内催化剂装在管内可逆放热反应的平衡可逆放热反应的平衡催化反应工程催化反应工程接近平衡推动力减小催化床体积增大接近平衡推动力减小催化床体积增大6固体催化剂颗粒固体催化剂颗粒 传质，压力降传质，压力降流体流动，压力降流体流动，压力降轴
3、向流动，径向流动，轴径向流动轴向流动，径向流动，轴径向流动流体分布流体分布 还有材质，直径，反应器制造，运输还有材质，直径，反应器制造，运输催化反应工程催化反应工程7一合成氨工业中的催化反应器一合成氨工业中的催化反应器Topse s-200型氨合成器型氨合成器看设备图各主要部分气体流动催化剂装卸看设备图各主要部分气体流动催化剂装卸热膨胀热膨胀高温高压设备耐温不受压，耐压不受高温高温高压设备耐温不受压，耐压不受高温二炼油工业中的催化反应器二炼油工业中的催化反应器催化裂化反应器催化裂化反应器催化重整反应器催化重整反应器加氢裂化反应器加氢裂化反应器催化剂粒度催化剂粒度20-10020-100mm的微
4、粒的微粒时间短时间短 2-4 2-4秒，催化剂结焦失活，流态化催化反应器秒，催化剂结焦失活，流态化催化反应器反应器再生器反应器再生器催化反应工程催化反应工程8催化反应工程催化反应工程9三基本有机化工中的催化反应器三基本有机化工中的催化反应器平行平行 连串连串 平行连串反应系统平行连串反应系统反应器进口气体组成，操作压力，操作温度，反应器进口气体组成，操作压力，操作温度，产量产量温度温度深度氧化的副反应，活化能大于主反应，反应热大于主反应的；深度氧化的副反应，活化能大于主反应，反应热大于主反应的；降低温度有利，若温度高，副反应加剧，飞温，可能烧坏降低温度有利，若温度高，副反应加剧，飞温，可能烧坏
5、催化剂，反应器催化剂，反应器平衡常数与温度的关系平衡常数与温度的关系若在某一温度下，平衡常数小，可提高操作压力若在某一温度下，平衡常数小，可提高操作压力移热问题移热问题反应速率与活性温度反应速率与活性温度催化反应工程催化反应工程10流态化技术流态化技术气体分布颗粒的流动特性特征流速气体分布颗粒的流动特性特征流速床层的膨胀与压降气泡行为乳相行为床层的膨胀与压降气泡行为乳相行为流化床的热流化床的热、质传递颗粒夹带与分离数学模型质传递颗粒夹带与分离数学模型催化反应工程催化反应工程111.朱开红，袁渭康编著朱开红，袁渭康编著. 化学反应工程分析，北京：高等教育化学反应工程分析，北京：高等教育出版社，出
6、版社，20022G F Froment, K B Bischoff. Chemical Reactor Analysis and Design 2nd ed. New York: Wkley&Sons, 1990参考书目参考书目催化反应工程催化反应工程教教 材材1.朱炳辰朱炳辰，翁惠新，朱子彬编著翁惠新，朱子彬编著. 催化反应工程，北京：中国催化反应工程，北京：中国石化出版社，石化出版社，200112 催化反应器的数学模型催化反应器的数学模型实例实例 上海焦化有限公司年产上海焦化有限公司年产20万吨甲醇合成反应器万吨甲醇合成反应器 反应器内径反应器内径4m,反应管数反应管数6705根，催化剂根
7、，催化剂44m3 91年年 三联供立项三联供立项 92年年 甲醇合成反应器宏观动力学研究，反应器模拟设计甲醇合成反应器宏观动力学研究，反应器模拟设计 94年年 南化机反应器制造完成，从长江浮运到黄浦江南化机反应器制造完成，从长江浮运到黄浦江 95年年 开车成功开车成功催化反应工程催化反应工程13兖矿鲁南化工公司年产兖矿鲁南化工公司年产10万吨甲醇装置万吨甲醇装置1995年年 筹建筹建1998年年3月月 华东理工大学提交反应器基础设计华东理工大学提交反应器基础设计1999年年 反应器制造完成反应器制造完成2000年初年初 安装安装2000年年5月月 投产成功，产品达到美国投产成功，产品达到美国U
8、S AA级级 甲醇标准甲醇标准催化反应工程催化反应工程14反应器模拟设计必须具备的条件反应器模拟设计必须具备的条件1 1 反应过程：反应过程：反应物系、催化剂、操作条件、转化率、选择性、收率反应物系、催化剂、操作条件、转化率、选择性、收率2 热力学：热力学： 物性参数、粘度、导热系数、扩散系数、状态方程、平衡物性参数、粘度、导热系数、扩散系数、状态方程、平衡 常数、逸度系数、反应热常数、逸度系数、反应热3 反应动力学：反应动力学： 4 质量、热量传递过程：质量、热量传递过程：催化反应工程催化反应工程15 一一. . 基础数学模型基础数学模型1 一维拟均相理想置换模型一维拟均相理想置换模型2 2
9、 一维非均相理想置换模型一维非均相理想置换模型 催化反应工程催化反应工程163 3 二维拟均相数学模型二维拟均相数学模型 4 4 一维非均相返混模型一维非均相返混模型催化反应工程催化反应工程17二二. 基本计算方程基本计算方程 建立模型建立模型 催化反应工程催化反应工程18 三. 最佳操作参数最佳操作参数 1. 1. 反应温度反应温度催化反应工程催化反应工程192. 2. 操作压力操作压力 3. 反应物的初始组成反应物的初始组成4. 空速空速5. 催化剂的颗粒催化剂的颗粒催化反应工程催化反应工程201 绝热反应器催化反应工程催化反应工程21单管逆流反应器管壳型反应器催化反应工程催化反应工程22催化反应工程催化反应工程23 作业（习题作业（习题1 1）：）：催化反应工程催化反应工程24
