多相催化反应器的设计与分析 PPT课件.ppt

1、单一反应过程中转化率和温度的变化 由 得 P D M N Q K B F A E G H T XA 换热式固定床反应器的T-XA图（可逆放热反应） 平衡曲线 最 佳 温 度 曲 线 冷 却 介 质 的 温 度 绝热线 热点 T Z 列管内温度与Z的关系 结论： （1）进料温度太高或太低都会偏离最佳温度曲线太远，因此存在一个最佳进料温度，图中以E为最佳进料温度。 （2）无论哪一条曲线，反应初期都偏离最佳温度曲线甚远，但此时反应速率比反应后期大，偏离最佳温度线的影响较小 （3）评价T-XA曲线的优劣主要看反应中后期接近最佳温度曲线的程度。 7 多相催化反应器的设计与分析 Design and Analysis of Multiphase Catalytic Reactor 固定床内的传递现象 固定床反应器的数学模型 绝热式固定床反应器 换热式固定床反应器 自热式固定床反应器 参数敏感性 流化床反应器 实验室催化反应器 7 多相催化反应器的设计与分析 Contents 　气－固相催化反应器的基本类型 固定床反应器优缺点 优点： ① 固定床中催化剂不易磨损； ② 床层内流体的流动接近于平推流，与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。 ③ 由于停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和转化率，在大规模的化工生产中尤为重要。 　缺点： ① 固定床中的传热较差； ② 催化剂的更换必须停产进行。 流化床反应器的优缺点 优点： ① 催化剂颗粒小，内扩散阻力小； ② 传热效果好，温度易于控制； ③ 固体颗粒移进移出方便。 　缺点： 催化剂可反应器磨损严重； 返混严重； 放大效应显著。 7.7.1. 固定床内的流体流动 1.基本概念的介绍 （1）空隙率：颗粒群堆积成的床层的疏密程度。 ε=（床层体积-颗粒体积）/床层体积=颗粒间空隙/床层体积 影响因素：颗粒的大小、形状、粒度分布与充填方式。 （2）壁效应：壁面附近床层的空隙率总是大于床层内部，较多的流体必趋向近壁处流过，使床层截面上流体分布不均匀。 （3）固定床压力降：流体流过固定床时所产生的压力损失。 7.1 固定床内的传递现象 r/dp ε 0 10 40 50 20 30 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 60 70 拉西环 dt/dp=13.4 圆柱 dt/dp=13.4 r/dp ε 0 10 40 50 20 30 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 60 70 鲍尔环 dt/dp=6.7/13.4 dt/dp=8.85 dt/dp=13.6 球 固定床空隙率的径向分布 2.小结： 真实床层径向空隙率分布不均匀，在距壁面约1～2倍粒径处，空隙率最大。 床层直径与颗粒直径之比越大，空隙率分布越均匀。 由于空隙率分布不均匀。造成径向流速分布不同于空管。 为了消除壁效应，一般，管径与粒径之比应大于8。 3.压力降计算公式 影响最大的因素：u0、? 流动阻力 颗粒的粘滞曳力 局部阻力 7.1.2、质量和热量的轴向扩散 （1）轴向质扩散的贝克莱数 （2）轴向热扩散的贝克莱数 （3）由轴向混合模型得出轴向返混等同于N个全混釜串联 Pem=2(气体)/0.3～1(液体) 对于等温固定床，N>50，可当作活塞流处理； 对于非等温固定床，一般N>150才能当作活塞流 ≈0.6（固定床） 7.1.3、径向传质与传热 （1）径向传热 径向传热的热阻由两部分组成： 床层本身和器壁上的层流边界层。 床层传热方式： a.颗粒接触面的传导；b.相邻颗粒周围边界层传导；c.颗粒间辐射；d.颗粒内的传导；e.对流传热； a b c d e 固定床的径向传热系数的经验公式（包括径向传热和壁面传热）： 球形颗粒： 圆柱形颗粒： 床层的传热可用径向有效导热系数?er来表示，经验式较多； 壁膜传热系数hw无满意关联式。 (2)、径向传质 由于向上或向下运动的流体撞击到固体颗粒时产生再分散和为了躲开固体颗粒而改变流体的流向所致。 当Re>20时，(Per)m=dpu/Dr=10 对于直径为dt的固定床层，若用N个混合釜串联来模拟其径向混合情况： N=（dt/2dp)(Per)m=5 dt/dp 结论： N≠1，床层横截面上的浓度也就不可能均一，径向浓度剃度总是存在，且随着dt/dp降低，N也降低。 dt/dp＜5，床层内流体极不均匀，易造成流体的短路。 Lr/dp足够大，固定床轴向返混可忽略，改变dt/dp使径向浓度分布均匀很难。 ? 轴向： ? 等温时，若用N个等体积的全混釜来描述固定床内气体的流动状况，则N等于50或更大。 ? 对工业固定床反