第六章 固定床反应器

.,第六章固定床反应器,漳州师范学院化学与环境科学系陈建华,.,6.1概述一:固定床反应器1.定义：凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置。2.优缺点：催化剂不易磨损。床层内流体平推流，较少量催化剂可获较大生产能力。传热较差。,.,二.固定床反应器型式：1.绝热床反应器床内没有换热装置典型例子是乙苯脱氢制苯乙烯。,图6-1:绝热床反应器,水蒸气作用：可安全地过热到高温。热容量大，可带入大量显热，还起稀释作用,清除积炭。,.,两个绝热层间加换热器；在层加换热盘管；有多层传热；用外加物料中间直接冷激；用原料气中间冷激。,绝热床反应器分为:单段与多段,多段绝热床反应器：,图6-2:多段绝热床反应器的各种方式,.,2.换热式反应器：以列管式为多3.自热式反应器：反应前后物料在床层中自己进换热三.数字模型描述固定床反应器的数字模型分为拟均相和非均相两类。拟均相模型：忽略床层中粒子与流体间温度与浓度的差别。非均相模型：考虑床层中粒子与流体间温度与浓度的差别。,.,流体在固定床反应器内的传递特性,气体在催化剂颗粒之间的孔隙中流动，较在管内流动更容易达到湍流。气体自上而下流过床层。,.,床层空隙率B：单位体积床层内的空隙体积（没有被催化剂占据的体积，不含催化剂颗粒内的体积）。若不考虑壁效应，装填有均匀颗粒的床层，其空隙率与颗粒大小无关。,.,壁效应：靠近壁面处的空隙率比其它部位大。为减少壁效应的影响，要求床层直径至少要大于颗粒直径的8倍以上。,.,颗粒的定型尺寸最能代表颗粒性质的尺寸为颗粒的当量直径。对于非球形颗粒，可将其折合成球形颗粒，以当量直径表示。方法有三，体积、外表面积、比表面积。体积：(非球形颗粒折合成同体积的球形颗粒应当具有的直径）外表面积：(非球形颗粒折合成相同外表面积的球形颗粒应当具有的直径）,.,比表面积：(非球形颗粒折合成相同比表面积的球形颗粒应当具有的直径）混合粒子的平均直径：（各不同粒径的粒子直径的加权平均）,.,气体流动通过催化剂床层，将产生压降。压降计算通常利用厄根（Ergun）方程：,.,厄根（Ergun）方程可用来计算床层压力分布。如果压降不大，在床层各处物性变化不大，可视为常数，压降将呈线性分布（大多数情况）。,.,例6.1在内径为50mm的管内装有4m高的催化剂层，催化剂的粒径分布如表所示。催化剂为球体，空隙率B=0.44。在反应条件下气体的密度g=2.46kg.m-3，粘度g=2.310-5kg.m-1s-1，气体的质量流速G=6.2kg.m-2s-1。求床层的压降。,.,解：求颗粒的平均直径。计算修正雷诺数。,.,计算床层压降。,.,固定床催化反应器的设计,绝热型换热型,.,.,操作方式：绝热、换热和自热三种；操作方式的不同，反应器的结构就不同。操作方式由反应的热效应和操作范围的宽窄及反应的经济效益等决定。从反应器的设计、制造及操作考虑，绝热型比较简单。从设计上讲，基本方程是一样的。,.,设计固定床反应器的要求：1.生产强度尽量大2.气体通过床层阻力小3.床层温度分布合理4.运行可靠，检修方便计算包括三种情况：1.设计新反应器的工艺尺寸2.对现有反应器，校核工艺指标3.对现有反应器，改进工艺指标，达到最大生产强度。,.,模型化,对于一个过程，进行合理的简化，利用数学公式进行描述，在一定的输入条件下，预测体系输出的变化。对同一个体系，根据不同的简化和假定，可以构造不同的模型。不同的简化和假定，也决定了模型必然含有一些参数，以修正模型与实际体系的差异。根据不同的简化和假定，分为几种不同层次的模型。,.,对于固定床反应器，一般有以下模型：一维拟均相平推流模型一维拟均相带有轴向返混的模型二维拟均相模型二维非均相模型二维非均相带有颗粒内梯度的模型,.,一维：参数只随轴向位置而变。二维：参数随