化学反应工程第七章PPT课件

.,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、,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,.,10,7.2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，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