第3章 催化反应器设计概论ppt课件

1、第三章 催化反响器设计概论第一节第一节 催化反响器根本类催化反响器根本类1 气气-固相固定床催化反响器固相固定床催化反响器2 气气-固相流化床催化反响器固相流化床催化反响器3 气气-液液-固三相悬浮床催化反响固三相悬浮床催化反响器器催化反响工程催化反响工程催化反响器：产量已定催化反响器：产量已定根本问题：放热反响移热；吸热反响根本问题：放热反响移热；吸热反响供热供热 以移热为例：换热方式，催化床是绝热的，以移热为例：换热方式，催化床是绝热的，段间换热；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响的平衡可逆放热反响的平衡催化反响工程

2、催化反响工程接近平衡推进力减小催化床体积增大接近平衡推进力减小催化床体积增大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，反响器制造，运输还有材质，直径，反响器制造，运输催化反响工程催化反响工程一一 合成氨工业中的催化反响器合成氨工业中的催化反响器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，耐压不受高温二二 炼油工业中的催

3、化反响器炼油工业中的催化反响器催化裂化反响器催化裂化反响器催化重整反响器催化重整反响器加氢裂化反响器加氢裂化反响器催化剂粒度催化剂粒度20-100m20-100m的微粒的微粒时间短时间短 2-4 2-4秒，催化剂结焦失活，流态化催化反响器秒，催化剂结焦失活，流态化催化反响器反响器再生器反响器再生器催化反响工程催化反响工程催化反响工程催化反响工程催化反响工程催化反响工程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、质传送颗粒夹带与分别数学模型流化床的热、质传送颗粒夹带与分别数学模型催化反

4、响工程催化反响工程催化反响工程催化反响工程催化反响工程催化反响工程催化反响工程催化反响工程三三 根本有机化工中的催化反响器根本有机化工中的催化反响器平行平行 连串连串 平行连串反响系统平行连串反响系统反响器进口气体组成，操作压力，操作温度，反响器进口气体组成，操作压力，操作温度，产量产量温度温度深度氧化的副反响，活化能大于主反响，反响热大于主反响的；深度氧化的副反响，活化能大于主反响，反响热大于主反响的；降低温度有利，假设温度高，副反响加剧，飞温，能够烧坏降低温度有利，假设温度高，副反响加剧，飞温，能够烧坏催化剂，反响器催化剂，反响器平衡常数与温度的关系平衡常数与温度的关系假设在某一温度下，平

5、衡常数小，可提高操作压力假设在某一温度下，平衡常数小，可提高操作压力移热问题移热问题反响速率与活性温度反响速率与活性温度催化反响工程催化反响工程 一 根底数学模型1 一维拟均相理想置换模型 2 2 一维非均相理想置换模型一维非均相理想置换模型 321fdldpfdldTfdldypTyl, 0dldygdldTgggTyl, 0催化反响工程催化反响工程SAgAegSASCCSkr,gSeSRSASTTSHr,第二节第二节 催化反响器根底数学模型催化反响器根底数学模型“非均相与非均相与“拟均相模型拟均相模型4非均相非均相4思索气流主体与催化剂颗粒外外表之间的温度思索气流主体与催化剂颗粒外外表之间

6、的温度差和浓度差，催化剂颗粒内部浓度差和温度差，差和浓度差，催化剂颗粒内部浓度差和温度差，传送过程队反响速率的影响计入模型，那么称传送过程队反响速率的影响计入模型，那么称为非均相模型。为非均相模型。4拟均相拟均相4采用采用“活性校正系数活性校正系数COR 来简化概括催化剂来简化概括催化剂粒内和催化剂外外表与气相间的热、质传送过粒内和催化剂外外表与气相间的热、质传送过程和催化剂失活等要素对反响速率的影响，即程和催化剂失活等要素对反响速率的影响，即“拟均相模型。拟均相模型。催化反响工程催化反响工程3 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 eeD有效

7、导热系数综合扩散系数,方程床层压力降采用Ergan32175.1Re150sfmdGdldp11ReGdsm催化反响工程催化反响工程组变化的二阶偏微分方程、径向随轴向、温度组成rlTy二二 根本计算方程根本计算方程 建立模型建立模型 稳定状态非稳定状态累积反应量出进物料衡算00累积焓变出进热量衡算0222dxudfuduKdfefp动量衡算ORgAvRAAccfkdVdNr,拟均相反应速率式RAARAAAAdVdNrdVrdNNN如：传热或移热绝热00,0babaARbpbTdQdQdNHdTCN催化反响工程催化反响工程SAisRAAcfskdVdNr,非均相 催化反响器的数学模型实例实例 上

8、海焦化年产上海焦化年产20万吨甲醇合成反响器万吨甲醇合成反响器 反响器内径反响器内径4m,反响管数反响管数6705根，催化剂根，催化剂44m3 91年 三联供立项 92年 甲醇合成反响器宏观动力学研讨，反响器模拟设计 94年 南化机反响器制造完成，从长江浮运到黄浦江 95年 开车胜利催化反响工程催化反响工程兖矿鲁南化工公司年产兖矿鲁南化工公司年产10万吨甲醇安装万吨甲醇安装1995年年 筹建筹建1998年年3月月 华东理工大学提交反响器根底设计华东理工大学提交反响器根底设计1999年年 反响器制造完成反响器制造完成2000年初年初 安装安装2000年年5月月 投产胜利，产品到达美国投产胜利，产

9、品到达美国US AA级级 甲醇规范甲醇规范催化反响工程催化反响工程OHCOHCOOHOHCHHCOOHCHHCO22223223232反响器模拟设计必需具备的条件反响器模拟设计必需具备的条件1 1 反响过程：反响物系、催化剂、操作条件、转化率、选择性反响过程：反响物系、催化剂、操作条件、转化率、选择性、收率、收率2 热力学：热力学： 物性参数、粘度、导热系数、分散系数、形状方物性参数、粘度、导热系数、分散系数、形状方程、平衡程、平衡 常数、逸度系数、反响热常数、逸度系数、反响热 3 反响动力学：反响动力学： 4 质量、热量传送过程：质量、热量传送过程：cswbbfsgrRkkD111,催化反响

10、工程催化反响工程dWdNrdWdNrdWdNrmmCOCOCOCO22 最佳温度曲线最佳温度单一可逆放热反应1化能：正反应、逆反应的活、211212ln1EEEEEETRTTegem，收率选择性若主反应一级不可逆平行反应TEEE2112选择性若副反应TEEE212催化反响工程催化反响工程第三节第三节 催化反响器的操作参数催化反响器的操作参数1、反响温度、反响温度 一级不可逆连串反应3选择性选择性TTAAAEE32121催化反响工程催化反响工程2. 2. 操作压力操作压力3. 反响物的初始组成反响物的初始组成4. 空速空速5. 催化剂的颗粒催化剂的颗粒 有利摩尔数减少的反应，P可减少压缩功摩尔数

11、增加的反应，PpVrdRAs,pds，可适当若化学动力学控制，催化反响工程催化反响工程 DME甲醚甲醇气相催化脱水制二例OHOCHOHCH223320TTNN 等摩尔反应，2,mDmmrrdWdNr1 绝热反响器dlAdyNdWyNddWdNrbDTpTDD0dlDTTKdNHdTCNRsbbsDRbpbTORDTbDCrNAdldy0dldyCHdldTDpbRbinbDTTyl,0,0催化反响工程催化反响工程催化反响工程催化反响工程单管逆流反响器管壳型反响器 单管逆流反应器2dlTTDmKdNHdTCNabatbaDRbpbTdlTTDmKdTCNabatbaapaTORDTbDcrNAdldy0微分方程组为lossTTCNDmKdldyCHdldTabpbTatbaDpbRb0abpaTatbaaTTCNDmKdldT0未知0,0,0, 0, 0bbabbDTTTTTyl催化反响工程催化反响工程 管壳型反应器3ORDTbDcrNAdldy0fbpbTatbfDpbRbTTCNDmKdldyCHdldT0in