催化反应工程华东理工大学

催化反应工程华东理工大学第1页/共25页催化反应工程《化学反应工程》大三已学催化反应工程理想流动反应器活塞流－理想置换全混流－理想混合化学反应动力学幂函数型0，0.5，1，1.5，2级等双曲型--理想吸附Langmuir，真空吸附第2页/共25页硕士一年《催化反应工程》动力学集总动力学失活动力学催化反应器气－固相固定床反应器气－固相流化床反应器气-液-固三相悬浮床催化反应器催化反应工程第3页/共25页O级2级1级转化率于无关第4页/共25页

第5页/共25页催化反应器：产量已定基本问题：１．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；内冷自热式催化床中插入冷管催化剂装在管内２．可逆放热反应的平衡

催化反应工程接近平衡推动力减小催化床体积增大第6页/共25页３．固体催化剂颗粒传质，压力降４．流体流动，压力降轴向流动，径向流动，轴径向流动５．流体分布还有材质，直径，反应器制造，运输催化反应工程第7页/共25页一．合成氨工业中的催化反应器Topsφes-200型氨合成器１．看设备图２．各主要部分３．气体流动４．催化剂装卸５．热膨胀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１．催化裂化反应器３．催化重整反应器２．加氢裂化反应器催化剂粒度20-100μm的微粒时间短2-4秒，催化剂结焦失活，流态化催化反应器反应器－再生器催化反应工程第8页/共25页催化反应工程第9页/共25页三．基本有机化工中的催化反应器平行连串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，产量温度１．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，可能烧坏催化剂，反应器２．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３．移热问题４．反应速率与活性温度催化反应工程第10页/共25页流态化技术１．气体分布２．颗粒的流动特性３．特征流速４．床层的膨胀与压降５．气泡行为６．乳相行为７流化床的热、质传递８．颗粒夹带与分离９．数学模型催化反应工程第11页/共25页朱开红，袁渭康编著.化学反应工程分析，北京：高等教育出版社，20022．GFFroment,KBBischoff.ChemicalReactorAnalysisandDesign2nded.NewYork:Wkley&Sons,1990参考书目催化反应工程教材朱炳辰，翁惠新，朱子彬编著.催化反应工程，北京：中国石化出版社，2001第12页/共25页

催化反应器的数学模型实例上海焦化有限公司年产20万吨甲醇合成反应器反应器内径4m,反应管数6705根，催化剂44m3

91年三联供立项

92年甲醇合成反应器宏观动力学研究，反应器模拟设计

94年南化机反应器制造完成，从长江浮运到黄浦江

95年开车成功催化反应工程第13页/共25页兖矿鲁南化工公司年产10万吨甲醇装置1995年筹建1998年3月华东理工大学提交反应器基础设计1999年反应器制造完成2000年初安装2000年5月投产成功，产品达到美国USAA级甲醇标准催化反应工程第14页/共25页反应器模拟设计必须具备的条件1反应过程：反应物系、催化剂、操作条件、转化率、选择性、收率2热力学：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

3反应动力学：

4质量、热量传递过程：催化反应工程第15页/共25页

一.基础数学模型1一维拟均相理想置换模型

2一维非均相理想置换模型

催化反应工程第16页/共25页3二维拟均相数学模型

4一维非均相返混模型

催化反应工程第17页/共25页二.基本计算方程

建立模型

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三.最佳操作参数

1.反应温度

催化反应工程第19页/共25页2.操作压力

3.反应物的初始组成4.空速5.催化剂的颗粒

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1绝热反应器催化反应工程第21页/共25页单管逆流反应器管壳型反应器催化反应工程第22页/共25