反应器分析辅导课1.docVIP

幻灯片1 化学反应器分析 辅导课 许志美 华东理工大学 幻灯片2 要求 各类反应器基本类型、结构特征 化学反应器选型与设计要求 化学反应器的操作特征 类型： 填空题，简答题，综合题 幻灯片3 管式反应器 1. 裂解过程分析 热力学分析 温度特征 乙烷裂解系可逆吸热反应， 为正，T?? KP? T约束：材质； 供热能力； 催化剂耐热 压力特征 裂解是分子数增加的反应，P?有利于乙烯的平衡转化率 幻灯片4 措施： 真空减压， 缺点 ：高温高真空 —— 泄漏，危险性 能耗不合理 —— 裂解减压、分离加压 加稀释剂，降低分压 稀释剂：惰性，易分离 水蒸气为稀释剂：降低分压；提高产物浓度；抑制结焦 幻灯片5 ? ? 热力学 ? T ?, P ? 动力学 ? T ?, t ? 因此 高温 低压 —— 稀释 短停留时间 PFR 关键： 短时间供热 幻灯片6 2. 裂解炉 流程： 原料?对流段?辐射段? 急冷? 裂解气 对流段：低温，预热汽化 辐射段：高温，裂解反应（裂解段），核心，约占全炉热负荷的70~80% 提高qt可有下列途径： （1）减小热阻项 ，但是有限的； u ? ? Re ?，滞流层? ，热阻?，但管内流体压力降? （2）增大传热推动力 ，但 受材质限制 五十年代： 800℃ 现在 1100℃ ? 1200~1300℃以上 幻灯片7 反应管内的流体压力降 整个反应管的总长度可以看作相当于n个长度的管和m个当量长度为的回转弯头的总和，则一组裂解反应管的当量长度 裂解反应管的总压力降 注意： 停留时间计算，按几何长度计算 流体阻力计算，按当量长度计算 幻灯片8 3.管式反应器的计算 1 物料衡算方程 2 动力学方程 3 能量衡算方程 4 动量衡算方程—流体压力降计算 幻灯片9 搅拌釜式反应器 搅拌釜—— 应用面广，适应性强 特点： （1）温度易于控制， 均匀； （2）平行反应 ，n主n付，返混有利； （3）低反应速率、长停留时间、低浓度 （4）间歇操作，具有 PFR 性能 应用场合：混合均匀、强化传热、非均相系统的均匀化 幻灯片10 搅拌釜式反应器 混合机理 主体对流扩散 涡流扩散 分子扩散——达到分子尺度的均匀 幻灯片11 幻灯片12 幻灯片13 消除打漩 挡板 叶轮偏心安装 满流操作 充分挡板化 —再加多挡板也不会进一步改善搅拌效果 充分挡板化的条件 ： 宽度：（1/10~1/12）釜径 一般四片 幻灯片14 标准搅拌釜 ① 叶轮是具有六个平片的涡轮式，叶片安装在一个直径为的中心圆盘上； ② 叶轮直径D等于搅拌釜直径DT的1/3； ③ 叶轮离釜底的高度HI=1.0 D； ④ 叶轮的叶片宽度W=1/5 D； ⑤ 叶轮的叶片长度l =/4 D； ⑥ 液体深度H=1.0 DT； ⑦ 挡板数目=4，垂直安装在釜壁上并从釜底延伸到液面之上； ⑧挡板宽度WB=1/10 DT 幻灯片15 流动特性 循环量QR与压头H，QR/H 湍流特性——最小旋涡尺寸λ0 幻灯片16 4.搅拌功率 分析方法——功率准数NP 、功率函数Φ 、Re表达 计算方法——Re→Φ → NP → P 湍流、层流时 P∝（N，D）因次关系 幻灯片17 5.混合时间 最终混合时间θ — 含义 混合准数，其物理含义是达到最终混合状态总计需要的搅拌器转数 在湍流区 ， =50～70（六叶平片涡轮和管式搅拌器等） 全混判据 幻灯片18 6.放大方法 相似放大方法——步骤: ⑴几何相似放大 放大倍数(D2/D1) ⑵确定放大判据 计算 ⑶校核主要参数 P,QR/H,h,… ⑷补偿措施 传热面积… 常用关系 幻灯片19 固定床反应器 1. 分类 按传热特征：绝热式、换热式 ⑴ 绝热床 热效应判据—ΔTad200℃ 催化剂耐热温度 结构简单，操作方便 床层厚度： 厚床层（常用） 薄床层（快反应） 流向： 轴向流（常用） 径向流（ΔP小） 轴径向 幻灯片20 ⑵换热式反应器 特点：结构复杂 几百-几万根列管，T均布 传热强度 最大管径DT,传热强度?