工业催化剂开发与设计原理第五章 工业催化的过程工程.ppt

微分反应器 积分反应器(平推流) 全混流反应器 循环反应器 间歇式反应器 测定非均相催化反应动力学的实验方法 对于不同的反应器实验方法不同： 微分反应器 微分反应器中进行，假定反应器内的反应速率是一个常数。这种假定只有在转化率很低的条件下才成立。 微分反应器优点在于实验方便数据处理简单，困难在于前提必须是反应转化率很低时才成立。若要想使得上式左右相等，转化率变化不是很大，测定方法得到的数据要非常精确。 ←平均反应速率 积分反应器 积分分析 可以直接应用平推流反应器性能方程，首先要假设反应速率的具体形式。 对于积分反应器，还可采用微分分析的方法，对上式的变形。相当于均相反应动力学中，求动力学参数的积分法和微分法。 全混流反应器 流体在反应器内的组成和温度都是均一的。 式中W、FA0、转化率以及反应速率都是可以测定的，改变一系列的W、FA0就可得到一系列的反应速率和转化率值，就可以据这些参数假定反应速率方程的形式，代入数据求出相应的动力学参数。 循环反应器 可以参照均相反应动力学时的循环反应器，可以通过调节循环比，使反应器由平推流向全混流状态过渡，当循环比足够大时，反应器接近全混流(循环反应器为我们实现全混流操作提供了一种方法，即当大循环比操作下接近全混流)。关键是看“足够大”空间是多少，这也是要我们具体实验要确定的量。 间歇式反应器 任意瞬间反应器内的组成都是均一的。在间歇反应器进行反应，每隔一定时间取样分析组成的变化，可以得到浓度或转化率随时间变化的关系，而后进行数据处理，进而求得到反应速率的变化。 反应器体积 实验反应器比较 积分反应器不同点温度可能有很大差别；任意一点的浓度和反应速率就不同，若想求准确的动力参数可靠性就差，想得到一个精确的动力学表达式就很困难，但积分反应器对模拟大型固定床反应器是十分有用的； 从微分反应器和全混流反应器可以直接得到反应速率，通过对数据的处理得到相应的动力学方程； 微分反应器要求转化率很低，原料和产物组成的差别极小，这就要求测定组成的方法要十分精确； 大循环比的循环反应器性能接近全混流，并具有与全混流反应器一样的优点； 积分反应器可用来测定传质和传热等参数； 间歇式反应器的反应结果是积分变化的结果，可以用来跟踪复合反应的反应过程； 全混流反应器直接可以得到反应速率的大小，调整各种操作参数也简便，数据处理也容易，具有数据解释的方便，在进行固体催化剂反应研究时，是研究固体催化反应动力学的最有吸引力的反应器。 循环反应器若使循环比足够大，可以近似模拟全混流，关键是如何使反应器接近全混流。 确定控制阻力 膜扩散阻力 空时不变的条件下改变反应器中气体的流速，看转化率是否随气速的变化而变化，如果变化说明存在膜扩散阻力，如果不变则不存在膜扩散阻力。 膜阻力对传热是否重要，计算Δtfilm膜内温差可知。 膜扩散阻力是否重要可以与一级表观速率常数进行比较。 判断膜扩散阻力 如果当kobsVPkgS 可以忽略膜扩散阻力 kobs－－表观反应速率常数 VP－－催化剂颗粒的体积 kg－－传质系数 S－－暴露的外表面积 判断孔扩散阻力 如果已知有效扩散系数De，可以计算MT 孔扩散阻力是否存在，可以在其他条件不变的情况下改变催化剂颗粒的大小，观察转化率是否会发生变化，有变化说明有孔扩散阻力存在。 注意活化能是否随温度的升高而下降，同时是否伴随着反应级数的改变，处于强孔扩散阻力区时，表观活化能变为原来的1/2，反应级数变为(n+1)/2 我们就可以通过上述一系列的方法判断是否存在外扩散(膜扩散)内扩散(孔扩散)阻力，再寻求消除的方法，或者怎样修正定量的计算。 小结 对催化剂的认识，催化剂的作用、主要组成、性能、物理性质、催化反应速率取决于哪些因素 扩散与扩散系数，扩散系数的计算 催化反应的步骤（物理吸附、化学吸附的异同） 吸附等温式(Langmuir型吸附等温式) 孔扩散阻力对一级不可逆反应的影响 效率因子与Thiele模数及它们之间的关系 单一孔道与实际催化剂 如何判断外扩散阻力、内扩散阻力对反应速率的影响 反应过程的热效应 讨论采用固体催化剂的催化反应器的设计与分析 固体催化剂的运动状态 静止状态 运动状态 固定床反应器 滴流床反应器 浆状反应器 移动床反应器 流化床反应器 5.3 试验研究用反应器 一、固定床反应器 凡是流体通过静止不动的固体催化剂或固体反应物所形成的床层而进行反应的装置称为固定床反应器。 合成氨、催化重整、乙苯脱氢 反应器的基本形式 1. 绝热式: 单,多段、间,直接换热、径,轴向(造价低) 2. 列管式: 采用25-30mm列管,易控温,返混小,造价高 放大易; 对原料贵,副产便宜反应好 3. 自热式: 反应前后的物料在床层内换热, 难设计 固定床反应器的