第6章固定床反应器2.ppt

第六章 固定床反应器;6 . 1 概述;1.固定床反应器的优点是：①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。②催化剂机械损耗小。③结构简单。 2.固定床反应器的缺点是：①传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。②操作过程中催化剂不能更换。 催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。 ;固定床反应器的分类;传热介质选用原则： 保证催化剂床层与传热介质之间有适宜的温差。 常用传热介质的温度范围 沸腾水 100-300 ℃ 有机液态传热介质 200-350 ℃ 熔盐 300-400 ℃ 烟道气 600-700 ℃;单段绝热式 ;冷激式 特点：反应器结构简单，便于装卸催化剂，催化剂床层的温度波动小。 缺点：操作要求较高 应用：适用于放热反应，能做成大型催化反应器 ;对外换热式反应器;逆流??????????????????????????????????并流 不同流向的自热式固定床反应器的轴向温度分布示意图 ;逆流;催化剂的粒径取值 催化剂的粒径 25 -30mm 催化剂的粒径管径1/8 粒径↓阻力↑ ，粒径↑η↓ ;其他型式固定床反应器 ;径向流动反应器中气体在垂直于反应器轴的各个横截面上沿半径方向流动径向流动催化床的气体流道短，流速低，可大幅度地降低催化床压降，为使用小颗粒催化剂提供了条件。 ;6 . 2 固定床中的传递过程;一、颗粒直径的表示方法 1、表示方法 　　体积相当直径 　　面积相当直径 　　比表面相当直径;2、不同当量粒径的关系;对于大小不等的混合粒子，其平均直径可用筛分分析数据按下式求出：;非球形颗粒的形状系数;二、床层空隙率;颗粒视密度又称颗粒密度。即单个颗粒的密度。若单个催化剂颗粒质量为m，颗粒体积为V粒，则视密度ρp=m/V粒 ;固定床的空隙率是颗粒物料层中颗粒间自由体积与整个床层体积之比，它是固定床的重要特性之一。空隙率对流体通过床层的压力降、床层的传热都有重大的影响。;6-9填充床的空隙率;三、固定床的当量直径;2、床层当量直径;3、固定床的径向流速分布;按混合颗粒的平均直径计算离壁距离;空管内层流;6.2.2 床层压降;修正雷诺数：;Rem10，层流，上式中右边第二项可忽略； Rem1000，湍流，上式中右边第一项可忽略。;式中：dp —— 体积相当直径； —— 质量流速。 fm和n可由图6-11查取。;图6-11 固定床的摩擦系数;推导在化工原理中：;影响固定床压力降的因素;床层直径与颗粒直径之比 dt / ds 8 时应考虑壁效应对固定床压力降的影响。用下列关联式：;床层压降计算 例：在内径为50mm的管内装有4m高的催化剂层，催化剂的粒度分布如下表。催化剂为球体，空隙率?B＝0.44。在反应条件下的气体密度?=2.46kg/m3，粘度?=2.3?10-5kg/(m?s)，气体的质量流速G =6.2kg/(m2?s)。求床层压降。;例:在充填直径为9mm,高为7mm的圆柱形铁铬催化剂的固定床反应器中，在0.6865MPa下进行水煤气变换反应。反应气体的平均相对分子量为18.96，质量速度（按空床计算）为0.936kg/(s.m2)。设床层的平均温度为689K，反应气体的黏度为2.5×10-5Pa.s。已知催化剂的颗粒密度和床层的堆密度分别为2000kg/m3及1400kg/m3， L=1m 。试计算单位床层高度的压力降。 解：由题意知;床层空隙率为;代入厄根(Ergun)方程：;6.2.3 固定床中的传热;固定床的径向传热方式;一、颗粒与流体间传热系数;计算传热系数的经验公式有很多，可从有关文献或工具书中查取。应用时要注意公式规定的特性尺寸、特性温度和适用范围。;式中： —— 单位重量催化剂的外表面积 —— 床层比表面积Se的校正系数 　　　　　　　　　——主体、外表面温度;上式可整理成;图6-12 固定床中流体与颗粒外表面温差;λe 是针对拟均相模型提出的综合性传热参数，一般是指径向热导率λer (轴向热导率为λe