催化反应工程华东理工大学第五次课-多段换热式催化反应器3.pptVIP

1 物料衡算 催化反应工程 * * §3 多段换热式催化反应器 多段原料气冷激，略去Cp的差异 催化反应工程 联立式(2)、(4)求解，可得 催化反应工程 1.解析法求解 二 多段间接换热式反应器各段始末温 度及转化率的优化设计 催化反应工程 n段，已知V0, x1进，xn出 求VR=最小时的各段x，T 催化反应工程 X1，进 ，XN，出 已知 2个 X i+1，进=X i，出 n-1个方程 T i，出-T i，进=Λ(X i,出-X i，进) n个方程 τ0标准接触时间，h VS 0标准状态下初始态体积流量，m3(stp)/h 独立变量数2n-1 反应器体积最小的必要条件 催化反应工程 为独立变量 第一类条件式确定段间间接换热过程 第二类条件式确定各段出口转化率 催化反应工程 第二类条件式 第一类条件式 2. 出口温度受耐热温度限制 独立变量数n-1， 取各段出口转化率xi，出为独立变量 催化反应工程 催化反应工程 3. 直接有哪些信誉好的足球投注网站法 最优化问题：1)反应器催化床体积最小 2)产量最大 3)能耗最小 4)经济效益最大 解析法存在的问题： 1)VR=min，已推导；但产量=max?经济效 益=max? 2)有温度限制时，解析法求解很复杂。 3)直接换热式反应器，如何优化？ 4)不能判断多维极值的“尖”与“平” 催化反应工程 直接有哪些信誉好的足球投注网站法 催化反应工程 1）分析独立变量数，确定独立变量 设计型：VR=f(x i,出，T i,进)=Min 操作型：Prod=f(x i,出，T i,进)=Max 必然存在一组(x i,出，T i,进) 使VR=Min，或Prod=Max 催化反应工程 3)给定初值---得VR(或Prod)---修正 ---直至VR=Min，或Prod=Max 4)如何修正，最优化方法，如powell法 2)建立数学模型 5)若在改变初值的过程中发现下述现象， 改变有哪些信誉好的足球投注网站方向 T i,进催化剂起始活性温度 T i,出催化剂耐热温度 注意：直接有哪些信誉好的足球投注网站法求得的结果，判别 催化反应工程 三 多段直接换热式反应器各段始末温 度及转化率的 优化设计 注意：原料气冷激，∧i相同 非原料气冷激，∧i不相同 催化反应工程 共有5n-1个变量 独立变量数2n-1, 当第一段进口温度给定，则独立变量数维2n-2 催化反应工程 冷激过程热量衡算 n-1 非原料气冷激 冷激过程中物料衡算 n-1 x i,进，x n,出已知 2 §4 多段换热式催化反应器设计实例 实例一 四段原料气冷激式甲醇合成反应器 催化反应工程 1 物料衡算 催化反应工程 独立反应数2，关键组分数2，yCO，yCO2 催化反应工程 2. 催化床微分方程的建立 催化反应工程 催化反应工程 催化反应工程 热量衡算 3. 冷激过程物料、热量衡算 催化反应工程 4. 独立变量 催化反应工程 4)甲醇产量 给定 1 5)原料气已知，第1段进口温度已知 3 1) 微分方程组 3n 2) 冷激过程 4(n-1) 催化反应工程 5. 基础数据 1)动力学方程 2)反应热 3)恒压热容 催化反应工程 独立变量数 (8n+n-1)-(7n-1)=2n-2 四段冷激式，独立变量数6 6. 计算框图 , , 冷激过程计算 yes 反应速率 反应热 恒压热容 微分方程组 段间冷激 输入 给定初值 龙格—库塔法求得第一段 第4段床层 产量=给定值? VR最小 输出 调整L4 调整 yes no no 催化反应工程 7. 计算结果 Vin 2×105 m3 (STP)/h , yin CO 0.1053, CO2 0.0316, H2 0.7640, CH3OH 0.0055 H2O 0.0002, N2 0.0499, CH4 0.0435 P 5 Mpa 催化床直径 2 m, 得