气固相催化反应器272200.pptVIP

5.3.3 扩散控制的判定 Wheeler-Weisz模量： 5.3.4 催化剂的失活与降活动力学 失活原因： 5.4 气-固非均相催化反应器的设计 绝热型 5.4.2 气-固非均相催化反应器设计原则 设计固定床反应器的要求： （1）生产强度尽量大 （2）气体通过床层阻力小 （3）床层温度分布合理 （4）运行可靠，检修方便 计算包括三种情况： （1）设计新反应器的工艺尺寸 （2）对现有反应器，校核工艺指标 （3）对现有反应器，改进工艺指标，达到最大 生产强度。 5.4.3 固定床反应器的数学模型及设计 基本问题 温度、浓度分布，气相压降，转化率及催化剂用量 选择固定床反应器的原则－－什么反应需要用固定床反应器？ 气固相催化反应首选－－非常普遍 如，合成氨、硫酸、合成甲醇、环氧乙烷乙二醇、苯酐及炼油厂 中的铂重整等。 流体在固定床反应器内的传递特性 气体在催化剂颗粒之间的孔隙中流动，较在管内流动更容易达到湍流。 气体自上而下流过床层。 气体流动通过催化剂床层，将产生压降。 压降计算通常利用厄根（Ergun）方程： 可用来计算床层压力分布。 如果压降不大，在床层各处物性变化不大，可视为常数，压降将呈线性分布（大多数情况）。 比表面积当量直径： (非球形颗粒折合成相同比表面积的球形颗粒应当具有的直径） 混合粒子的平均直径：（各不同粒径的粒子直径的加权平均） 例： 在内径为50mm的管内装有4m高的催化剂层，催化剂的粒径分布如表所示。 催化剂为球体，空隙率εB=0.44。在反应条件下气体的密度ρg=2.46kg.m-3，粘度μg=2.3×10-5kg.m-1s-1，气体的质量流速G=6.2kg.m-2s-1。求床层的压降。 解：①求颗粒的平均直径。 ②计算修正雷诺数。 ③计算床层压降。 一维：参数只随轴向位置而变。 二维：参数随轴向和径向位置而变。 拟均相：流相和固相结合，视为同一相。 非均相：流相和固相分别考虑。 平推流：不考虑轴向返混。 带有轴向返混的模型：在平推流模型的基础上叠加了轴向返混。 1、 等温：反应热效应不大，管径较小，传热很好时，可近似按等温计算。 等温时， 固定床反应器模型评述 径向温度分布 非均相模型 考虑到流体与催化剂颗粒之间有较大的温度差和浓度差，流固相不能当成一个虚拟的均相处理，派生出了非均相模型。 如果再考虑到颗粒内部的温度与浓度梯度，又会产生考虑到粒内温度浓度梯度的模型。 模型评述 考虑的因素越多，模型越复杂，模型参数就越多，模型参数的可靠性就越重要。 并非模型越复杂越好。模型复杂增加了实验、计算工作量，增加了出错的概率。 以简单实用为好。如返混严重，宜用带轴向返混的一维模型；径向温差大，宜用拟均相二维模型等。 非均相模型慎用，非不得已，不用过于复杂的模型。 5.4.5 气固相催化反应流化床反应器 ——流化床反应器的数学模型及设计 流化床的基本概念 当通过床层的流体流量较小时，颗粒受到的升力（浮力与曳力之和）小于颗粒自身重力时，颗粒在床层内静止不动，流体由颗粒之间的空隙通过。此时床层称为固定床。 随着流体流量增加，颗粒受到的曳力也随着增大。若颗粒受到的升力恰好等于自身重量时，颗粒受力处于平衡状态，故颗粒将在床层内作上下、左右、前后的激烈运动，这种现象被称为固体的流态化，整个床层称为流化床。 流化床类似液体的性状 轻的物体浮起； 表面保持水平； 固体颗粒从孔中喷出； 床面拉平； 床层重量除以截面积等于压强 流化床的优点 颗粒流动类似液体，易于处理，控制； 固体颗粒迅速混合，整个床层等温； 颗粒可以在两个流化床之间流动、循环，使大量 热、质有可能在床层之间传递； 宜于大规模操作； 气体和固体之间的热质传递较其它方式高； 流化床与床内构件的给热系数大。 流化床的缺点 气体的流动状态难以描述，偏离平推流，气泡使颗粒发生沟流，接触效率下降； 颗粒在床层迅速混合，造成停留时间分布不均匀； 脆性颗粒易粉碎被气流带走； 颗粒对设备磨损严重； 对高温非催化操作，颗粒易于聚集和烧结。 流化床的工业应用 第一次工业应用： 1922年 Fritz Winkler获德国专利，1926年第一台高13米，截面积12平方米的煤气发生炉开始运转。 目前最重要的工业应用： SOD(Standard Oil Development Company) IV型催化裂化。 散式流化和聚式流化 （1）散式流态化 随着流体流量的加大，床层内空隙率增大，颗 粒之间间距加大，而颗粒在床层中分布均匀，流体 基本上以平推流形式通过床层，人们称这种流化形 式为散式流态化。 （2）聚式流态化 在此类流态化形式中，床层明显地分成两部 分。其一是乳化相：固体颗粒被分散于流体中， 单位体积内颗粒量类似于散式