化學反應工程 第五章 氣－固相催化反應工程

1、,第五章　氣－固相催化反應工程,第一節(jié)　概述5－1　氣－固相催化反應器的基本類型5－2　反應器設計原則5－3　催化反應器的數(shù)學模型第二節(jié)　第三節(jié)　　固定床的三傳特性第四節(jié)　第五節(jié)　第六節(jié)　第七節(jié)　第八節(jié)　　　　　　流化床及其數(shù)學模型第九節(jié)　　　　　　催化反應過程進展,,各類固定床及其數(shù)學模型,第一節(jié)　概述,5－1　氣－固相催化反應器的基本類型,一、絕熱式固定床催化反應器二、連續(xù)換熱式固定床催化反應器1，單段絕熱式（

2、適用于放熱和吸熱反應）,5－1　氣－固相催化反應器的基本類型-固定床（packed bed catalytic reactor)（fixed bed reactor),,,,,,,,,,,,,平衡溫度線,最佳溫度線,x,T,,,,,,2，多段固定床絕熱反應器,（a）間接換熱式,Ⅰ,Ⅳ,Ⅲ,Ⅱ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2，多段固定床絕熱反應器,,,,,,,,平衡溫度線,最佳溫度線,x,T,,,,,,（b）原料氣冷激式,Ⅰ,

3、Ⅳ,Ⅲ,Ⅱ,,,,,,,,,,,,,,,2，多段固定床絕熱反應器,(c)非原料氣冷激式,Ⅰ,Ⅳ,Ⅲ,Ⅱ,,,,,,平衡溫度線,最佳溫度線,x,T,,,,,,,平衡溫度線,二、連續(xù)換熱式固定床催化反應器,,（a）內(nèi)冷自熱式（b）外冷列管式（c）外部供熱管式,,二、連續(xù)換熱式固定床催化反應器,① 管徑：一般為25～50mm的管子，但不小于25mm。② 催化劑粒徑：應小于管徑的8倍，通常固定床用的粒徑約為2～6mm，不小于1.5mm。③

4、 傳熱所用的熱載體：沸水可以用于100℃～300℃的溫度范圍。聯(lián)苯與聯(lián)苯醚的混合物以及以烷基萘為主的石油餾分能用于200～350℃的范圍。無機熔鹽(硝酸鉀，硝酸鈉及亞硝酸鈉的混合物)可用于300～400℃的情況。對于600～700℃左右的高溫反應，只能用煙道氣作為熱載體。,列管式反應器優(yōu)點：,① 傳熱較好，管內(nèi)溫度較易控制； ② 返混小、選擇性較高； ③ 只要增加管數(shù)，便可有把握地進行放大； ④ 對于極強

5、的放熱反應，還可用同樣粒度的惰性物料來稀釋催化劑 適用 原料成本高，副產(chǎn)物價值低以及分離不是十分容易的情況。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,三套管并流式冷管催化床溫度分布及操作狀況,軸向反應器VS徑向反應器,,,,,,,,,,VS,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,固定床反應器優(yōu)缺點,①

6、 固定床中催化劑不易磨損；?、?床層內(nèi)流體的流動接近于平推流，與返混式的反應器相比，可用較少量的催化劑和較小的反應器容積來獲得較大的生產(chǎn)能力?！、?由于停留時間可以嚴格控制，溫度分布可以適當調(diào)節(jié)，因此特別有利于達到高的選擇性和轉(zhuǎn)化率，在大規(guī)模的化工生產(chǎn)中尤為重要。,① 固定床中的傳熱較差；　② 催化劑的更換必須停產(chǎn)進行。,流態(tài)化現(xiàn)象,流化床反應器fluidized reactor,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

7、,L,Lf,L,Lf,L0,L,Lmf,,,,,流體,,流體,,流體,,流體,,流體,流體,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,固定床,起始流化,膨脹床,鼓泡床,氣力輸送,節(jié)涌,,,,,,,,,,,,,,,,,,,流化床反應器fluidized reactor,5-3 催化反

8、應器的數(shù)學模型,1，非均相　擬均相2，一維模型　二維模型3，理想流動　非理想流動擬均相適用情況：1，化學動力學控制　　　　　　　　2，活性較正系數(shù)（無宏觀動力學資料）一維　二維：軸向濃度差、溫度差；軸徑向濃度差、溫度差理想流動：不考慮返混（PFR）；非理想流動：考慮返混（擴散）,,,,,5-3 催化反應器的數(shù)學模型,維數(shù),相數(shù),返混,,,,,,,,,根據(jù)相態(tài)(擬均相？非均相？），維數(shù)（一維？二維？），返混（有返混？無返混