氣固催化反應(yīng)工程課件

1、第五章 氣固相催化反應(yīng)工程 1貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉第五章 氣固相催化反應(yīng)工程 1貴有恒何必三更眠五更起，最第一節(jié) 概述5-1氣固相催化反應(yīng)器的基本類型： 固定床（絕熱式、連續(xù)換熱式）； 流化床 固定床連續(xù)換熱式：反應(yīng)、換熱同時(shí)進(jìn)行 2貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉第一節(jié) 概述5-1氣固相催化反應(yīng)器的基本類型：2貴有恒何必三5-1氣固相催化反應(yīng)器的基本類型固定床絕熱式：3貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-1氣固相催化反應(yīng)器的基本類型固定床絕熱式：3貴有恒何必三5-1 氣固相催化反應(yīng)器的基本類型4貴有恒何必三更

2、眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-1 氣固相催化反應(yīng)器的基本類型4貴有恒何必三更眠五更起5-2基本設(shè)計(jì)原則：自學(xué)（要求）。二個(gè)條件，五個(gè)基本原則5-3催化反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型：5貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-2基本設(shè)計(jì)原則：自學(xué)（要求）。二個(gè)條件，五個(gè)基本原則55-3 催化反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型分類情況：以最基礎(chǔ)的一維、擬均相、平推流模型為基礎(chǔ)，按各類反應(yīng)器實(shí)際情況，計(jì)入軸向返混、徑向溫差和濃差、相間及顆粒內(nèi)部的傳質(zhì)和傳熱，List5-1。處理具體問題時(shí)，應(yīng)針對(duì)具體反應(yīng)過程及反應(yīng)器的特點(diǎn)進(jìn)行分析，選用合適的模型。6貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝

3、十日寒 與君共勉5-3 催化反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型分類情況：6貴有恒何必第二節(jié) 固定床流體力學(xué) 5-4 固定床的物理特性：一、非中空固體顆粒的相當(dāng)直徑與形狀系數(shù)：* 顆粒的相當(dāng)直徑：等體積圓球的直徑：等外表面積圓球的直徑： （固定床傳熱、傳質(zhì)中）7貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉第二節(jié) 固定床流體力學(xué) 5-4 固定床的物理特性：7貴有恒5-4 固定床的物理特性：等比表面積圓球的直徑： 形狀系數(shù)：8貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-4 固定床的物理特性：等比表面積圓球的直徑：8貴有恒5-4 固定床的物理特性：二、混合顆粒的平均直徑及形狀系數(shù)：*

4、 算術(shù)平均直徑： * 調(diào)和平均直徑：9貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-4 固定床的物理特性：二、混合顆粒的平均直徑及形狀系數(shù)5-4 固定床的物理特性：三、固定床的當(dāng)量直徑： 10貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-4 固定床的物理特性：三、固定床的當(dāng)量直徑：10貴有恒5-4 固定床的物理特性：四、固定床的空隙率及徑向流速分布： 定義：對(duì)床層壓降、床層有效導(dǎo)熱系數(shù)，比表面積影響大 的影響因素： 11貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-4 固定床的物理特性：四、固定床的空隙率及徑向流速分布5-4 固定床的物理特性：空隙率與

5、徑向流速分布：12貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-4 固定床的物理特性：空隙率與徑向流速分布：12貴有恒5-5 單相流體在固定床中的流動(dòng)及壓降 一、流動(dòng)特性：孔道幾何形狀相差甚大，相互交聯(lián)、彎曲。孔道總體積并非自由體積，死角處流體靜止。旋渦數(shù)目多，由滯流湍流明顯，有的滯流，有的湍流。二、單相流體通過固定床的壓降： 將流體在空?qǐng)A管中流動(dòng)時(shí)的壓降公式，加以合理修正而成。* 公式:13貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-5 單相流體在固定床中的流動(dòng)及壓降 一、流動(dòng)特性：135-5 單相流體在固定床中的流動(dòng)及壓降修正摩擦系數(shù)：14貴有恒何必三更眠五更

6、起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-5 單相流體在固定床中的流動(dòng)及壓降修正摩擦系數(shù)：14貴5-5 單相流體在固定床中的流動(dòng)及壓降當(dāng)Rem1.75 當(dāng)Rem1000（完全湍流）： 1.75 若顆粒大小不均勻;若 不夠大時(shí)，應(yīng)考慮壁效應(yīng)的影響。 （5-19）（5-20）15貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-5 單相流體在固定床中的流動(dòng)及壓降當(dāng)Rem10（滯5-5 單相流體在固定床中的流動(dòng)及壓降三、影響固定床壓降的因素：1、兩方面因素2、G與L、A有密切關(guān)系：對(duì)一定的VR（床層體積）在可能范圍內(nèi)，dt（床層直徑）、相應(yīng)L（床層高度）有利于p;但不利于高壓容器制造。此時(shí)，

7、軸向流動(dòng)改為徑向流動(dòng)，有利于p。 16貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-5 單相流體在固定床中的流動(dòng)及壓降三、影響固定床壓降的5-5 單相流體在固定床中的流動(dòng)及壓降3、 對(duì)壓降影響十分顯著：4、粒徑、形狀：重要影響因素。當(dāng)Rem1000, (篩析范圍相同)。17貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-5 單相流體在固定床中的流動(dòng)及壓降3、 對(duì)壓降影響十5-7 固定床中流體的徑向和軸向混合 一、固定床中徑向及軸向混合有效彌散系數(shù)：* 流體流徑固定床時(shí)，因不斷分散與匯合形成一定程度的徑向及軸向混合；徑向比軸向更顯著；當(dāng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、與外界換熱時(shí)，更甚。

8、* 用peclet準(zhǔn)數(shù)Pe表示徑向、軸向混合有效彌散系數(shù)Dr、De： 18貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-7 固定床中流體的徑向和軸向混合 一、固定床中徑向及軸向5-7 固定床中流體的徑向和軸向混合19貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-7 固定床中流體的徑向和軸向混合19貴有恒何必三更眠五更5-7 固定床中流體的徑向和軸向混合二、固定床反應(yīng)器中的軸向返混：當(dāng)L100ds時(shí)，可略去軸向返混的影響；L絕熱條件下，組分A完全反應(yīng)時(shí)，混合氣體溫度升高的數(shù)值。絕熱溫升的影響因素：由（5-6）知：混合氣體初始組成yAO，則可能，Tb2T0,耐熱（低CO

9、交換、甲烷化，注意yAO要低）（-HR）,則可能， Tb2T0,耐熱（熱效應(yīng)大的反應(yīng)尤要注意，如甲烷化保證yAO不超定值）23貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-13 絕熱溫升 有關(guān)討論：23貴有恒何必三更眠五更起，最5-13 絕熱溫升當(dāng)yAO較小（即低濃進(jìn)氣），或yAO雖較大，但XA不太大時(shí)，基本符合上述簡(jiǎn)化條件；絕熱操作線為直線，為常數(shù)，即Tb-Tb1（XA-XA1）(4-75)當(dāng)反應(yīng)混合物組成變化很大，不符合簡(jiǎn)化條件，不為常數(shù)，絕熱操作線為曲線；此時(shí)，段分段計(jì)算，每段用簡(jiǎn)化方法。對(duì)多段間接換熱式反應(yīng)器和多段原料氣冷激式反應(yīng)器，若忽略各段出口氣體組成對(duì)值的影響，則各

10、段絕熱操作線斜率都相同。24貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-13 絕熱溫升當(dāng)yAO較?。吹蜐膺M(jìn)氣），或yAO雖較第九節(jié) 催化反應(yīng)過程進(jìn)展5-27 強(qiáng)制振蕩非定態(tài)周期催化反應(yīng)過程：一、強(qiáng)制周期操作：周期性改變進(jìn)料組成、進(jìn)料流量、反應(yīng)溫度。即：對(duì)催化反應(yīng)過程進(jìn)行瞬變的動(dòng)態(tài)操作，以改變反應(yīng)組分在催化劑表面上的吸附態(tài)或吸附速率，從而促進(jìn)反應(yīng)速率。二、流向周期變換操作：進(jìn)料流向強(qiáng)制周期換向操作。因流向周期變換操作具有蓄熱性能對(duì)自然操作的進(jìn)料濃度要求大約降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，流程簡(jiǎn)化、能耗低、適應(yīng)性強(qiáng)。25貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉第九節(jié) 催化反應(yīng)過

11、程進(jìn)展5-27 強(qiáng)制振蕩非定態(tài)周期催化反應(yīng)5-27 強(qiáng)制振蕩非定態(tài)周期催化反應(yīng)過程三、循環(huán)流化床反應(yīng)器：催化劑顆粒由于循環(huán)流動(dòng)而處于非定態(tài)，但床內(nèi)溫度、濃度保持定態(tài)。用于高溫操作和部分氧化等領(lǐng)域。 26貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-27 強(qiáng)制振蕩非定態(tài)周期催化反應(yīng)過程三、循環(huán)流化床反應(yīng)器5-28 催化吸收耦聯(lián) 催化、吸收一體化。催化與吸收分離過程同時(shí)進(jìn)行；改變了傳統(tǒng)的氣一固相催化合成反應(yīng)中的平衡限制。如溶劑甲醇過程（smp）。27貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-28 催化吸收耦聯(lián) 催化、吸收一體化。27貴有恒何5-29 催化吸附耦聯(lián) 催化、吸附一體化。催化與吸附分離過程同時(shí)進(jìn)行；如逆流氣固固涓流床甲醇合成反應(yīng)器。28貴有恒何必三更眠五更起，最無益只怕一日曝十日寒 與君共勉5-29 催化吸附耦聯(lián) 催化、吸附一體化。28貴有恒何5-30 催化催化耦聯(lián) 在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)，使用一種雙功能催化劑，或兩種不同功能的催化劑，將原料氣經(jīng)催化合成中間產(chǎn)品，再進(jìn)一步催化合成最終產(chǎn)品，如一步法生產(chǎn)二甲醚。（固定床復(fù)合催化劑；氣液固三相淤漿床雙功能催化劑）。 29