固定床反應器選型與計算.ppt

1、1、固定床反應器、氣固催化反應器可分為固定床反應器三類茄子。流化床反應器；移動床反應器。固體催化劑顆粒堆積形成的固定床層不動，氣體反應物從上到下流動床層，反應的裝置稱為固定床反應器。1概述，4，主要固定床催化反應過程如下表，1.1固定床反應器的優(yōu)缺點固定床內氣相流動接近平流，有助于實現高轉化率和選擇性。利用少量催化劑和小反應器容積，可以獲得更大的生產能力。結構簡單，催化機械磨損少，適合貴金屬催化劑。反應器操作方便，操作彈性大。固定床反應器與流化床反應器相比，缺點催化劑顆粒大，有效系數低。催化劑層的傳熱系數小，容易發(fā)生局部過熱。催化劑顆粒的更換不適合容易停用的催化劑。1.2固定層反應器類型固定層

2、反應器格式多種多樣。根據床層和外部的傳熱方式分類。有絕熱固定層反應器、多級絕熱固定層反應器、熱管固定層反應器、磁熱式反應器等。1 .絕熱式固定層反應器外殼包裹絕熱層，使催化劑床層與外部沒有熱交換。在中空圓柱體的底部放置架子，在上面堆積固體催化劑。氣體從上到下通過催化劑層。結構簡單，床橫截面溫度均勻。單位體積內催化劑的楊怡大，生產能力大。但是，這僅適用于熱效應不大的反應。8，9，絕熱固定層反應器，牙齒反應器結構最簡單，但實際上催化劑均勻地堆在床上，預熱到一定溫度的反應物質從上到下通過床層反應，床層與外部沒有熱交換。10，(2)徑向絕熱固定床反應器如圖(B)所示。徑向反應器的結構比軸向反應器更復雜

3、。催化劑安裝在由兩個同心圓組成的環(huán)形縫隙中，流體可以沿著徑向通過床層，使用離心流或向心流。徑向反應器的優(yōu)點是流體流動距離短，流道截面面積大，床層阻力小。軸向反應器和徑向反應器，(a)，(b)，2圖(C)是用于SO2轉換的多段絕熱反應器，在段之間引入冷。在這種可逆放熱反應過程中，通過段間熱交換，首先形成高、低溫度變化，提高轉化率和反應率。3 .熱管固定床反應器的熱效應大，可以渡邊杏使用絕熱式反應器，也可以使用換熱式固定床反應器。牙齒設備像熱管換熱器，也稱為熱管固定床反應器。如圖(D)所示，反應器由多個反應管道并行配置，管道直徑一般為25 30，管道數可達一萬多個。管內催化劑，傳熱介質通過管間加熱

4、或冷卻。(D)，熱管固定床反應器具有良好的傳熱性能，單位床體積大，可用于傳熱面積大、熱效應大的反應過程。反應器由數千個“單管”組成。單管的反應性能可以表現出整個反應器的反應效果，因此放大設計更加可靠，廣泛應用于實際生產。18，熱管式固定床反應器，熱管式反應器的優(yōu)點：傳熱好，管內溫度更容易控制。小混合，高選擇性；增加管道數量可以自信地放大。在很強的發(fā)熱反應的情況下，用相同粒度的惰性材料稀釋催化劑，原料的成本高，副產品價值低，不容易分離的情況下。，4 .磁熱式反應器利用反應中釋放的熱量預熱新鮮飼料，與熱自給平衡，其設備緊湊，可用于高壓反應體系。但是其結構比較復雜，操作彈性小，開始反應時經常傳記加熱

5、。22，1.3傳熱介質傳熱介質的選擇取決于反應的溫度范圍，其溫度和催化劑床的溫差較小，但需要去除很多熱量。常用的傳熱介質包括：1.沸水：溫度范圍100300。使用時要注意水質處理，去除溶于水的氧氣。2.鄭智薰苯醚，烷基萘基石油餾分：粘度低，無腐蝕，不變，溫度范圍200 350，23，3。熔鹽：溫度范圍300400，無機熔鹽KNO3，NaNO3，NaNO2組成一定比例，但高溫下滲透性強，氧化性強。4.煙氣：適用于600700的高溫反應。24，25，2固定層的傳遞特性，氣體在催化劑粒子之間的縫隙中流動，比在管內流動更容易到達湍流。氣體從上到下流過床層。2.1粒子大小粒子大小是粒子系統(tǒng)的重要參數，通

6、常用粒子大小表示。球形粒子的粒子大小為其直徑，必須定義不同圖形的粒子路徑。粒子的定型尺寸最能代表粒子性質的尺寸是粒子的等效直徑。對于非球形粒子，可以折疊成具有相同體積(或外部面積、鄭智薰表面積)的球形粒子，并用等效直徑表示。體積、外表面積、鄭智薰表面等效直徑等。26，27，體積等效直徑： (非球形粒子必須具有合成相同體積的球形粒子的直徑)外部面積等效直徑： (非球形粒子必須具有合成相同外部區(qū)域的球形粒子的直徑)，28，等效直徑： (非球形粒子必須具有合成相同表面積的球形粒子的直徑)混合粒子的平均直徑，29，2.2如果不考慮墻效應，將填充均勻粒子填充的床層，其間隙與粒子大小無關。床層間隙是影響粒

7、子形狀和大小、粒度分布、顆粒和床層直徑比、顆粒填充方式的重要參數。壁效應床層間隙沿床層呈放射狀分布，在壁上約一個粒子直徑處，床層間隙最大。30，31，床層內空隙的徑向分布不均勻，因此床層內各個地方的流速不同，床層內各個地方的傳熱和停留時間也不同。要減少壁效應的影響，床直徑必須大于粒子直徑的8倍。2.3床壓降氣體流通過催化劑床層的縫隙形成的通道，與通道周圍壁摩擦，產生壓降。壓降計算通常用于計算水平(Ergun)方程式：32，33，水平(Ergun)方程式的其他參數，即床壓力分布。如果壓降不大，床層各處的物性變化不大，可以看作常數，壓降會線性分布。在Re m1000中，Ergun方程式是有很多方程

8、式專門參考催化劑床層壓降相關資料。34，影響床層壓降的最大因素：床層孔隙流體流速稍高，壓降會發(fā)生很大變化。降低床層的方法：增加床層的縫隙，例如大粒子大小的顆粒。降低流體的流速，但要考慮這可能會加劇相變傳導和傳熱，必須綜合考慮。35，36，例1內徑為50毫米的管內包含4米高的催化劑層，催化劑為球體，催化劑的粒子直徑分布見表?？瘴籅=0.44。反應條件下氣體的密度g=2.46 kgm-3，粘度g=2.310-5 kgm-1s-1，氣體質量流量G=6.2kg m-2s-1。求床層的壓降。，37，分析：粒子平均直徑計算修正雷諾數，38，床層積降計算，2.4固定層的傳熱，固定層的傳熱是粒子內傳熱粒子和流

9、體之間的傳熱，傳熱系數hP床和墻內的傳熱，傳熱系數HW，h0，39有效熱傳導E是根據軸向和徑向傳熱計算的軸向和徑向有效導熱系數(ez，40，41，1。流體和粒子外表面之間的傳熱類似于傳導，由于層流邊界層的存在，氣流主體和催化劑粒子外表面產生溫差。因此必須有傳熱。在單位時間內從粒子外部表面?zhèn)鬟f到氣象主體的列是-單位時間內傳遞的列，J/H。H P -流體對粒子傳熱系數，j/m2hk；T g -天氣主體的溫度，k；TS -溫度在催化劑顆粒外表面，k；SS -催化劑外觀面積，m2；粒子曲面使用系數，球體=1，圓柱體=0.91，其他圖形=0.90，42，43，傳熱系數計算(使用傳熱系數方法計算):格式：

10、基于pr-flant的氣體pr-或：2。固定層的有效熱導率E床層的有效熱導率是粒子和流體之間對流傳熱、粒子和流體本身的導熱、床層內輻射熱等多種茄子作用的綜合表現。流體和粒子特性以及流動狀態(tài)的函數。通常，會忽略軸列ez，因為固定層的列主要在中心和管道壁之間以半徑方向傳遞。46，有效熱導率確定方法首先測量床層的溫度分布，然后根據傳熱方程反算E。-表示流體停止時床的熱導率。常識的第二項是流體流動混合對徑向傳熱的增值。47，的物理意義是指水平傳導與流動方向傳導速度的比率。物理意義是指粒子間隔和粒子大小比率的影響。G -流體的有效導熱系數。48，計算：第一是床間隙部分對傳熱的貢獻。第二個代表粒子部分的貢

11、獻。49、hrv和hrs分別是空隙和粒子的輻射熱系數。單位：50，s和分別是粒子和流體的熱導率；粒子表面的熱輻射率。表示粒子接觸點處流體膜的熱傳導影響。51，3。床層和基壁之間的傳熱系數HW和h0一維模型，床層的徑向溫度為A -熱傳輸面積TM、tw -床層平均溫度、基壁溫度。52，2d模型，應考慮床層徑向溫度分布。傳熱率是53，54，2.5固定層的電導率。1.流體和催化粒子外表面之間的傳導是宏觀動力學采用催化劑表面的溫度、濃度，但催化劑表面的溫度濃度很難測量。牙齒部分討論了催化劑表面溫度濃度與棋類本體溫度濃度的關系，并以可測量的量建立了力學關系。55，流體與催化劑表面之間的傳遞是外部擴散過程。

12、催化劑表面靜態(tài)邊界層的阻力，使氣流主體和催化劑粒子表面之間存在濃度差異。A組從氣相體到達催化劑粒子的外表面，必須通過擴散運動。流體通過邊界層擴散到催化劑粒子表面的電導率方程：-單位時間傳遞A物質的摩爾數，mol/s kg -介電系數，cm/s CAG -氣相中MOL/CM3SS-催化劑外部面積，cm2 -粒子表面利用系數，球體=電導率與粒子的幾何大小和形狀、流體力學條件和流體的物理特性有關。通過實驗相關性計算傳質系數kg。連接常用JD系數計算方法：格式中：58，59，60，表面等效直徑：單催化劑的外部區(qū)域折疊為直徑為dS的球形粒子的預計外部區(qū)域。請注意Re的其他定義。2 .由于傳導過程對反應的

13、影響流體和催化粒子外表面之間存在的層流邊界層，流體主體的氣相濃度不同于粒子外表面的氣相濃度。宏觀動力學方程基于表面氣相濃度，外部擴散過程直接影響反應的結果。連續(xù)穩(wěn)定過程，A組在單位時間內擴散到顆粒外表面的量等于催化劑中反應的量。也就是說，常識把CAG和CAS連接起來，CAG可以用氣相體濃度直接測量，解決了宏觀力學中的CAS計算問題。如果本正動力學方程為，62，則：其中：Da是Damkohler數，其物理意義是反應率和外部擴散率的比率，反映了系統(tǒng)內外擴散的影響。數值越大，反應速度越快，外部擴散的影響越大。Da0，外部擴散可以忽略。63，64，第一反應：第二反應：其他類型(N級)動力學方程：受外部擴散影響的宏觀動力學方程，65，66，特殊情況下：外部擴散控制-反應速度常數K遠遠大于電導率kg。內部擴散或動態(tài)控制-反應速度常數K遠小于傳導系數kg，粒子外部表面的A濃度等于氣象體濃度，不考慮外部擴散。67，例2實驗室中苯加氫反應，在1013.3 kPa下工作，氣體質量速度G=3000 kgm-2h-1，催化劑為89mm圓柱，顆粒密度P=0.9gcm-3，床層累積密度B=0.6GCM注：氣體粘度=1.410-4 gcm-1s-1，擴散系數D=0.267cm2s-1。解決方案：催化劑的粒子大小計算dS，68，69，床層的氣體雷諾數計算，70，