气固固定床反应器内传递特性.ppt

最优化目的： 在完成一定生产任务的条件下，使用的催化剂最少。 二氧化硫氧化反应－－气固相催化反应，用于硫酸生产，可逆，强放热，绝大多数生产过程采用多段绝热操作。 已知条件： 第一段入口和最后一段出口转化率； 第一段入口反应物浓度，各物性参数； 段与段间采用间接冷却。 可以改变的参数： 各段的入口温度； 段与段之间的转化率。 x1in,T1in x1out, T2in x2out T3in x3out T4in x4out 第一段 第二段 第三段 第四段 以四段为例： 以四段为例： 催化剂用量为：（基于拟均相平推流模型） 基于某一动力学方程，适当选取各段的入口温度；段与段之间的转化率共7个（N段为2N－1个）参数，使催化剂用量（反应器体积）最小。 x T 0 二氧化硫氧化反应T－x图示意 斜线为段内操作线，斜率为1/λ。 水平线表示段间为间接冷却，只是温度降低，转化率不变。 在T－x图上看： 在任意一段内，当xin及xout确定之后，应选取适当的进口温度Tin，使催化剂量最小。 在任意一段： 在任意相邻两段间： 汇总： ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 1 , , 0 1 , , 0 1 , , 0 1 4 4 2 4 4 4 4 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 2 1 4 4 3 3 2 2 1 1 = ? ? = = ? ? = = ? ? = = ? ? ò ò ò ò dx T r r T x r T x r dx T r r T x r T x r dx T r r T x r T x r dx T r r in x x in in out out in x x in in out out in x x in in out out in x x out in out in out in out in 第四段： 第三、四段之间： 第三段： 第二、三段之间： 第二段： 第一、二段之间： 第一段： 七个方程，七个未知数，可能是唯一解 x T 0 二氧化硫氧化反应T－x图示意 x1in,T1in x1out, T2in x2out T3in x3out T4in x4out 第一段 第二段 第三段 第四段 以四段为例： 每段催化剂用量相同？ P. 183, 习题3 铝催化剂上乙腈的合成反应 C2H2+NH3→ CH3CN + H2 92.14kJ (A) (B) (R) (S) 采用三段绝热式反应器 P183, 习题2 均相反应 =2260 =1.14? =48 * 第六章 气固相催化固定床反应器 什么是固定床反应器? 什么是非固定床反应器? 近似为平推流反应器：无返混 催化剂不动，不易磨损 传热性能较差 近似为平推流反应器：无返混 催化剂运动，易磨损 传热性能很好 学会固定床反应器的设计 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－－固定床非常普遍 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。 设计固定床反应器的要求： 生产强度尽量大 （床层温度、反应物浓度分布合理） 气体通过床层阻力小 运行可靠，检修方便 需要掌握内容： 传递特性： 温度、浓度分布 流动特性：气相压降 反应特性：转化率及催化剂用量 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。 设计固定床反应器的要求： 生产强度尽量大 （床层温度、反应物浓度分布合理） 气体通过床层阻力小 运行可靠，检修方便 压降计算通常利用厄根（Ergun）方程： 床层空隙率εB：单位体积床层内的空隙体积（没有被催化剂占据的体积，不含催化剂颗粒内的体积）。 若不考虑壁效应，装填有均匀颗粒的床层，其空隙率与颗粒大小无关。 壁效应：靠近壁面处的空隙率比其它部位大。 为减少壁效应的影响，要求床层直径至少要大于颗粒直径的8倍以上。 颗粒的定型尺寸－－最能代表颗粒性质的尺寸为颗粒的当量直径。非球形颗粒？ 体积： 体积当量直径 外表面积： 面积当量直径 比表面积： 比表面当量直径 混合粒子的平均直径： 例6.1，p162 固定床内径向传递（传质、传热） 自学，p163-164 固定床催化反应器设计 设计固定床反应器的要求： 生产强度尽量大 （床层温度、反应物浓度分布合理） 气体通过床层阻力小 运行可靠，检修方便 固定床催化反应器的类型 绝热型 换热型 操作方式：绝热、换热两种；操