设备第九章--固定床反应器培训讲学.ppt

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1、设备第九章-固定床反应器可概括为三种基本类型：可概括为三种基本类型：(1)(1)在两相界面处进行反应，所有气固反应或气固在两相界面处进行反应，所有气固反应或气固相催化反应都属于这一类型；相催化反应都属于这一类型；(2)(2)在一个相内进行反应，大多数气液反应均属于在一个相内进行反应，大多数气液反应均属于这种情况，进行反应的相叫做反应相；这种情况，进行反应的相叫做反应相；(3)(3)在两个相内同时发生反应，某些液液反应属于在两个相内同时发生反应，某些液液反应属于这种情况。这种情况。本课着重讲述气固相催化反应，并讨论定量本课着重讲述气固相催化反应，并讨论定量处理的方法。处理的方法。多相系统中反应的

2、基本类型多相系统中反应的基本类型2 根据固体催化剂是处于静止状态还是运动状态，反应器又可分为两大类，属于静止状态的有固定床反应器和滴流床反应器，催化剂处于运动状态的有流化床反应器、移动床反应器和浆态反应器等。本章的主要研究对象是固定床反应器，流化床反应器第十章介绍。39.1固定床反应器的特点及结构固定床反应器的特点及结构9.2固定床反应器内的流体流动固定床反应器内的流体流动9.3固定床反应器内的传质与传热固定床反应器内的传质与传热9.4 固定床反应器的计算方法固定床反应器的计算方法49.1固定床反应器的特点及结构固定床反应器的特点及结构定定义义*：凡凡是是流流体体通通过过不不动动的的固固体体物

3、物料料所所形形成成的的床床层层而而进进行行反反应应的的装装置置都都称称作作固固定定床反应器。床反应器。其其中中尤尤以以用用气气态态的的反反应应物物料料通通过过由由固固体体催催化化剂剂所所构构成成的的床床层层进进行行反反应应的的气气-固固相相催催化反应器占最主要的地位。化反应器占最主要的地位。5固定床反应器优点*固定床中催化剂不易磨损；床层内流体的流动接近于平推流，与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。由于停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和转化率。可在高温高压下操作。9.1.19.1.1固定床反应器的特点及工业应用

4、固定床反应器的特点及工业应用6 固定床反应器缺点*固定床中的传热较差；催化剂的再生、更换均不方便，催化剂的更换必须停产进行。不能使用细粒催化剂 79.1.2 固定床反应器的构型固定床反应器的构型固定床反应器分类*固定床反应器按反应中与外界有否热量交换可以划分为两大类：绝热式和换热式。绝热式和换热式。绝热式绝热式:单段绝热床、多段绝热式反应器 换热式：换热式：对外换热式和自身换热式。81.绝绝 热热 式式 反反 应应 器器（掌握结构、分类、应用）（掌握结构、分类、应用）绝热式固定床催化反应器在反应过程中，床层不不与与外外界界进进行行热热量量交交换换，其最外层为隔隔热热材材料料层层（耐火砖、矿渣棉

5、、玻璃纤维等），常称作保保温温层层，作作用用是防止热量的传出或传入，减少能量损失，维持一定的操作条件并起到安全防护的作用。9一般为一高径比不大的圆筒体。见图9-1。单段绝热反应器优点优点：单段绝热式固定床催化反应器结构简单、造价便宜，反应器内体积能得到充分利用。单段绝热反应器适用的场合单段绝热反应器适用的场合*：(1).(1).反应热效应较小的反应；反应热效应较小的反应；(2).(2).温温度度对对目目的的产产物物收收率率影影响响不大的反应；不大的反应；(3).(3).虽虽然然反反应应热热效效应应大大，但但单单程程转转化化率率较较低低的的反反应应或或者者有有大大量量惰惰性性物物料料存存在在，使

6、使反反应应过过程程中温升小的反应中温升小的反应.1）单段绝热床）单段绝热床图9-1圆筒绝热式反应器一矿渣棉；2一瓷环；3一催化剂1011固定床反应器操作过程中若发生超压现象，需要紧急放空处理时，一般应按流流程顺序进行程顺序进行，即:打开出口放空阀放空，以免逆流程放空导致气流冲动催化剂床层，但危急情况下可以同时打开出口处和入口处的放空阀。固定床反应器操作过程中发生超压现象的处理方法固定床反应器操作过程中发生超压现象的处理方法122）.多段绝热式反应器 多段绝热固定床反应器使用场合：多段绝热固定床反应器多用以进行放热反多段绝热固定床反应器多用以进行放热反应等。应等。多段绝热反应器分类按段间换热方式

7、的不同可分为三类：(1).间接换热式；(2).原料气冷激式；(3).非原料气冷激式。后两类又可总称为直接换热式。1314152 换热式反应器换热式反应器 当反应热热效效应应较较大大时，为了维持适宜的温度条件，必须利用换热介质来移走或供给热量。换热式固定床反应器的特点：在催化剂床层进行化学反应的同时，床层还通过器壁与外界进行热交换。按换热介质的不同，又可分为对对外外换换热热式式和和自自身身换热式换热式。161）对外换热式反应器）对外换热式反应器以各各种种载载热热体体为为换换热热介介质质，称为对外换热式。化工生产中应用最多的是换热条件较好的列列管管式式反反应应器器，其结构类似管壳式热交换器。通常在

8、管管内内充填催化剂，反应气体自自上上而而下下通过催化剂床层进行反应，管间通载热体(在用高压水或用高压蒸汽作热载体时，则把催化剂放在管间，而使管内走高压流体)。图 乙炔法合成氯乙烯反应器17 实实际际生生产产中中，物物料料大大多多数数是是采采用用自自上上而而下下的的流流动动方方式式，少少数数为为自自下下而而上上流流动动，载载热热体体则则在在管管间间流流动动，其其流流向向可可以以与与反反应应气气体体成成逆逆流流，也也可可以以成成并流并流，应根据不同反应的具体要求来进行选择。，应根据不同反应的具体要求来进行选择。若若进进行行的的是是吸吸热热反反应应，则则载载热热体体为为化化学学反反应应的的热热源源。

9、对对于于放放热热反反应应、载载热热体体为为冷冷却却介介质质，移移走走由由反应所产生的热量。反应所产生的热量。换热强度应满足反应过程所要求的温度条件。换热强度应满足反应过程所要求的温度条件。流体流动方式 在传热面积一定的情况下，载热体有较大的传热在传热面积一定的情况下，载热体有较大的传热系数。系数。载热体的选择载热体的选择18 图9-3列管式固定床反应器(a）沸腾式 （b）内部循环式 （c）外部循环式19列管式固定床反应器优点：传热较好，管内温度较易控制；返混小、选择性较高；只要增加管数，便可有把握地进行放大；对于极强的放热反应，还可用同样粒度的惰性物料来稀释催化剂.列管式固定床反应器缺点：是结

10、构比绝热反应器复杂，催化剂的装卸也不方便。20 换热式固定床反应器换热式固定床反应器可用于放热反应，可用于放热反应，也可用于吸热反应。也可用于吸热反应。但对于反应过程中催化剂失活很快，以但对于反应过程中催化剂失活很快，以致催化剂的再生或更换十分频繁的反应，不致催化剂的再生或更换十分频繁的反应，不宜采用固定床反应器，无论是绝热式还是换宜采用固定床反应器，无论是绝热式还是换热式。热式。适用场合适用场合212 2）.自热换热式反应器自热换热式反应器以原料气为换热介质，利用反应后的高温气体预热原料，使其达到反应温度，本身得到冷却，即反应前后的物料在床层中自己进行换热称作自热式反应器。只适用于放放热热反

11、反应应，而且是原料气必必须须预预热热的系统。反应物料的流向：自热式反应器示意图22优、缺点：逆流：优点是原料气进入床层后能较快地升温而接近最佳温度，缺点是反应后期易于过冷。并流：优点是后期降温较慢，不足是前期升温较慢。无论逆流还是并流，反应前期放热速率都最大。有些并流式催化反应器中设置一绝热床，经预热后的原料气先进入绝热床中反应，使反应气体迅速升温，然后再进入与原料气进行换热的催化剂管中反应，这样做既保留并流式后期降温速度慢的优点，又克服了原料气进入床层后升温速度慢的缺点。23自热式反应器的特点热能的利用率高，省能。可以设计出轴向温度分布接近最佳温度分布曲线的床层结构反应器热反馈现象严重，操作

12、控制比较困难，原料气流量、温度、组成的变化都会影响热量平衡和反应状况，引起温度波动。自热式反应器在开车时需要外部热源。249.2.1 固定床反应器的床层特点固定床反应器的床层特点催化剂颗粒的直径和形状系数催化剂颗粒的直径和形状系数粒粒径径是是表表征征颗颗粒粒特特征征的的一一个个基基本本参参数数，常常笼笼统统地地以以d dP P表示。表示。设设粒粒子子的的体体积积为为V VP P，外外表表面面积积为为A Ap p，比比外外表表面面积积Sv=Sv=A Ap p/V VP P（1 1）体积相当直径）体积相当直径d dV V：流体力学研究中常使用这种直径。（）外表面积相当直径（）外表面积相当直径dad

13、a：在固定床传热及传质研究中常用这种直径。（）比表面积相当直径（）比表面积相当直径dsds：计算固定床压力降时常用这种直径。25（4）形状系数*对于非球形粒子，其外表面积对于非球形粒子，其外表面积A AP P必大于同体积球必大于同体积球形粒子的外表面积形粒子的外表面积A AS S,则：则：球形颗粒的外表面积A AS S与体积相同的非球形颗粒的外表面积A AP P之比，称为形状系数。除球体的除球体的 =1 =1外，其它形状颗粒的外，其它形状颗粒的 均小于均小于1 1。三种相当直径用 联系起来，关系如下：26（5）平均直径 当颗粒的形状不规则、大小也不均匀时应采用平均直径。对于大小不等的混合颗粒，

14、其平均直径可用筛分数据按下式求出。对于大小不等的混合颗粒，其平均直径可用筛分数据按下式求出。统计平均直径-颗粒的平均直径，m;di某一筛分颗粒的直径，m；xi-直径为di的颗粒所占的质量分数。调和平均直径在固定床、流化床流体力学计算流体力学计算中常采用调和平均直径。27表征床层结构的主要参数为床床层层空空隙隙率率。是指颗粒间自由体积与整个床层体积之比。-催化剂床层堆积密度，即单位体积催化剂床层具有的质量，Kg/m3；堆积密度B固体的质量/床层的体积。-催化剂的表观密度，即单位体积催化剂颗粒具有的质量，Kg/m3。颗粒密度p固体的质量/颗粒的体积。空隙率的大小会影响流体的流动流体的流动(压降压降

15、)、传质及传、传质及传热热。2.床层空隙率床层空隙率*(床层自由体积)/(床层体积)28影响床层空隙率的因素*床层空隙率的大小与颗颗粒粒形形状状、粒粒度度分分布布、颗颗粒粒表表面面的的粗粗糙糙度度、颗颗粒粒直直径径与与床床直直径径之之比比以及颗颗粒粒的的充填方法充填方法等有关。颗颗粒粒形形状状影影响响最最大大，一般形状系数越大（即越接近圆球体）空隙率越小，颗粒表面越光滑空隙率越小，粒度越小空隙率越小，粒度分布越不均匀（即粒径分布越宽）空隙率越小。固定床中同一横截面上的空隙率是不不均均匀匀的，对于粒度均一的颗粒所构成的床层，在与器壁距离为12倍颗粒直径处，空隙率最最大大，床层中心较小，这种影响，

16、叫做壁效应。叫做壁效应。29 在非非球球颗颗粒粒充填的床层中，同一截面上的值，除壁效应影响所及的范围外，都是均匀均匀的。但球球形形或或圆圆柱柱形形颗颗粒粒充填的床层，在同一横截面上的值，除壁效应影响所及的范围外，还在一平均值上下波动。由由于于壁壁效效应应的的影影响响，床床层层直直径径与与颗颗粒粒直直径径之之比比越越大，床层空隙率的分布越均匀。大，床层空隙率的分布越均匀。通常所说的床层空隙率指的是平均空隙率平均空隙率。303.3.固定床的当量直径固定床的当量直径dede de4RHde当量直径，m；水力半径，m。Se_床层比外表面积319.2.2固定床反应器中流体流动的特性固定床反应器中流体流动

17、的特性流动特性流动特性在固定床反应器中，流体在床层内的孔道孔道中流动。流体在固定床层中的流动情况远较在空管空管中复杂复杂。固定床中孔道弯弯曲曲、交交错错、形形状状各各异异，孔道的数目、截面积沿流动方向不断变化，流过床层的流体，其径向流速分布也不均匀，造成流体在流动过程中不断地分散和混合分散和混合。颗粒越小形成的孔道数目就越多，孔道的截面积就越小；颗粒越不均匀、形状越不规则、表面越粗糙，各孔道的差异性就越大。322.2.气体的分布气体的分布气流分布不均产生的原因：气流分布不均产生的原因：在气固相固定床催化反应器中，由于床层空空隙隙率率沿径向分分布布不均匀不均匀导致气流分布不均匀；另外较大速度的气

18、流动动能能很很大大，分股冲入反应器内也会引起气流分布不均匀。气流分布不均危害气流分布不均危害*：会造成沟沟流流和和短短路路，使不同径向位置处的流体单元停停留留时时间间不一样不一样，转化率不一样转化率不一样，从而降低反应效果降低反应效果。改进措施改进措施*：在装填催化剂时应尽量装装填填均均匀匀，并采取措施消消除除气气流流的的初始动能和均匀导气初始动能和均匀导气。33图图9-69-6消除初始动能的方法示意图消除初始动能的方法示意图 34图图9-79-7附加导流装置示意图附加导流装置示意图 359.2.39.2.3固定床反应器的床层压力降固定床反应器的床层压力降 流过床层的流体，其径向流速分布是不均

19、匀的。流过床层的流体，其径向流速分布是不均匀的。径径向向流流速速分分布布：从床层中心处算起，随着径向位置的增大，流速增加，在离器壁的距离等于12倍颗粒直径处，流速最大，然后随径向位置的增大而降低，至壁面处为零。床床层层直直径与颗粒直径之比越小，径向流速分布越不均匀。径与颗粒直径之比越小，径向流速分布越不均匀。流体流过固定床时所产生的压力损失流体流过固定床时所产生的压力损失*：一方面是由于颗粒的粘粘滞滞曳曳力力，即流体与颗粒表面间的摩摩擦擦；另一方面是由于流体流动过程中孔道截面积突突然然扩扩大大和和收收缩缩，以及流体对颗粒的撞击撞击及流体的再分布流体的再分布而产生。当流体处于层层流流时，前者起主

20、要作用；在高高流流速速及薄床层中流动时，后者起主要作用。将空管中流体流动的压力降计算公式修正后用于固定床。36式中：式中：流体密度流体密度 dS 颗粒比外表面积相当直径颗粒比外表面积相当直径 f 摩擦系数摩擦系数 L 床层高度床层高度 u0空管流速空管流速 B床层空隙率床层空隙率当当Re10 时，时，f=1/Re当当Re1000 时，时，f=1.75。一般固定床中的压降不宜超过床内压力的一般固定床中的压降不宜超过床内压力的1515。固定床压力降计算公式：固定床压力降计算公式：37对固定床压力降影响因素可分为两大类：流体流体：流体粘度、密度、流速流速等；床层床层：床层高度、空隙率空隙率、颗粒粒度

21、、形状、表面粗糙度等。影响最大的是床层空隙率和流体流速床层空隙率和流体流速。由于在生产流程中，流体的压头有限，一般固定床中的压降不宜超过床内压力的15。所以颗粒不能太细，而且最好都能做成圆球状，气流速度也应适可而止。如何变动降低压力降应考虑传质传热的问题。影响固定床压力降的因素*：389.39.3固定床反应器中的传质与传热固定床反应器中的传质与传热9.3.19.3.1固定床反应器中的传质固定床反应器中的传质1.1.气固相催化反应的全过程与控制步骤气固相催化反应的全过程与控制步骤(1)气固相催化反应的全过程气固相催化反应的全过程*图图9-8气固相催化反应过程示意图气固相催化反应过程示意图外扩散过

22、程外扩散过程内扩散过程；内扩散过程；吸附过程；吸附过程；表面化学反应过程表面化学反应过程；脱附过程脱附过程；39 步骤步骤(1)(1)、(7)(7)属外扩散，属外扩散，步骤步骤(2)(2)、(6)(6)属内扩散，属内扩散，步骤步骤(3)(3)(5)(5)属表面反应过程。属表面反应过程。在在这这些些步步骤骤中中，内内扩扩散散和和表表面面反反应应发发生生于于催催化化剂剂颗粒内部，两者是同时进行的，属于并联过程，颗粒内部，两者是同时进行的，属于并联过程，而而组组成成表表面面反反应应过过程程的的(3)(3)(5)(5)三三步步则则是是串串联联的的。外外扩扩散散发发生生于于主主流流体体与与催催化化剂剂颗

23、颗粒粒外外表表面面之之间间，属于相间传递过程。属于相间传递过程。外外扩扩散散与与催催化化剂剂颗颗粒粒内内的的扩扩散散和和反反应应也也是是串串联联进进行的。行的。40(2)控制步骤与总反应速度控制步骤与总反应速度 控控制制步步骤骤是指一个连串过程中速速度度最最小小，而且比其他步骤的速度小小得得多多的步骤，它的速度决定着整个过程的速度，称为控制步骤。存在着控制步骤的过程的总反应速度等于控制步骤的速度。总总反反应应速速度度：是指存在传质、传热阻力时的反应速度。这个速度可以由实验测得，称为表表观观反反应应速速度度，也叫实际反应速度实际反应速度。总反应速度不不是是各步速度之之和和，过程达到稳态时各步速度

24、相等并等于总速度，有控制步骤时总速度等于控控制步骤制步骤的速度。41动动力力学学控控制制*（表面过程控制）的过程有三三种种可能情况，一为反应物的吸吸附附控控制制，即反应物的吸附最慢而且比其他步骤慢很多，二为表面化学反应控制表面化学反应控制，三为产物的脱附控制脱附控制。这类过程传质（内、外扩散）速度相对很快，类似均均相相反应，研究确定出本征反应速度方程即可，化学反应的速度即为总反应速度，其浓度分布的特征是：，化学动力学控制的过程发发生生的的场场合合*是，颗颗粒粒比比较较小小，因而内扩散阻力小；气气速速高高，因而外扩散速度快；温温度度低低，因而表面过程的速度小。操作现场（或实验中）的表表现现*为，

25、提提高高操操作作温温度度反应器出口处的转化率会增加转化率会增加。42内内扩扩散散控控制制的过程，计算或测出催化剂的内内表表面面利利用用率率即可确定总反应速度，（-rA）=r式中：r-本征反应速度，mol/(hkgcat.）。内扩散控制过程发发生生的的场场合合*是，颗颗粒粒大大，因而内扩散阻力大，内扩散速度小；温温度度高高因而化学反应速度快；气气速速高高因而外扩散速度大。内扩散控制过程浓度分布特征是：CASCACCAeq。实实验验现现象象：同样的反应器、同样操作条件下，减减小小催催化化剂剂颗粒的尺寸，最终转化率会增大，而升高温度、增加气速对转化率影响不大。43外扩散控制外扩散控制的过程，传质速度

26、（外扩散速度）即为总反应速度。外扩散控制过程浓度分布的特征是CAgCASCcAeq。外扩散控制发生的场合：外扩散控制发生的场合：是颗粒小、气速小、温度高颗粒小、气速小、温度高 操作现场（或实验）表现：操作现场（或实验）表现：是提高温度出口转化率增加不多（实为（-）增加不大），但提高气速，xAf不减少，甚至增加。44固定床中的传质固定床中的传质固定床中的传质主要是指外外扩扩散散传传质质和和内内扩扩散散传传质质。外扩散的机理主要是分分子子扩扩散散和和湍湍流流扩扩散散；内扩散的机理是分子扩散和努森扩散分子扩散和努森扩散。（）外扩散过程（）外扩散过程 外扩散速度为外扩散控制过程的动力学特征是，表表观观

27、级级数数为为一一级级，即过程的速度与反应物分压的一次方成正比；表观活化能为4134kJ/mol,比化学反应的活化能低一个数量级。对反应的影响：对平行反应中中高高级级数数反反应应不不利利，对以中间产品为目的产物的连串反应不利，选择性下降。45(2)内扩散过程内扩散过程 内扩散是个边扩散边反应的平行连串过程，内扩散阻力的存在使颗粒内部存在浓浓度度梯梯度度，使催化剂的内表面没有被完全利用。内表面利用率随随着着扩扩散散的的进进行行，反反应应物物的的浓浓度度逐逐渐渐下下降降，反反应应速速率率也也相相应应地地降降低低，到到颗颗粒粒中中心心时时反反应应物物浓浓度度最最低低(或或等等于于零零)，反应速率也最小

28、。，反应速率也最小。内扩散阻力的对复杂反应选择性的影响*：对于平行反应，内扩散阻力的存在使主反应级数高的平行反应的选择性下降，使主反应级数低的平行反应的选择性增加；对于以中间产物为目的产物的连串反应，内扩散阻力的存在，提供了使反应进行到底的条件（颗粒内部产物浓度高），使反应的选择性下降。46内表面利用率：0表观反应速度（催化剂颗粒上的实际反应速度），mol（kgcat)；本征反应速度（内外表面完全有效，即消除了内扩散阻力时的反应速度），mol/（kgcat）。r0和r均可由实实验验测测得得，因此可以求得。也可理论计算 一般小于1（吸热反应），但有时也可能大于1（放热反应）。47的影响因素的影响

29、因素：一切使化学反应速度增加的因素和使扩散速度减小的因素均能使减小。恒温情况下，温度越高越小；颗粒直径越大、孔径越小、孔的曲折率越大，都使减小（内扩散阻力增加）。内扩散阻力的对复杂反应选择性的影响内扩散阻力的对复杂反应选择性的影响*：对于平平行行反反应应，内扩散阻力的存在使主主反反应应级级数数高高的平行反应的选择性下降下降，使主反应级数低主反应级数低的平行反应的选择性增加；对于以中间产物为目的产物的连连串串反反应应，内扩散阻力的存在，提供了使反应进行到底的条件（颗粒内部产物浓度高），使反应的选择性下降下降。改善内部传递过程的措施有三个：一是尽量采用细颗粒催化剂；二是采用双孔结构的化剂；三是将活

30、性组分非均匀分布。489.3.2固定床反应器内的传热固定床反应器内的传热固定床中的传热方式*：热量通过空隙中的流体以对流、传导和辐射的方式向外传递；热量通过固体颗粒向外传递，其中包括(a)颗粒接触面处的传导；(b)相邻颗粒周围的边界层的传导；(c)颗粒间的辐射；(d)颗粒内的传导。床层与器壁的传热491.1.固定床传热过程分析固定床传热过程分析固固体体催催化化剂剂有有三三类类：一类为金金属属，一类为金金属属氧氧化化物和硫化物物和硫化物，一类为固体酸和盐类固体酸和盐类。固定床的传热性能不好的原因固定床的传热性能不好的原因*：除金属催化剂外其他两类的导热性能都不好，一些贵金属催化剂也不直接使用，而

31、是分散在载体上使用，除金属载体外，绝大多数载体的导热性能也不好，加之固定床中颗粒固定不动，气流速度不能太高，这就造成了固定床的传热性能不好，使颗粒内部、颗粒与流体之间、床层内部及床层与器壁之间都存在较大的温度差温度差。502.床层对器壁的总给热系数床层对器壁的总给热系数单位时间内通过长度为dl的微元管段所传出的热量为 可由下面的关联式计算，在床层被冷却时床层被加热时51流体本体与催化剂外表面间的温差流体本体与催化剂外表面间的温差 对于强放热反应，催化剂外表面与流体本体之间的温度差可能很大。例如催化剂外表面结焦后烧焦再生，为燃烧反应，属快速反应，很可能为外扩散传质控制，常压下烧焦温度为773K（

32、气流本体温度），氧含量20.8，反应热HA=-136.2kJ/mol，CP=1.09kJ/(kgK)，=0.456kg/m3，可求得最大温差为898K，催化剂表面最高温度可达1671K，为避免烧坏催化剂烧焦时用大量水蒸气或烟道气稀释空气，使氧含量下降，使最大温差降低。52固定床反应器的热稳定性固定床反应器的热稳定性放热的固定床催化反应器存在多多重重定定态态和和热热稳稳定定性性问题，为满足热稳定性条件，存在着最最大大允允许许管管径径和最低允许介质温度和最低允许介质温度。管管径径过过大大，冷冷却却介介质质温温度度过过低低都不能满足热稳定性要求，因此强放热的气固相催化反应往往采用列管式结构，并采用高

33、温介质作冷却剂。稳定性稳定性反映的是事物的本性。反应器的可可控控性性是说它容易控制还是不容易控制，或说容易控制的程度。所谓控制是外部施加的影响，是通过调节作用改变反应器的某些操作条件，使它在某定态下实现正常操作（尽管此定态点可能是非稳定的定态点）539.4固定床反应器的计算方法固定床反应器的计算方法*固固定定床床反反应应器器工工艺艺计计算算的的内内容容*有三个方面：一是反应器的有效体积即催化剂装填量的计算，二是床高和床径的计算，三是传热面积和床层压力降的计算。的计算有经验法和数学模型有经验法和数学模型法两种。经验法是根据空速、空时收率、催化剂负荷等数据，反推完成一定任务所需的催化剂装填量，比较

34、简单。数学模型法按座标数目分有一维模型和二维模型；按相态分有拟均相模型和非均相模型。549.4.19.4.1经验计算法经验计算法经验法主要用于计算催化剂床层体积、经验法主要用于计算催化剂床层体积、传热面积及床层压力降。传热面积及床层压力降。1.1.催化剂用量的计算催化剂用量的计算(1)(1)由空速数据计算催化剂用量由空速数据计算催化剂用量空间速度，h-1；qV0-入口条件下的体积流量，m3/h;催化剂的体积，m3。采用空速数据要注意条件，有的地方规定为标准体积流量，用符号表示，计算时条件要一致。55（）由空时收率计算催化剂用量（）由空时收率计算催化剂用量空时收率是指在一定条件下，单位时间、单位

35、体积催化剂上所能生产的目的产物的量式中目的产物产量，kg/h;SW催化剂的空时收率，kg/(m3h).知道了同类催化剂上，同样使用条件下的SW数据，由生产任务确定了目的产物的产量后，即可据上式计算出催化剂的需要量。56（）由催化剂负荷计算催化剂用量（）由催化剂负荷计算催化剂用量催化剂负荷是指在一定反应条件下，在单位质量催化剂上，通过化学反应所能转化掉的原料的量。式中催化剂用量，kg;原料转化速度，kg/h.;催化剂负荷，kg/(kgh)。57由接触时间计算催化剂用量 接触时间通常是指反应气体在反应条件下，通过催化剂床层中自由空间所需要的时间，其单位常用秒表示。接触时间即停留时间，也即反应时间。

36、-接触时间，s；qv-反应条件下气体的体积流量，m3/s。58使用经验法计算催化剂的用量，必须注意适用条件：反应器的型式及结构参数，催化剂的型号及粒度，操作压力，反应物系初始组成、最终转化率、气体净化程度及催化剂的使用时间。59床高及直径的计算床高及直径的计算（1）床径计算（无内件时）床径计算（无内件时）式中式中D-反应器直径，反应器直径，m；A1-床层横截面积，床层横截面积，m2；qV0-按入口条件计的气体体积流量，按入口条件计的气体体积流量，m3/h；0-按入口条件计的气体空床线速度，按入口条件计的气体空床线速度，m2/h；60（2）床高的计算613.3.催化剂床层传热面积的计算催化剂床层

37、传热面积的计算当以管外壁表面积为基准时当以管内壁表面积为基准时当使用的是新换热式反应器或壁面垢层热阻可以忽略及管壁较薄时，总传热系数的计算公式可简化为629.4.2数学模型法数学模型法1.拟均相一维理想流动基础模型拟均相一维理想流动基础模型 它完全类似于均相反应器中的理想管式流动反应器 物料衡算式FAOdxABrAdVRB rA（/4）dt2dl热量衡算式反应动力学这方程式63（）拟均相二维模型（）拟均相二维模型 拟均相二维模型通过床层的径向有效导热系数和表观壁膜给热系数er描述径向的传热特性。通过径向有效扩散系数Der描述混合扩散对传质的影响。从而可以计算出非等温、非绝热固定床反应器内径向和轴向的温度、浓度分布。64此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢