平推流反應器教材第1頁/共39頁4/4/20232SO3ProductionPlantandGasTreatment(Ballestra)

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[磺化反應器]該裝置是以連續(xù)多管膜式反應器為基礎(chǔ)的磺化（硫酸化）裝置，此裝置以洗滌劑工業(yè)中使用的所有主要原材料生產(chǎn)磺酸和活性物，如：十二烷基苯、直鏈烷基苯、醇類、月桂醚、α-烯烴等第3頁/共39頁4/4/20234磺化反應工藝流程第4頁/共39頁4/4/20235第5頁/共39頁4/4/20236重油催化裂化(FCC)裝置總圖第6頁/共39頁4/4/20237

在催化裂化裝置中反—再系統(tǒng)的反應器為提升管反應器，它是基于平推流的基礎(chǔ)上建立起來的。自60年代以來,提升管反應器由于其氣固通量大、氣固接觸效率高以及操作范圍寬等特點,在催化裂化工業(yè)中得到了廣泛的應用。然而,隨著人們的研究深入,其徑向流動結(jié)構(gòu)的嚴重非均勻性和較大的氣固返混也逐漸為人們所認識。第7頁/共39頁4/4/20238第8頁/共39頁4/4/20239

在80年代中期,國內(nèi)外的一些著名的石油公司如Stone&Webster和Mobil等分別提出了超短接觸下行床反應器的概念。對于催化裂化等以中間產(chǎn)物為目的產(chǎn)品的過程,由于下行床能夠?qū)崿F(xiàn)氣固超短接觸并具有接近平推流的流型,將可以獲得比提升管更高的產(chǎn)品收率,因而受到人們的普遍關(guān)注,被譽為“21世紀取代提升管的換代新技術(shù)”。第9頁/共39頁4/4/202310第10頁/共39頁4/4/202311第11頁/共39頁4/4/2023122）在流體流動的方向不存在流體質(zhì)點間的混和，即無返混現(xiàn)象。流體在管內(nèi)作平推流流動具有如下兩特征：1）在與流動方向呈垂直的截面上沒有流速分布；第12頁/共39頁4/4/202313u表示流體器內(nèi)流速，L表示軸內(nèi)距離因此，各質(zhì)點具有相同的停留時間，等于反應時間t。第13頁/共39頁4/4/202314對于非等分子反應，需要按變?nèi)葸^程來考慮。在整個過程中:對于恒容反應過程平均停留時間，反應時間和空時一致。對氣相反應，恒溫，恒壓等分子反應上式也適用。對于液相反應，均可視為恒容過程。第14頁/共39頁4/4/202315膨脹因子：每反應掉一個摩爾的組分A所引起反應物系總摩爾數(shù)的變化量。即：所以第15頁/共39頁4/4/202316F，F(xiàn)0分別為物系反應后的摩爾流率和起始摩爾流率，yA0為著眼組分A的起始摩爾分率。第16頁/共39頁4/4/202317上式若對于恒溫、恒壓過程，則有在這些場合，空時和停留時間是不相等的，使用時應加以區(qū)別。第17頁/共39頁4/4/2023183.5.1設(shè)計方程第18頁/共39頁4/4/202319

累積量=輸入量-輸出量對器內(nèi)微元容積dV進行物料衡算，列出組份A的物料衡算式。根據(jù)衡算的一般形式：第19頁/共39頁4/4/202320

第20頁/共39頁4/4/202321平推流管式反應器的基礎(chǔ)設(shè)計方程第21頁/共39頁4/4/202322第22頁/共39頁4/4/202323恒容過程第23頁/共39頁4/4/202324恒容過程平推流與分批式完全混合反應器設(shè)計方程完全一致，因此只要反應是在等溫下進行，前一章的速率式都適用于平推流。第24頁/共39頁4/4/202325對于變?nèi)葸^程，其反應速率方程中的各個濃度需同時考慮因化學反應和容積而改變造成的濃度變化。第25頁/共39頁4/4/202326

但如果速率方程過于復雜，則往往需要用數(shù)值積分或下圖的圖解法求解方程。第26頁/共39頁4/4/202327第27頁/共39頁4/4/202328例3-5-1應用管徑為D=12.6cm的管式反應器來進行一級不可逆的氣體A的熱分解反應，其計量方程為A=R+S；速率方程為-rA=kCA；而k=7.8×109exp[-19220/T]（s-1），原料為純氣體A，反應壓力P=5atm（5×0.101325MPa）下恒壓，T=5000C恒溫反應。反應過程中壓力恒定，要求A的分解率達到0.9，原料氣體的處理速率為FAO=1.55kmol/h，求所需反應器的管長L、停留時間t、空時τ（理想氣體）。第28頁/共39頁4/4/202329反應流體在管內(nèi)的體積流速為：解：反應氣體的進料體積流速為：第29頁/共39頁4/4/202330第30頁/共39頁4/4/202331第31頁/共39頁4/4/202332所以第32頁/共39頁4/4/202333第33頁/共39頁4/4/2023343.5-2變溫操作的操作方程第34頁/共39頁4/4/202335在定常態(tài)下應有:

第35頁/共39頁4/4/202336當?shù)?6頁/共39頁4/4/