1、1、固定床反應(yīng)器、氣固催化反應(yīng)器可分為固定床反應(yīng)器三類茄子。流化床反應(yīng)器；移動(dòng)床反應(yīng)器。固體催化劑顆粒堆積形成的固定床層不動(dòng)，氣體反應(yīng)物從上到下流動(dòng)床層，反應(yīng)的裝置稱為固定床反應(yīng)器。1概述，4，主要固定床催化反應(yīng)過(guò)程如下表，1.1固定床反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)固定床內(nèi)氣相流動(dòng)接近平流，有助于實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)化率和選擇性。利用少量催化劑和小反應(yīng)器容積，可以獲得更大的生產(chǎn)能力。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，催化機(jī)械磨損少，適合貴金屬催化劑。反應(yīng)器操作方便，操作彈性大。固定床反應(yīng)器與流化床反應(yīng)器相比，缺點(diǎn)催化劑顆粒大，有效系數(shù)低。催化劑層的傳熱系數(shù)小，容易發(fā)生局部過(guò)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(yīng)器類型固定層

2、反應(yīng)器格式多種多樣。根據(jù)床層和外部的傳熱方式分類。有絕熱固定層反應(yīng)器、多級(jí)絕熱固定層反應(yīng)器、熱管固定層反應(yīng)器、磁熱式反應(yīng)器等。1 .絕熱式固定層反應(yīng)器外殼包裹絕熱層，使催化劑床層與外部沒(méi)有熱交換。在中空?qǐng)A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(guò)催化劑層。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，床橫截面溫度均勻。單位體積內(nèi)催化劑的楊怡大，生產(chǎn)能力大。但是，這僅適用于熱效應(yīng)不大的反應(yīng)。8，9，絕熱固定層反應(yīng)器，牙齒反應(yīng)器結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，但實(shí)際上催化劑均勻地堆在床上，預(yù)熱到一定溫度的反應(yīng)物質(zhì)從上到下通過(guò)床層反應(yīng)，床層與外部沒(méi)有熱交換。10，(2)徑向絕熱固定床反應(yīng)器如圖(B)所示。徑向反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)比軸向反應(yīng)器更復(fù)雜

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

4、或冷卻。(D)，熱管固定床反應(yīng)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(yīng)大的反應(yīng)過(guò)程。反應(yīng)器由數(shù)千個(gè)“單管”組成。單管的反應(yīng)性能可以表現(xiàn)出整個(gè)反應(yīng)器的反應(yīng)效果，因此放大設(shè)計(jì)更加可靠，廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。18，熱管式固定床反應(yīng)器，熱管式反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)：傳熱好，管內(nèi)溫度更容易控制。小混合，高選擇性；增加管道數(shù)量可以自信地放大。在很強(qiáng)的發(fā)熱反應(yīng)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(chǎn)品價(jià)值低，不容易分離的情況下。，4 .磁熱式反應(yīng)器利用反應(yīng)中釋放的熱量預(yù)熱新鮮飼料，與熱自給平衡，其設(shè)備緊湊，可用于高壓反應(yīng)體系。但是其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，操作彈性小，開始反應(yīng)時(shí)經(jīng)常傳記加熱

5、。22，1.3傳熱介質(zhì)傳熱介質(zhì)的選擇取決于反應(yīng)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(zhì)包括：1.沸水：溫度范圍100300。使用時(shí)要注意水質(zhì)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(wú)腐蝕，不變，溫度范圍200 350，23，3。熔鹽：溫度范圍300400，無(wú)機(jī)熔鹽KNO3，NaNO3，NaNO2組成一定比例，但高溫下滲透性強(qiáng)，氧化性強(qiáng)。4.煙氣：適用于600700的高溫反應(yīng)。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(dòng)，比在管內(nèi)流動(dòng)更容易到達(dá)湍流。氣體從上到下流過(guò)床層。2.1粒子大小粒子大小是粒子系統(tǒng)的重要參數(shù)，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(zhì)的尺寸是粒子的等效直徑。對(duì)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(yīng)，將填充均勻粒子填充的床層，其間隙與粒子大小無(wú)關(guān)。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(shù)。壁效應(yīng)床層間隙沿床層呈放射狀分布，在壁上約一個(gè)粒子直徑處，床層間隙最大。30，31，床層內(nèi)空隙的徑向分布不均勻，因此床層內(nèi)各個(gè)地方的流速不同，床層內(nèi)各個(gè)地方的傳熱和停留時(shí)間也不同。要減少壁效應(yīng)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(guò)催化劑床層的縫隙形成的通道，與通道周圍壁摩擦，產(chǎn)生壓降。壓降計(jì)算通常用于計(jì)算水平(Ergun)方程式：32，33，水平(Ergun)方程式的其他參數(shù)，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(shù)，壓降會(huì)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(guān)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(huì)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(huì)加劇相變傳導(dǎo)和傳熱，必須綜合考慮。35，36，例1內(nèi)徑為50毫米的管內(nèi)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。空位B=0.44。反應(yīng)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(zhì)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(jì)算修正雷諾數(shù)，38，床層積降計(jì)算，2.4固定層的傳熱，固定層的傳熱是粒子內(nèi)傳熱粒子和流

9、體之間的傳熱，傳熱系數(shù)hP床和墻內(nèi)的傳熱，傳熱系數(shù)HW，h0，39有效熱傳導(dǎo)E是根據(jù)軸向和徑向傳熱計(jì)算的軸向和徑向有效導(dǎo)熱系數(shù)(ez，40，41，1。流體和粒子外表面之間的傳熱類似于傳導(dǎo)，由于層流邊界層的存在，氣流主體和催化劑粒子外表面產(chǎn)生溫差。因此必須有傳熱。在單位時(shí)間內(nèi)從粒子外部表面?zhèn)鬟f到氣象主體的列是-單位時(shí)間內(nèi)傳遞的列，J/H。H P -流體對(duì)粒子傳熱系數(shù)，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(shù)，球體=1，圓柱體=0.91，其他圖形=0.90，42，43，傳熱系數(shù)計(jì)算(使用傳熱系數(shù)方法計(jì)算):格式：

10、基于pr-flant的氣體pr-或：2。固定層的有效熱導(dǎo)率E床層的有效熱導(dǎo)率是粒子和流體之間對(duì)流傳熱、粒子和流體本身的導(dǎo)熱、床層內(nèi)輻射熱等多種茄子作用的綜合表現(xiàn)。流體和粒子特性以及流動(dòng)狀態(tài)的函數(shù)。通常，會(huì)忽略軸列ez，因?yàn)楣潭▽拥牧兄饕谥行暮凸艿辣谥g以半徑方向傳遞。46，有效熱導(dǎo)率確定方法首先測(cè)量床層的溫度分布，然后根據(jù)傳熱方程反算E。-表示流體停止時(shí)床的熱導(dǎo)率。常識(shí)的第二項(xiàng)是流體流動(dòng)混合對(duì)徑向傳熱的增值。47，的物理意義是指水平傳導(dǎo)與流動(dòng)方向傳導(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)。48，計(jì)算：第一是床間隙部分對(duì)傳熱的貢獻(xiàn)。第二個(gè)代表粒子部分的貢

11、獻(xiàn)。49、hrv和hrs分別是空隙和粒子的輻射熱系數(shù)。單位：50，s和分別是粒子和流體的熱導(dǎo)率；粒子表面的熱輻射率。表示粒子接觸點(diǎn)處流體膜的熱傳導(dǎo)影響。51，3。床層和基壁之間的傳熱系數(shù)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(yīng)考慮床層徑向溫度分布。傳熱率是53，54，2.5固定層的電導(dǎo)率。1.流體和催化粒子外表面之間的傳導(dǎo)是宏觀動(dòng)力學(xué)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(cè)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(guān)系，并以可測(cè)量的量建立了力學(xué)關(guān)系。55，流體與催化劑表面之間的傳遞是外部擴(kuò)散過(guò)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(dá)催化劑粒子的外表面，必須通過(guò)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。流體通過(guò)邊界層擴(kuò)散到催化劑粒子表面的電導(dǎo)率方程：-單位時(shí)間傳遞A物質(zhì)的摩爾數(shù)，mol/s kg -介電系數(shù)，cm/s CAG -氣相中MOL/CM3SS-催化劑外部面積，cm2 -粒子表面利用系數(shù)，球體=電導(dǎo)率與粒子的幾何大小和形狀、流體力學(xué)條件和流體的物理特性有關(guān)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)相關(guān)性計(jì)算傳質(zhì)系數(shù)kg。連接常用JD系數(shù)計(jì)算方法：格式中：58，59，60，表面等效直徑：?jiǎn)未呋瘎┑耐獠繀^(qū)域折疊為直徑為dS的球形粒子的預(yù)計(jì)外部區(qū)域。請(qǐng)注意Re的其他定義。2 .由于傳導(dǎo)過(guò)程對(duì)反應(yīng)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(dòng)力學(xué)方程基于表面氣相濃度，外部擴(kuò)散過(guò)程直接影響反應(yīng)的結(jié)果。連續(xù)穩(wěn)定過(guò)程，A組在單位時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散到顆粒外表面的量等于催化劑中反應(yīng)的量。也就是說(shuō)，常識(shí)把CAG和CAS連接起來(lái)，CAG可以用氣相體濃度直接測(cè)量，解決了宏觀力學(xué)中的CAS計(jì)算問(wèn)題。如果本正動(dòng)力學(xué)方程為，62，則：其中：Da是Damkohler數(shù)，其物理意義是反應(yīng)率和外部擴(kuò)散率的比率，反映了系統(tǒng)內(nèi)外擴(kuò)散的影響。數(shù)值越大，反應(yīng)速度越快，外部擴(kuò)散的影響越大。Da0，外部擴(kuò)散可以忽略。63，64，第一反應(yīng)：第二反應(yīng)：其他類型(N級(jí))動(dòng)力學(xué)方程：受外部擴(kuò)散影響的宏觀動(dòng)力學(xué)方程，65，66，特殊情況下：外部擴(kuò)散控制-反應(yīng)速度常數(shù)K遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電導(dǎo)率kg。內(nèi)部擴(kuò)散或動(dòng)態(tài)控制-反應(yīng)速度常數(shù)K遠(yuǎn)小于傳導(dǎo)系數(shù)kg，粒子外部表面的A濃度等于氣象體濃度，不考慮外部擴(kuò)散。67，例2實(shí)驗(yàn)室中苯加氫反應(yīng)，在1013.3 kPa下工作，氣體質(zhì)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(kuò)散系數(shù)D=0.267cm2s-1。解決方案：催化劑的粒子大小計(jì)算dS，68，69，床層的氣體雷諾數(shù)計(jì)算，70，