第6章固定床反应器PPT文档格式.ppt

1、生产能力大。缺点：反应过程中温度缺点：反应过程中温度变化较大。变化较大。一、绝热式一、绝热式6-2甲醇氧化制甲醛的反应器适合热效应不大、反应适合热效应不大、反应对温度的要求较宽的反对温度的要求较宽的反应应多段绝热床多段绝热床根据段间反应气体的冷却或加热方式，多段绝热床又分根据段间反应气体的冷却或加热方式，多段绝热床又分为中间间接换热式和冷激式。为中间间接换热式和冷激式。特点特点：催化剂床层的温度波动小。：缺点缺点：结构较复杂，催化剂装卸较困难。间接换热间接换热原料冷激原料冷激非原料冷激非原料冷激多段固定床绝热反应器多段固定床绝热反应器原料原料原料原料冷冷激激剂剂原料原料产品产品产品产品产品产品

2、冷激式冷激式特点：反应器结构简单，便于装卸催化剂，催化剂床层的特点：反应器结构简单，便于装卸催化剂，催化剂床层的温度波动小。温度波动小。操作要求较高缺点：操作要求较高应用：适用于放热反应，能做成大型催化反应器应用：适用于放热反应，能做成大型催化反应器二、换热式二、换热式按换热介质不同，可分为对外换热式固定床反应器和自热按换热介质不同，可分为对外换热式固定床反应器和自热式固定床反应器。式固定床反应器。对外换热式固定床反应器对外换热式固定床反应器列管式固定床反应器列管式固定床反应器:通常是在管内放催化剂，管间走热载通常是在管内放催化剂，管间走热载体体对外换热式反应器对外换热式反应器乙炔法合成氯乙烯

3、反应为放热反应109kj/mol，利用高位槽或加压泵强制循环换热，水温靠调节阀控制压力来调节。气体自上而下流过床层气体自上而下流过床层催化剂床层内的流动是通过颗粒催化剂床层内的流动是通过颗粒之间的空隙进行的，易达到湍流，之间的空隙进行的，易达到湍流，但与圆管内的流动状况不完全相但与圆管内的流动状况不完全相同同逆流并流不同流向的自热式固定床反应器的轴向温度分布示意图逆流逆流并流并流反应器温升快，且下降也快反应器温升快，且下降也快相反相反热点靠近反应器进口热点靠近反应器进口热点靠近反应器出口热点靠近反应器出口反应后期易过冷反应后期易过冷前期升温较慢，后期易过热前期升温较慢，后期易过热可逆放热反应可

4、逆放热反应不可逆放热反应不可逆放热反应催化剂的粒径取值催化剂的粒径取值催化剂的粒径催化剂的粒径25-30mm催化剂的粒径催化剂的粒径管径管径1/8粒径粒径阻力阻力，粒径，粒径当当1时，反应过程为动力学控制，当时，反应过程为动力学控制，当1时，反应过程时，反应过程为内扩散控制。为内扩散控制。内扩散不仅影响反应速率，而且影响复合反应的内扩散不仅影响反应速率，而且影响复合反应的选择性选择性。工业上减少内扩散影响的办法：选用工业上适宜的催化剂工业上减少内扩散影响的办法：选用工业上适宜的催化剂颗粒尺寸；必须采用细颗粒时，可以考虑改用颗粒尺寸；必须采用细颗粒时，可以考虑改用径向反应器径向反应器其他型式固定

5、床反应器其他型式固定床反应器气固相固定床催化反应器除以上几种主要型式外，近年来气固相固定床催化反应器除以上几种主要型式外，近年来又发展了又发展了径向反应器径向反应器。按照反应气体在催化床中的流动方。按照反应气体在催化床中的流动方向，固定床反应器可分为轴向流动与径向流动。轴向流动向，固定床反应器可分为轴向流动与径向流动。轴向流动反应器中气体流向与反应器的轴平行，而径向流动催化床反应器中气体流向与反应器的轴平行，而径向流动催化床中气体在垂直于反应器轴的各个横截面上沿半径方向流动中气体在垂直于反应器轴的各个横截面上沿半径方向流动径向流动催化床的气体流道短，流速低，可大幅度地降低径向流动催化床的气体流

6、道短，流速低，可大幅度地降低催化床压降，为使用小颗粒催化剂提供了条件。径向流动催化床压降，为使用小颗粒催化剂提供了条件。径向流动反应器的设计关键是合理设计流道使各个横截面上的气体反应器的设计关键是合理设计流道使各个横截面上的气体流量均等，对分布流道的制造要求较高，且要求催化剂有流量均等，对分布流道的制造要求较高，且要求催化剂有较高的机械强度，以免催化剂破损而堵塞分布小孔，破坏较高的机械强度，以免催化剂破损而堵塞分布小孔，破坏流体的均匀分布。流体的均匀分布。径向流动反应器径向流动反应器中气体在垂直中气体在垂直于反应器轴的各个横截面上沿于反应器轴的各个横截面上沿半径方向流动径向流动催化床半径方向流

7、动径向流动催化床的气体流道短，流速低，可大的气体流道短，流速低，可大幅度地降低催化床压降，为使幅度地降低催化床压降，为使用小颗粒催化剂提供了条件。用小颗粒催化剂提供了条件。径向反应塔示意图径向反应塔示意图拉西环拉西环金属环矩鞍金属环矩鞍6.2固定床中的传递过程固定床中的传递过程6.2.1粒子直径和床层空隙率粒子直径和床层空隙率定型尺寸：最能代表颗粒性质的尺寸为颗粒的当量直径。对定型尺寸：对于非球形颗粒，可将其折合成球形颗粒，以当量直径表示。于非球形颗粒，可将其折合成球形颗粒，以当量直径表示。主要有三种表示：体积相当直径、外表面积相当直径和比表主要有三种表示：体积相当直径、外表面积相当直径和比表

8、面积相当直径。面积相当直径。一、颗粒直径的表示方法一、颗粒直径的表示方法1、表示方法、表示方法体积相当直径体积相当直径面积相当直径面积相当直径比表面相当直径比表面相当直径式中：式中：SV=ap/Vp，颗粒的比表面积颗粒的比表面积ap 与非中空颗粒等外表面积的圆球外表面积与非中空颗粒等外表面积的圆球外表面积Vp 非中空颗粒等体积的圆球体积非中空颗粒等体积的圆球体积注意：三种方法的计算结果不同注意：三种方法的计算结果不同2、不同当量粒径的关系、不同当量粒径的关系颗粒的形状系数颗粒的形状系数球体的形状系数球体的形状系数1，非，非球体的形状系数球体的形状系数1颗粒的颗粒的形状系数形状系数（球形系数）：

9、（球形系数）：s等体积球形粒子的外表面积与非球颗粒的外表积之比。等体积球形粒子的外表面积与非球颗粒的外表积之比。对于大小不等的混合粒子，其平均直径可用筛分分析数据对于大小不等的混合粒子，其平均直径可用筛分分析数据按下式求出：按下式求出：3、混合颗粒的平均直径、混合颗粒的平均直径大小不等且形状也各异的混合颗粒，其形状系数由待大小不等且形状也各异的混合颗粒，其形状系数由待测颗粒所组成的固定床压力降来计算。同一批混合颗测颗粒所组成的固定床压力降来计算。同一批混合颗粒，平均直径的计算方法不同，计算出来的形状系数粒，平均直径的计算方法不同，计算出来的形状系数也不同。也不同。非球形颗粒的形状系数非球形颗粒

10、的形状系数物料物料形状形状s物料物料形状形状s鞍形填料鞍形填料0.3砂砂0.75拉西环拉西环0.3各种形状平均各种形状平均尖状尖状0.65烟道尘烟道尘球状球状0.89硬砂硬砂尖片状尖片状0.43聚集态聚集态0.55砂砂圆形圆形0.83天然煤灰天然煤灰 大至大至10mm0.65砂砂有角状有角状0.73破碎煤粉破碎煤粉0.75碎玻璃屑碎玻璃屑尖角状尖角状0.65二、床层空隙率二、床层空隙率床层床层空隙率：空隙率：粒子间的空隙所占床层容积的分率粒子间的空隙所占床层容积的分率式中式中床层堆积密度；床层堆积密度；颗粒视密度。注意：颗粒视密度与真密度之注意：颗粒视密度与真密度之间的区别。间的区别。颗粒视密

11、度颗粒视密度又称颗粒密度。即单个颗粒的密度。若单个又称颗粒密度。若单个催催化剂化剂颗粒质量为颗粒质量为m，颗粒体积为，颗粒体积为V粒粒，则视密度，则视密度p=m/V粒粒床层堆积密度床层堆积密度是单位体积颗粒床层的固体质量，颗粒床层体积是颗粒体是单位体积颗粒床层的固体质量，颗粒床层体积是颗粒体积与颗粒之间空隙的总和。若积与颗粒之间空隙的总和。若催化剂催化剂质量为质量为m，堆体积为，堆体积为VB，则堆密度，则堆密度B=m/VB。同一种颗粒，其真密度不变，但。同一种颗粒，其真密度不变，但当床层的当床层的空隙率空隙率不同时，颗粒床层的堆密度不同。不同时，颗粒床层的堆密度不同。固定床的空隙率是颗粒物料层

12、中颗粒间自由体积与整个床固定床的空隙率是颗粒物料层中颗粒间自由体积与整个床层体积之比，它是固定床的重要特性之一。空隙率对流体层体积之比，它是固定床的重要特性之一。空隙率对流体通过床层的压力降、床层的传热都有重大的影响。通过床层的压力降、床层的传热都有重大的影响。颗粒形状、颗粒的粒度分布、充填方式、颗粒直径与容颗粒形状、颗粒的粒度分布、充填方式、颗粒直径与容器直径之比都影响空隙率。固定床中同一截面上的空隙器直径之比都影响空隙率。固定床中同一截面上的空隙率也不相同，近壁处较大，中心处较小。一般工程上认率也不相同，近壁处较大，中心处较小。一般工程上认为当床层直径与颗粒直径之比达为当床层直径与颗粒直径

13、之比达8时，可不计时，可不计壁效应壁效应。壁效应壁效应影响是指靠近器壁的空间结构与其他部分有很大差别，器壁处的流动状况、传质、传热状况与主流体中也有很大差别。当采用实验规模的小型设备研究传质、传热、反应的规律时，器壁的影响远比大型设备为大。6-9填充床的空隙率填充床的空隙率床层空隙率床层空隙率B光滑均一光滑均一光滑非均一光滑非均一粘土粘土球形球形圆柱形圆柱形不规则不规则光滑均一光滑均一刚玉均一尺寸刚玉均一尺寸1/4英寸陶质拉西环英寸陶质拉西环熔融刚玉熔融磁铁铝砂三、固定床的当量直径三、固定床的当量直径1、床层比表面、床层比表面式中，式中，np单位体积床层中颗粒的个数。单位体积床层中颗粒的个数。B床层空隙率床层空隙率Vp非中空颗粒等体积的圆球体积非中空颗粒等体积的圆球体积2、床层当量直径、床层当量直径式中，式中，RH水力半径。水力半径。床层的空隙体积床层的空隙体积总的润湿面积总的润湿面积有效截面积有效截面积润湿周边润湿周边根据水力半径的定义有：根据水力半径的定义有：3、固定床的径向流速分布、固定床的径向流速分布尽管在近壁处空隙率较大，但壁摩擦阻力使流速将低到尽管在近壁处空隙率较大，但壁摩擦阻力使流速将低到接近接近0。一般工程上认为