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1、,第五章 氣-固相催化反應(yīng)工程,第一節(jié) 概述5-1 氣-固相催化反應(yīng)器的基本類型5-2 反應(yīng)器設(shè)計原則5-3 催化反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型第二節(jié) 第三節(jié) 固定床的三傳特性第四節(jié) 第五節(jié) 第六節(jié) 第七節(jié) 第八節(jié) 流化床及其數(shù)學(xué)模型第九節(jié) 催化反應(yīng)過程進展,,各類固定床及其數(shù)學(xué)模型,第一節(jié) 概述,5-1 氣-固相催化反應(yīng)器的基本類型,一、絕熱式固定床催化反應(yīng)器二、連續(xù)換熱式固定床催化反應(yīng)器1,單段絕熱式(
2、適用于放熱和吸熱反應(yīng)),5-1 氣-固相催化反應(yīng)器的基本類型-固定床(packed bed catalytic reactor)(fixed bed reactor),,,,,,,,,,,,,平衡溫度線,最佳溫度線,x,T,,,,,,2,多段固定床絕熱反應(yīng)器,(a)間接換熱式,Ⅰ,Ⅳ,Ⅲ,Ⅱ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2,多段固定床絕熱反應(yīng)器,,,,,,,,平衡溫度線,最佳溫度線,x,T,,,,,,(b)原料氣冷激式,Ⅰ,
3、Ⅳ,Ⅲ,Ⅱ,,,,,,,,,,,,,,,2,多段固定床絕熱反應(yīng)器,(c)非原料氣冷激式,Ⅰ,Ⅳ,Ⅲ,Ⅱ,,,,,,平衡溫度線,最佳溫度線,x,T,,,,,,,平衡溫度線,二、連續(xù)換熱式固定床催化反應(yīng)器,,(a)內(nèi)冷自熱式(b)外冷列管式(c)外部供熱管式,,二、連續(xù)換熱式固定床催化反應(yīng)器,① 管徑:一般為25~50mm的管子,但不小于25mm。② 催化劑粒徑:應(yīng)小于管徑的8倍,通常固定床用的粒徑約為2~6mm,不小于1.5mm。③
4、 傳熱所用的熱載體:沸水可以用于100℃~300℃的溫度范圍。聯(lián)苯與聯(lián)苯醚的混合物以及以烷基萘為主的石油餾分能用于200~350℃的范圍。無機熔鹽(硝酸鉀,硝酸鈉及亞硝酸鈉的混合物)可用于300~400℃的情況。對于600~700℃左右的高溫反應(yīng),只能用煙道氣作為熱載體。,列管式反應(yīng)器優(yōu)點:,① 傳熱較好,管內(nèi)溫度較易控制; ② 返混小、選擇性較高; ③ 只要增加管數(shù),便可有把握地進行放大; ④ 對于極強
5、的放熱反應(yīng),還可用同樣粒度的惰性物料來稀釋催化劑 適用 原料成本高,副產(chǎn)物價值低以及分離不是十分容易的情況。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,三套管并流式冷管催化床溫度分布及操作狀況,軸向反應(yīng)器VS徑向反應(yīng)器,,,,,,,,,,VS,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,固定床反應(yīng)器優(yōu)缺點,①
6、 固定床中催化劑不易磨損; ② 床層內(nèi)流體的流動接近于平推流,與返混式的反應(yīng)器相比,可用較少量的催化劑和較小的反應(yīng)器容積來獲得較大的生產(chǎn)能力?!、?由于停留時間可以嚴格控制,溫度分布可以適當調(diào)節(jié),因此特別有利于達到高的選擇性和轉(zhuǎn)化率,在大規(guī)模的化工生產(chǎn)中尤為重要。,① 固定床中的傳熱較差;?、?催化劑的更換必須停產(chǎn)進行。,流態(tài)化現(xiàn)象,流化床反應(yīng)器fluidized reactor,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
7、,L,Lf,L,Lf,L0,L,Lmf,,,,,流體,,流體,,流體,,流體,,流體,流體,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,固定床,起始流化,膨脹床,鼓泡床,氣力輸送,節(jié)涌,,,,,,,,,,,,,,,,,,,流化床反應(yīng)器fluidized reactor,5-3 催化反
8、應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型,1,非均相 擬均相2,一維模型 二維模型3,理想流動 非理想流動擬均相適用情況:1,化學(xué)動力學(xué)控制 2,活性較正系數(shù)(無宏觀動力學(xué)資料)一維 二維:軸向濃度差、溫度差;軸徑向濃度差、溫度差理想流動:不考慮返混(PFR);非理想流動:考慮返混(擴散),,,,,5-3 催化反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型,維數(shù),相數(shù),返混,,,,,,,,,根據(jù)相態(tài)(擬均相?非均相?),維數(shù)(一維?二維?),返混(有返混?無返混
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