气固催化反应器
固定床气固相催化反应工程
固定床气固相催化反应工程引言固定床气固相催化反应工程是一种重要的化学工程领域，广泛应用于石化、生物质转化和环保领域。
本文将介绍固定床气固相催化反应工程的基本概念、原理及其在实际应用中的重要性。
固定床气固相催化反应工程是指在固定床催化剂上进行的气固相催化反应过程，其特点是催化剂稳定性高，反应产物易于分离，反应条件易于控制。
基本概念固定床气固相催化反应工程是指将气体在固定床催化剂上进行气相催化反应的一种工程化技术。
通常，固定床催化反应器由反应器壳体、催化剂床层、进料装置、催化剂床层和出料装置等组成。
固定床催化剂是反应器中的核心部件，其选择应考虑催化剂的活性、选择性、稳定性和成本等因素。
常用的固定床催化剂包括金属催化剂、金属氧化物催化剂、分子筛催化剂等。
在反应过程中，气体通过催化剂床层与催化剂进行接触，发生催化反应，生成所需的产物。
原理固定床气固相催化反应工程的原理基于气体在催化剂床层中与催化剂发生接触与化学反应的过程。
反应过程可以分为吸附、扩散和反应三个步骤。
首先，气体组分通过物理吸附或化学吸附附着在催化剂表面。
随着反应进行，反应物逐渐被吸附到催化剂表面，形成活性吸附物种。
然后，吸附在催化剂表面上的反应物分子通过表面扩散进入催化剂内部，与催化剂中的活性中心发生反应。
在扩散过程中，反应物分子移动到催化剂内部，并在催化剂孔隙中扩散。
最后，反应物在催化剂内部与催化剂活性中心发生反应，生成所需的产物。
反应产物可以通过物理吸附或化学反应从催化剂表面解吸并释放出来。
应用领域固定床气固相催化反应工程广泛应用于石化、生物质转化和环保领域。
具体应用包括以下几个方面：1.石化领域：固定床气固相催化反应工程在石化行业中广泛应用于合成氨、氢气制备、甲醇制备、乙烯制备等重要化学反应过程中。
通过优化反应条件，提高催化剂的活性和选择性，可以提高反应效率，减少能源消耗和废物排放。
2.生物质转化：固定床气固相催化反应工程在生物质转化领域中起到重要作用。
气固流化床在工业领域中的应用研究
气固流化床在工业领域中的应用研究气固流化床作为一种新型反应器，由于其操作灵活性、传热传质效率高等优点，已经在众多工业领域中得到了广泛的应用。
一、环保领域中的应用气固流化床在环保领域中的应用主要体现在以下几个方面。
1、气固等离子体反应器气固等离子体反应器运用了气体放电技术和气固流化技术，可以高效地降解废气中的污染物。
同时，该反应器可以大幅度减少处理设备的体积和重量，降低设备的废气排放量，因此得到了广泛应用。
2、生物颗粒氧化器生物颗粒氧化器主要用于废水或含有生物质的物质的处理，通过气固流化床内的微生物来进行有机物分解。
该反应器具有反应速度快、能耗低、操作简单的特点。
二、化工领域中的应用气固流化床在化工领域中的应用也相当广泛，随着科学技术的发展，气固流化床反应器在化学合成、催化剂生产等方面得到了广泛应用。
1、化学合成气固流化床反应器在化学合成中具有高效传质、催化作用和操作灵活等优点，可以大幅度提高化学合成反应的效率。
2、催化剂生产催化剂是目前化工工业中应用最广泛的一类化学品，其生产的质量对整个生产过程具有非常重要的影响。
气固流化床反应器在催化剂生产中的作用非常明显，可以大幅度提高催化剂的制备质量，同时也可以提高生产效率。
三、能源领域中的应用能源领域是引领现代工业发展的重要领域之一，气固流化床在能源领域中的应用也十分广泛。
1、燃气化气固流化床反应器在燃气化领域中起到了十分重要的作用，它可以实现多种燃料的燃气化，包括煤、天然气、生物质等。
在能源短缺的背景下，气固流化床的燃气化技术可以为我国的能源供应提供有力支持。
2、沸腾床燃烧沸腾床燃烧是一种将燃料在固定氧化剂中进行燃烧的技术，该技术不仅可以降低燃烧产生的污染物，还可以实现燃料的高效利用。
综上所述，气固流化床反应器在工业领域中广泛应用已经成为一种普遍趋势。
未来，随着科学技术的不断发展，气固流化床反应器将会在更多领域发挥着重要作用。
第七章 气固相催化反应流化床反应器
Re 20
(7-3)式
• 高雷诺数时，动能损失占主导，忽略前 一项：
1.75 d p g umf 3 s mf
3 d p g s g 2 2
• 解得：
u
2 mf
s d p s g 3 mf 1.75 g
• 低雷诺数时，粘滞力损失占主导，忽略 后一项：
150 1 mf dp gumf 2 3 s mf
3 d p g s g 2
21
• 解得：
3 s2 dp2 s g mf umf＝ 150 1 mf
27
ⅱ>.下列情况宜选择较高u0： a.在给定工艺条件下属快反应的反应类型； b.反应热效应大，必须在床内快速传热； c.反应对热很敏感，床内要求保持等温条 件； d.床内设置了内部构件。
28
(5).床径的确定 流化床外形示意如右图 D2：扩大段床径 D1：主体床径 h2：稀相段高度 h1：浓相段高度 h3：锥底高度
6
7.1.2.流化床特点
(1).流化床具有类似液体的性状 • 轻的物体浮起； • 表面保持水平； • 固体颗粒从孔中喷出； • 床面拉平； • 床层重量除以截面积等于压强
7
8
(2).流化床的优点 • 颗粒流动类似液体，易于处理，控制； • 固体颗粒迅速混合，整个床层等温； • 颗粒可以在两个流化床之间流动、循环， 使大量热、质有可能在床层之间传递； • 宜于大规模操作； • 气体和固体之间的热质传递较其它方式高； • 流化床与床内构件的给热系数大。
D2 h2
D1 h1
h3
29
• ①反应器内径的计算
微通道反应器的分类介绍
微反应器，即微通道反应器，利用精密加工技术制造的特征尺寸在10到300微米（或者1000微米）之间的微型反应器，微反应器的“微”表示工艺流体的通道在微米级别，而不是指微反应设备的外形尺寸小或产品的产量小。
微反应器中可以包含有成百万上千万的微型通道，因此也实现很高的产量。
微反应器又可分为气固相催化微反应器、液液相微反应器、气液相微反应器和气液固三相催化微反应器等。
1.气固相催化微反应器由于微反应器的特点适合于气固相催化反应，迄今为止微反应器的研究主要集中于气固相催化反应，因而气固相催化微反应器的种类最多。
最简单的气固相催化微反应器莫过于壁面固定有催化剂的微通道。
复杂的气固相催化微反应器一般都耦合了混合、换热、传感和分离等某一功能或多项功能。
运用最广的甲苯气-固催化氧化。
2.液液相反应器到目前为止，与气固相催化微反应器相比较，液相微反应器的种类非常少。
液液相反应的一个关键影响因素是充分混合，因而液液相微反应器或者与微混合器耦合在一起，或者本身就是一个微混合器。
专为液液相反应而设计的与微混合器等其他功能单元耦合在一起的微反应器案例为数不多。
主要有BASF设计的维生素前体合成微反应器和麻省理工学院设计的用于完成Dushman化学反应的微反应器。
3.气液相微反应器一类是气液分别从两根微通道汇流进一根微通道，整个结构呈T字形。
由于在气液两相液中，流体的流动状态与泡罩塔类似，随着气体和液体的流速变化出现了气泡流、节涌流、环状流和喷射流等典型的流型，这一类气液相微反应器被称做微泡罩塔。
另一类是沉降膜式微反应器，液相自上而下呈膜状流动，气液两相在膜表面充分接触。
气液反应的速率和转化率等往往取决于气液两相的接触面积。
这两类气液相反应器气液相接触面积都非常大，其内表面积均接近20000m2/m3，比传统的气液相反应器大一个数量级。
4.气液固三相催化微反应器气液固三相反应在化学反应中也比较常见，种类较多，在大多数情况下固体为催化剂，气体和液体为反应物或产物，美国麻省理工学院发展了一种用于气液固三相催化反应的微填充床反应器，其结构类似于固定床反应器，在反应室(微通道)中填充了催化剂固定颗粒，气相和液相被分成若干流股，再经管汇到反应室中混合进行催化反应。
化学反应工程-19-第六章-气固相催化反应固定床反应器
2、二维模型中 hW 的计算： 、 的计算： 模型认为温度沿着径向形成了一个分布，故 t m没有意义。 这时床层向壁的传热速率：
dS =
6VS SS
西勒模数就是以d 为定型尺寸的。 西勒模数就是以 S为定型尺寸的。 形状系数的概念， 表示： 形状系数的概念，以 ϕ S 表示：
ϕS =
SV SS
2 SV = πd V （和粒子具有相同体积的球形颗粒的外表面积）
d ϕS = V d a
2
2、粒子群 、 对于大小不等的混合颗粒，平均直径为：
空隙率分布的影响： 空隙率分布的影响：直接影响流体流速的分布，进而使流体与颗 粒、床层与反应器壁之间的传热、传质行为不同，流体的停留时 间也不同，最终会影响到化学反应的结果。
为减少壁效应，要求床层直径（dt）至少为粒径（dP）的八倍以上。
二、颗粒的定型尺寸 颗粒的定型尺寸常用粒径来表示： 1、单个粒子 、 粒径d 粒径 P： 对球形催化剂，应用一个参数dP即可完整描述颗粒的全部几何 性质，即自由度为1； 对规则形催化剂，如圆柱形，用两个参数如h、d即可； 对不规则颗粒，也是用两个参数来描述颗粒的几何性能：一是 当量直径；另一是形状参数。
d S u0 ρ g
6.1.2固定床内的传热 固定床内的传热 床层尺度上的传热过程包括四个方面： 床层尺度上的传热过程包括四个方面： ①颗粒内部的传热 (λ P ) ；
( ②颗粒与流体之间的传热α g ) ；
③床层整体有效导热系数 (λe ) ； ④床层和反应器壁之间的传热 (h0、hW ) 。 对于①中λP，见第十七讲《非等温反应宏观动力学方程》。它的大 小往往由固体颗粒自身的性质粒内孔隙情况决定的，颗粒内的传热主要 是以热传导形式进行的。 对于②中的αg第十七讲中已经讨论过。 现重点讨论③和④ ！ 现重点讨论③
第五章 气-固相催化反应器
多段绝热式固定床
间接换热式 原料气冷激式 冷激式 惰性气体冷激式
(a)间接换热式；(b)原料气冷激式；(c)非原料气冷激式
连续换热式固定床
• 根据换热介质的不同可分为外热式和自热式。 • 外热式：用某种和反应无关的热载体加热或冷却反 应床层的反应器。它一般用于强放热或强吸热反应。 其型式多用列管式，通常将催化剂放在管内，管间 通过载热体，也有的与之相反。载热体可根据反应 过程所要求的温度，反应热效应，操作压力及过程 对温度的敏感度来选择。一般采用强制循环进行换 热。
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。 V空 rb e= = 1V床层 rp
（2）空隙率的影响因素 形状、粒度（大小）、表面粗糙度、填充方式、颗粒与 容器直径之比。
（3）固定床的当量直径de
①床层的比表面积Se
忽略粒子间接触点的这一部分表面积，则单位床层中粒 子的外表面积（床层的比表面积）Se为：
2 150 r f u0 1 - e fM = + 1.75 D p = fM ( 3 )L Re M ds e d s r f u0 1 dG 1 Re M = = s m 1- e m 1- e
②当10<ReM<1000(过渡区)，
2 r f u0 1 - e 150 Dp = ( + 1.75) ( 3 )L Re M ds e
A
c
B C D E F G
b a
图5-2间接换热式
Topt = Te RTe E 1+ ln 2 E2 - E1 E1 E2 - E1 k f ( y) R ln[ 20 2 ] k10 f1 ( y )
图5-3 单一可逆放热反应三段间接换热式操作状况 图中的平衡曲线为反应达到平衡时，过程的温度与反应 速率（转化率）的关系。此曲线系针对一定的原料气起 始组成由热力学计算得到。平衡曲线为操作的极限。如 果达到平衡转化率，则所需的催化剂量为无限多，所以 实际操作点应处于平衡曲线的下方。
第六章_固定床反应器详解
3.熔盐：温度范围300℃～400℃，由无机熔
盐KNO3、NaNO3、NaNO2按一定比例组成， 在一定温度时呈熔融液体，挥发性很小。但 高温下渗透性强，有较强的氧化性。 4.烟道气：适用于600～700℃的高温反应。
26
6.2 固定床的传递特性
• 气体在催化剂颗粒
之间的孔隙中流动，
较在管内流动更容
补充水
产物
4. 自热式反应器
采用反应放出的热量来预热新鲜的进料，
达到热量自给和平衡，其设备紧凑，可用
于高压反应体系。
但其结构较复杂，操作弹性较小，启动反
应时常用电加热。
24
6.1.3 传热介质
•传热介质的选用根据反应的温度范围决定， 其温度与催化床的温差宜小，但又必须移走 大量的热，常用的传热介质有： 1.沸腾水：温度范围100~300℃。使用时需注 意水质处理，脱除水中溶解的氧。 2.联苯醚、烷基萘为主的石油馏分：粘度低 ，无腐蚀，无相变，温度范围200~ 350℃
如图 (b) 所示。径向反应器的结构较轴向 反应器复杂，催化剂装载于两个同心圆构 成的环隙中，流体沿径向流过床层，可采 用离心流动或向心流动。
径向反应器的优点是流体流过的距离较短
，流道截面积较大，床层阻力降较小。
轴向反应器与径向反应器
(a)
(b)
2.多段绝热式固定床反应器
热效应大，常把催化剂床层分成几段(层)， 段间采用间接冷却或原料气（或惰性组分）
8
原料气
绝热式
催化剂
固定床 反应器
产物
9
绝热式固定床反应器可分为轴向反应器和
径向反应器。 (1)轴向绝热式固定床反应器
第五章 固定床气-固相催化反应器
连续换热式固定床催化反应器的分类
⑴按反应管的形式，可分为：单管式、双套管 式和三套管式 ⑵按热源，可分为：外热式和自热式，又分有 内冷自热式、外冷列管式、外部供热管式三 种。 ⑶按冷热气体的流向，可分为：并流式和逆流 式 ⑷按反应气体在催化床中的流动方向，可分为： 轴向反应器和径向反应器。
自热式反应器
缺点：结构较复杂，设备费用高。 适用: 能适用于热效应大的反应。原料成本高，副 产物价值低以及分离不是十分容易的情况。
加压热水作载热体的反应装置
以加压热水作载热体的固定床反应装置示意图
1-列管上花板；2-反应列管；3-膨胀圈；4-汽水分离器；5-加压热水泵
用有机载热体带走反应热的反应装置：
反应器外设置载热体冷却器，利用载热体移出的反 应热副产中压蒸汽。 1-列管上花板； 2、3-折流板； 4-反应列管；
外冷列管式催化床
用于放热反应，催化剂装载在管内， 以增加单位体积催化床的传热面积。载热 体在管间流动或汽化以移走反应热。 载热体的选择：合理地选择载热体是 控制反应温度和保持稳定操作的关健。载 热体的温度与催化床之间的温差宜小，但 又必须移走大量的反应热。反应温度不同， 选用的热载体不同。
一般反应温度在200—250℃时，采用加压 热水汽化作载热体而副产中压蒸汽； 反应温度在250~300℃时，可采用挥发性 低的有机载热体如矿物油，联苯—联苯醚 混合物； 反应温度在300℃以上时，采用熔盐作载 热体，熔盐吸收的反应热都用来产生蒸汽。 无机熔盐(硝酸钾，硝酸钠及亚硝酸钠的混 合物, KNO353%，NaNO37%，NaNO240% ) 可用于300～400℃的情况。
（1）列管式固定床反应器 这种反应器由多根管径通常为25~50㎜ 的反应管并联构成，但不小于25mm。管数可 能多达万根以上。管内装催化剂，催化剂粒 径应小于管径的8倍，通常固定床用的粒径 约为2～6mm，不小于1.5mm。载热体流经管 间进行加热或冷却。在管间装催化剂的很少
气固相反应器（固定床与流化床）一、是非题1、化工生产上，为了控制...
气固相反应器（固定床与流化床）一、是非题1、化工生产上，为了控制200~300℃的反应温度，常用熔盐作热载体。
2、化工生产上，为了控制300~500℃的反应温度，常用导生油作热载体。
3、单位体积的催化剂所具有的表面积称为形状系数。
4、固定床的压力降由流道阻力和分布阻力所组成。
5、由于催化反应的吸附、脱附以及表面反应都是与催化剂表面直接有关，故吸附控制、表面反应控制和脱附控制称为动力学控制。
6、固定床的设计方法有经验法和实验法。
7、化工生产上常用多孔表面的物质作为助催化剂。
8、流化床中常见的流化现象是沟流和散式流化。
9、流化床中常用气体分布板是直孔型分布板。
10、挡板、挡网和换热器都属于流化床的内构件。
二、填空题1、固定床反应器主要分为式和式两大类。
2、气固相固定床反应器中造成气流分布不均匀的原因主要是和。
3、流体通过固定床的压力降主要是由于阻力和阻力引起，当流体流动状态为湍流时，以阻力为主。
4、气固相催化反应的全过程包括、、、、、、。
5、催化剂有效系数η是指________，当η=1时，反应过程属于控制，当η<1时，属于控制。
6、流化床内装有设内部构件的作用是。
7、流化床中气体分布板有作用、作用、作用。
8、理论上，操作流化速度的取值范围是；工业上，引进流化数k表示操作气速，流化数是指。
9、当气体由下而上流过催化剂床层时，由于的不同，床层经历了、、三个阶段。
10、固定床反应器中，催化剂的表观密度是1000kg/m3,床层的堆积密度是300 kg/m3,则床层的空隙率为。
三、选择题1、气流通过床层时，其流速虽然超过临界流化速度，但床内只形成一条狭窄通道，而大部分床层仍处于固定床状态，这种现象称为A．沟流 B.大气泡C. 节涌D.腾涌2、反应物流经床层时，单位质量催化剂在单位时间内所获得目的产物量称为A．催化剂空时收率 B 空速C 催化剂负荷D 催化剂选择性3、下列情况下，宜采用低操作流化速度。
气固相反应和反应器分析
煤的气化是将煤转化为气体燃料的过程，通过气化反应将煤中的碳、氢等元素转化为可燃气体，如一 氧化碳、氢气和甲烷等。
硫铁矿烧渣处理
硫铁矿烧渣的生成
硫铁矿烧渣是在硫铁矿的焙烧过程中产 生的固体废弃物，主要成分为铁、硫、 二氧化硅等。
VS
硫铁矿烧渣的处理
通过气固相反应可以将硫铁矿烧渣中的有 价元素转化为可利用的物质，如回收铁、 硫等，同时减少废渣对环境的污染。
03
气固相反应器类型与特点
固定床反应器
总结词
固定床反应器是一种常用的气固相反应器，其特点是固体颗粒在反应器内固定不动，气流通过固体颗粒进行反应。
详细描述
固定床反应器具有结构简单、操作方便、易于控制等优点，适用于多种气固相反应。在固定床反应器中，固体颗 粒作为催化剂或反应物，气流通过催化剂床层进行反应。由于固体颗粒固定不动，因此气流阻力较小，适用于大 规模生产。
应器类型
根据气固相反应的特性和 要求，选择合适的反应器 类型，如固定床、流化床 等。
设计反应器尺寸
根据生产能力和工艺要求， 确定反应器的直径、高度 等尺寸参数。
优化内部构件
合理设计反应器内部的导 流板、分布器、挡板等构 件，以提高气固混合和传 热传质效率。
常见的反应动力学方程有Arrhenius方 程、Eyring方程等，它们可以用来描 述不同条件下的反应速率。
反应动力学模型
反应动力学模型是根据实验数据和理论分析建立起来的，用于描述反应过程和预 测反应结果的数学模型。
常见的反应动力学模型有速率控制模型、扩散控制模型等，它们可以用来指导工 业生产过程和优化反应条件。
数值求解
利用数值方法求解数学模型，得到反应过程的模拟结 果。
气固相催化反应的七个步骤
气固相催化反应的七个步骤一、反应物准备在进行气固相催化反应之前，首先需要准备好反应物。
反应物可以是气体和固体之间的反应，也可以是气体与固体催化剂之间的反应。
无论是哪种情况，反应物的准备都是必不可少的。
通常情况下，反应物会经过一系列的处理步骤，以确保其纯度和活性。
二、反应器选择选择合适的反应器对于气固相催化反应来说非常重要。
反应器的选择应该考虑到反应物的性质、反应条件、反应速率等因素。
常见的反应器包括管式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。
不同的反应器有不同的优缺点，需要根据具体情况进行选择。
三、催化剂的选择催化剂是气固相催化反应中起关键作用的物质。
催化剂可以提高反应的速率和选择性，降低反应的温度和能量消耗。
选择合适的催化剂对于反应的成功进行非常重要。
催化剂的选择应考虑到反应物的性质、反应条件、催化剂的活性和稳定性等因素。
四、反应条件控制反应条件的控制对于气固相催化反应来说至关重要。
反应条件包括温度、压力、气体流速等。
不同的反应对于反应条件有不同的要求。
在确定反应条件时，需要考虑到催化剂的活性、反应物的稳定性和选择性等因素。
五、反应过程监控在进行气固相催化反应时，需要对反应过程进行监控。
监控反应过程可以了解反应的进行情况，及时调整反应条件，以达到预期的反应效果。
常用的监测手段包括温度、压力、气体流速等参数的监测，以及反应物和产物的分析等。
六、反应产物分离在气固相催化反应完成后，需要进行反应产物的分离。
反应产物的分离可以通过不同的物理和化学方法实现，如蒸馏、吸附、结晶等。
分离产物的纯度和收率对于反应的成功与否有着重要的影响。
七、反应废物处理气固相催化反应过程中会产生一些废物，这些废物可能对环境和人体健康造成潜在的危害。
因此，在进行气固相催化反应时，需要合理处理反应废物，以减少对环境的污染。
常见的处理方法包括回收利用和安全处置等。
通过以上七个步骤，可以完成气固相催化反应的整个过程。
每个步骤都有其重要性和特殊性，需要仔细考虑和操作。
第六章固定床催化反应器设计-化学反应工程
第六章气-固相催化反应器设计本章核心内容：本章讨论的气固相催化反应反应器包括固定床反应器和流化床反应器。
在固定床反应器部分，介绍了气固相催化反应器的各种类型和固定床层的流动特性，给出了固定床反应器的两种设计方法：经验或半经验法和数学模型法。
在流化床反应器部分，在对固体颗粒流态化现象和流态化特征参数介绍的基础上，讨论了流化床反应器的分类和工业应用。
6-1 固定床反应器的型式反应器内部填充有固定不动的固体催化剂颗粒或固体反应物的装置，称为固定床反应器。
气态反应物通过床层进行催化反应的反应器，称为气固相固定床催化反应器。
这类反应器除广泛用于多相催化反应外，也用于气固及液固非催化反应，它与流化床反应器相比，具有催化剂不易跑损或磨损，床层流体流动呈平推流，反应速度较快，停留时间可以控制，反应转化率和选择性较高的优点。
工业生产过程使用的固定床催化反应器型式多种多样，主要为了适应不同的传热要求和传热方式，按催化床是否与外界进行热量交换来分，分为绝热式和连续换热式两大类。
另外，按反应器的操作及床层温度分布不同来分，分为绝热式、等温式和非绝热非等温三种类型；按换热方式不同，分为换热式和自热式两种类型；按反应情况来分，分为单段式与多段式两类；按床层内流体流动方向来分，分为轴向流动反应器和径向流动反应器两类；根据催化剂装载在管内或管外、反应器的设备结构特征，也可以对固定床催化反应器进行分类。
图6-1、6-2、6-3分别是轴向流动式、径向流动式和列管式固定床反应器结构示意图。
其中，图6-1和图6-2所示的反应器为绝热式，图6-3所示的反应器为连续换热式。
图6-1 轴向流动式图6-2径向流动式图6-3列管式固固定床反应器固定床反应器定床反应器6-1-1 绝热式固定床反应器绝热式固定床催化反应器有单段与多段之分。
绝热式反应器由于与外界无热交换以及不计入热损失，对于可逆放热反应，依靠本身放出的反应热而使反应气体温度逐步升高；催化床入口气体温度高于催化剂的起始活性温度，而出口气体温度低于催化剂的耐热温度。
第六章 气固相催化固定床反应器
对于固定床反应器，一般有以下模型： 一维拟均相平推流模型 一维拟均相带有轴向返混的模型 二维拟均相模型 二维非均相模型 二维非均相带有颗粒内梯度的模型 …………
一维：参数只随轴向位置而变。 二维：参数随轴向和径向位置而变。 拟均相：流相和固相结合，视为同一相。 非均相：流相和固相分别考虑。 平推流：不考虑轴向返混。 带有轴向返混的模型：在平推流模型的 基础上叠加了轴向返混。
调用最优化程序，就可以求得W最小值？ 可以，但很困难。 进一步数学处理： 在任意一段内，当xin及xout确定之后，应 选取适当的进口温度Tin，使催化剂量最 小。
xout dx 1 r x, T 2 dx 0 r x, T xin r Tin xout W dx xin r x, T FA 0
将三个方程联立：
dxA RA 1－ B dl u 0 cA 0
4 RA 1 B H U T Tr di dT dl ucp g
2 u dp 150 1 B g m 1 . 75 3 d dl Re m B s
d sum g
l：床层高度
g : 气体密度
B：床层空隙率
可用来计算床层压力分布。 如果压降不大，在床层各处物性变化不 大，可视为常数，压降将呈线性分布 （大多数情况）。
例6.1 在内径为50mm的管内装有4m高 的催化剂层，催化剂的粒径分布如表所 示。 3.40 4.60 6.90 粒径 d /mm
2绝热：若绝热，则T=Tr，或者认为U=0。 此时，将物料衡算式与热量衡算式合并， 可得：
dT H u0cA 0 Ai FA 0 H dx ucp g Ai mcp
第5章 气-固相催化反应器
固 固体 体的 的质 体 gc量 积 m3
颗粒密度： 指单位体积催化剂颗粒（包括孔占有的体积）
的质量。
Pm VSP 固 颗体 粒的 的质 体 gc量 积 m3
堆密度：
b 固 床体 层的 的质 体g量 积 cm3 床层的体积（堆体积）：包括颗粒体积和颗粒与颗 粒间的空隙体积两个部分。
S Pb
孔隙率：催化剂颗粒孔容积占总体积的分率。
ka kd
pA
exp
RT
ln
因为：exln y y x
exln y eln yx eln(yx ) y x
所以：ka kd
pA
RT
1
令n
RT
；K
A
ka kd
n
1
KA pAn
称弗鲁德里希吸附等温式
焦姆金（ТЕМКИН）吸附模型
ТЕМКИН模型认为吸附及脱附活化能与表面覆盖率呈线 性关系。即：
r
ka(A p Ap R/K Pp B )
r k(pApBpR/K P)
1K Rp R/K SK Bp BK Bp BK Rp R
1KApAK BpBK RKppApB
双曲线型速率方程 不同的控制步骤，推出的速率方程式各不相同，但都可概
括为如下的形式：
反应速率 （＝ 动力学（ 项推 ）动力） （吸附n项）
1 f
ln KA pA
称焦姆金吸附等温式
速率控制步骤
定态近似 表述一: 若反应过程达到定 态，则中间化合物的浓度 不随时间而变，即：
dcI 0,I 1,2,N dt
速率控制步骤
总反应速率决定于串联各 步中速率最慢的一步，其 余各步认为达到平衡。
表述二：若达到定态，则串联 各步反应速率相等。
第五章气固反应
第三节 固定床热量与质量传递过程
三、床层与器壁间的给热系数 h0 一维模型中，床层与器壁间传热速率为
q h0 A(tm tW ) t m ：床层平均温度; tW ：器壁温度;
h0可由经验公式计算
h0 d p
d p e 2 (b) [a1 ] dt y
（适用范围：y > 0.2）
第五章 固定床气-固相催 化反应工程
覃吴
内
容
第一节 固定床气固相催化反应器的基本类型和数学模型
第二节 固定床流体力学
第三节 固定床热量与质量传递过程 第四节 绝热式固定床反应器 第五节 连续换热内冷自热式催化反应器 第六节 连续换热外冷及外热管式催化反应器
第七节 薄床层催化反应器
第一节 固定床气固相催化反应器的基本类型和数学模型
hrV
第三节 固定床热量与质量传递过程
颗粒的辐射给热系数： h
rs
3
Tm 2 hrs 0.227 [W/(m K)] 2 100
式中，
—— 粒子表面的热辐射率；
Tm —— 床层的平均温度； hrs —— 颗粒辐射给热系数；
—— 颗粒接触点处流体薄膜对导热的影响。
(3) 混合颗粒平均直径
n x d p =1/ ∑ i ) （ i= d i 1
(4) 固定床当量直径及空隙率 de=4RH=4/Se=2/3*(ε/1-ε)*ds (5)空隙率及径向流速 了解即可
第二节 固定床流体力学
2. 单相流体在固定床中的流动及压降 p (1) 流动(了解即可) 固定床压降表示： (2) 压降 2
绝 热 式 多段绝热式
非原料气冷激式 加压热水（＜240℃） 导热油（250~300 ℃） 熔盐（＞300 ℃）
气-固相催化反应器
气-固相催化反应器气-固相催化反应器是一种将气相物质通过固体催化剂进行反应的反应器。
与液相催化反应器不同，气-固相催化反应器更适用于高温、高压、高反应速率和可持续性反应的条件下。
本文将介绍气-固相催化反应器的原理、优点和应用等方面的知识。
气-固相催化反应器的基本原理是通过催化剂的催化作用促进气相物质之间的化学反应，使其转化为有用的化合物。
催化剂是气-固相催化反应器的核心组成部分，它可以吸附和分散气态分子，降低反应的激活能，提高反应的速率和选择性。
在气-固相催化反应器中，催化剂通常是硅质、氧化物、氧化铝等固体物质，具有高的比表面积和化学活性。
当气相物质通过催化剂时，发生的反应涉及化学吸附、生成化学键、反应活化等多个阶段。
相比于液相催化反应器，气-固相催化反应器具有以下优点：1. 良好的高温、高压应用性能。
气-固相催化反应器能够承受高温、高压等极端反应条件，使催化反应具有更高的速率和选择性。
2. 更低的反应废液排放量。
液相催化反应器中需要使用的溶剂和反应废液大量排放，而气-固相催化反应器中只需要使用气体，可以减少废液的产生和对环境的污染。
3. 更好的处理可行性。
气-固相催化反应器中不需要加热或搅拌等外部因素，加工操作更加简单容易，有利于大规模工业化生产。
气-固相催化反应器在工业中的应用非常广泛，其中包括以下几个方面：1. 石化行业。
气-固相催化反应器在石油加工装置中应用广泛，如催化裂化和脱硫等方面。
催化剂用于加速石油分子之间的反应，加工可提高石油的利用效率和降低环境污染。
2. 化学行业。
气-固相催化反应器在化学中也有广泛的应用，如生产氢气等燃料，化学合成等。
3. 食品饮料行业。
气-固相催化反应器被广泛地用于生产含有氢氧化钠、硝酸盐等催化剂的食品饮料加工过程中。
4. 环保领域。
气-固相催化反应器在工业废气治理中也有着广泛的应用。
通过利用催化剂降低废气中污染物的浓度，可以有效减缓环境污染。
总之，气-固相催化反应器由于其高效、环保等优点，在生产实践中得到了广泛的应用。