项目三固定床反应器的计算.详解

若采用正三角形排列，则：
AR Nt 2 sin 600
4 AR D
12
2e
三、催化剂床层传热面积的计算
催化剂床层所需的传热面积为：
A Q Kt m
床层传热面积校核：
A A需
数学模型法
根据反应动力学可分为非均相与拟均相两类；根据催化床中温度分布可
分为一维模型和二维模型；根据流体的流动状况又可分为理想流动模型（包 括理想置换和理想混合流动模型）和非理想流动模型。
SG WW WS WG WS
在单位时间内单位质量（体积）催化剂由于反应消耗的原料质量， 5. 床层线速度与空床速度 床层线速度是指在规定条件下，气体通过催化剂床层自由截面积的流 速，即： u 即： u 0
V0 AR
V0 AR
空床速度是在规定条件下，气体通过（空）床层截面积的流速，
固定床反应器参数敏感性
在反应操作过程中，当反应系统中某一个参数的微小变化引起其它参数
发生了重大变化，这种现象称为参数的灵敏性。
一、绝热式固定床反应器的参数灵敏性
绝热式固定床反应器的返混很小，不存在反应器的整体的热稳定性。反 应器各处状态仅决定于进口条件，因此，绝热式固定床反应器床内参数的灵 敏性是一个重要的问题。
数学模型法的工作步骤：
① 通过实验和其他途径深入认识实际过程，把握过程的物理实质和影响 因素，并尽可能区分主次；
② 根据研究的目的，对实际过程做出不同程度的简化，建立物理模型；
③ 对物理模型进行数学描述，建立模型方程（组）； ④ 通过实验测定和参数估值确定模型方程中所含模型参数的数值；
⑤ 进行模拟计算，将计算结果和实验结果进行比较。准体积流量，即:
2. 空间时间（接触时间）
Sv
VON VR
在规定的反应条件下，气体反应物通过催化剂床层中自由空间所需要的时 间，即：

VR V0
3. 空时收率 反应物通过催化剂床层时，在单位时间内单位质量（或体积）催化剂 所获得的目的产物量，即： SW 4. 催化剂负荷 即：
（1）进口温度对床层参数的影响
假设流体进口温度为T0，出口温度为T，若进口温度有dT0的变化，则出 口气体温度也将出现dT的变化。dT dT0 称为温度灵敏度。
经推导可得：
dT e dT0

E T RT02
其中δ称为灵敏性指数
对于绝热式固定床反应器，由此可计算得出反应器允许的进出口流体温 度差值：
VR V u0 R AR V0
4A D R
12
若为绝热反应器，其内径为：
若采用列管式反应器，床层内经取 d t ，外径为
n
d 0 ，则列管数为：

AR d t2


4
VR d t2 H
4
若采用壳管式反应器（壳程装催化剂），其截面积为：
AR

4
D2 n

4
2 d0
项目三 固定床反应器的计算
经验法 数学模型法
固定床反应器参数敏感性
经验法
用实验室、中间试验装置或工厂现有装置中最佳条件测得的数据，如空
速、催化剂的空时收率及催化剂的负荷等作为设计依据，按规定的生产能力 计算并确定催化剂的用量、床高、床径等的计算。该法简单，但精确度较
差。
一、催化剂用量的计算
二、固定床反应器结构尺寸的计算
催化剂用量确定后，催化剂床层的有效体积也就确定。
床层高度与直径的计算步骤为： ① 根据经验选取气体空床速度u0；
AR ② 床层的截面积为： V0 u0
③ 校验床层阻力降：压力降低于总压力的15%，说明所选取的空床速度有效。 ④ 确定床层的结构尺寸
催化剂床层高度：
H
RT 2 dT T T0 ln E dT0
由此可见，反应器的灵敏度决定了流体进、出口的温度差值。
（2） 进口气体浓度对床层参数的影响
根据热量平衡方程与物料平衡方程可计算得：
x A
c p T T Tab H r c A0
经分析，对于绝热反应器，预获得较高转化率只能从降低绝热温升着 手，在生产实际中最有效的办法是在原料气中掺入惰性气体（不参与反应的 气体），这样可以降低反应物的浓度，从而降低了绝热温升值，达到提高反 应转化率的目的。工业上通常采用水蒸气作为稀释剂。
二、非恒温非绝热固定床反应器的灵敏性
非恒温非绝热固定床反应器的参数敏感性包括：冷却剂温度、反应器进
口温度、物料浓度等。（）
因此，在设计此类型反应器时，首先必须研究所有的敏感性，最好的方 法是进行模拟分析并建立模型，必须通过合理控制各种参数努力使这些敏感 性减少到最少，还必须利用适当的过程控制手段防止温度失控。