【化学反应工程】固定床反应器 ppt课件
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PPT课件 9
对于大小不等的混合粒子，其平均直径可用筛分分析数 据按下式计算：
xi d p 1/ i 1 d i
n
(6 - 7)
xi — 直径为d i的粒子所占的重量分率 。
筛孔的大小以数目表示：常用的有标准筛和泰勒标准筛。
标准筛部分规格 目数 20 40 0.44 2 60 80 100 120 0.27 0.19 0.15 0.12 2 3 2 1 140 0.10 5
s AS / AP
(6 - 10)
(6 - 11)
三种直径与形状系数的关系：
3/ 2 d S S dV S d a
PPT课件
11
7.2.2 床层空隙率与压降
空隙率是催化剂床层的重要特性之一,它对流体流动、传质、 传热都有较大影响,同时又是影响压力降的主要因素。 1、床层空隙率：是指颗粒间自由体积与整个床层体积之比。
7.1.1 固定床反应器的分类
固定床反应器 轴向反应器 绝热式 单 段 绝 热 式 多 段 绝 热 式 换热式 径向反应器
等 温 式
自 热 式
PPT课件
3
7.1.2 固定床反应器的结构、特点 1、单段绝热式固定床
1）结构
原料气
2）特点 结构简单，床层内没有 换热装置。
瓷环、 瓷球
催化剂
适用于热效应较小、单 程转化率较低、容许较大 的反应温差的场合。
PPT课件
14
对于球形颗粒，当20<Rem<7000,0.05<ds/dt<0.3时，
h0 d t
f
.8 2.03 Re 0 m
ds exp( 6 ) dt
ds exp( 6 ) dt
对于圆柱形颗粒，当20<Rem<800,0.03<ds/dt<0.2时，
h0 d t
f
.95 1.26 Re 0 m
B 1 (6 - 12) S 空隙率的大小与催化剂颗粒的形状、粒度分布、颗粒表面 粗糙度、颗粒直径与床层直径之比以及颗粒的填充方法等 有关。
2、壁效应：实验指出，空隙率在床层径向的分布是不均匀的， 在贴壁处空隙率最大，在离壁1~2dp处空隙率较大，而床层中 部空隙率最小，器壁对空隙率分布的这种影响及由此造成对 流体流动、传质和传热的影响，称为壁效应。
催化剂
4、径向反应器
1）结构 2）特点 压降小，节省压缩功。 使用小颗粒催化剂，催 化剂表面利用率高。
PPT课件
换热器
产物气 旁路气流
径向反应器
返回 8
7.2.1 床层内的若干物理参数 一、催化剂密度 堆积密度： B m V
B
7.2 固定床中的传递特性
(6 - 1)
颗粒密度： p m (V V ) (6 - 2) B gap t m (V V V ) (6 - 3) 真密度：
第七章 固定床反应器
PPT课件
1
第七章 固定床反应器
凡是流体通过静止不动的固体物料所形成的床层 并进行化学反应的装置都称为固定床反应器。 7.1 概述 7.2 固定床中的传递过程 7.3 固定床反应器的数学模型 7.4 固定床反应器的设计计算
7.5 固定床反应器模型评述
PPT课件 2
7.1 概 述
Re m
d s u0 fห้องสมุดไป่ตู้
f
1 ( ) 1
式中d t — 反应管直径， m;
f — 流体导热系数， J /(m.K .s );
d s — 颗粒比表面相当直径， Re m — 修正的雷诺准数。
PPT课件 15
二、固定床径向传质 固定床径向传质可用彼可莱准数（Peclet）来描述：
PPT课件 12
为了消除壁效应的影响,一般取dt/dp>8
3、床层压力降 层流 流体与颗粒表面间的摩擦阻力
床层压力降
湍流 流体在孔道中的收缩、扩大和 再分布所造成的局部阻力
计算压降的公式之一——埃冈（Ergun）式：
2 g u0 L0 (1 )2 g u0 L0 (1 ) P 150 2 1.75 3 ds ds 3
产物气
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4
2、多段绝热式固定床
1）结构及组合
进料
催化剂
催化剂
换 热 器
段间换热的绝热式固定床
PPT课件
5
冷激式绝热式固定床 2）特点
段间换热，调节温度。
适用于热效应较大，反应允许温差较小，要求单程转化 率较大的场合。
PPT课件 6
3、换热式固定床
1）结构
进气
主气流
热水
催化剂
冷却水
换热器
出气
产物气 旁路气流
列管式固定床
自热式固定床
反应器外壳用膨胀圈施行热补偿。
PPT课件 管间设有折流板，以增大传热系数，强化传热。 7
2）特点 气体流动接近于平推流，催 化剂用量少，反应选择性高。 传热效果较均相反应器好。 适用于热效应大、反应温度 需严格控制的场合。
主气流
10
孔 的 尺 寸 （ mm） 0.920
PPT课件
固定床的当量直径de为水力半径RH的四倍，即： 4 B 2 B 2 B d e 4RH ( )d S ( ) S dV (6 - 8) Se 3 1 B 3 1 B 1 B 1 B 其中 S e 6 (6 - 9) AP / VP dS 三、催化剂颗粒形状系数 球形颗粒的外表面积与体积相等的非球形颗粒的外表面积 之比称为形状系数。
(7 -13)
PPT课件
13
7.2.3 固定床内径向传递 一、固定床径向传热 传热步骤 床层内传热 传热方式 热传导、 热对流、 热辐射。 热传导、 热对流 传热方程
傅立叶定律： dQ dl T z
径向 传热
器壁与边界 层流层之间 的传热
牛顿冷却定律： T dQ dA z
将床层热阻和壁膜热阻和并作为一个热阻来考虑，用床层 的传热系数h0来表示：以下推荐两个计算h0的关联式。
二、催化剂颗粒直径
B gap hole
体积相当直径：以体积相等的球形颗粒表示非球形颗粒 的直径。 dV 3 6V p / (6 - 4)
面积相当直径：以面积相等的球形颗粒的直径表示非球 形颗粒的直径。 d a A p / (6 - 5) 比表面相当直径：以比表面积相等的球形颗粒的直径表 示非球形颗粒的直径。 d s 6 / SV 6V p / Ap (6 - 6)
对于大小不等的混合粒子，其平均直径可用筛分分析数 据按下式计算：
xi d p 1/ i 1 d i
n
(6 - 7)
xi — 直径为d i的粒子所占的重量分率 。
筛孔的大小以数目表示：常用的有标准筛和泰勒标准筛。
标准筛部分规格 目数 20 40 0.44 2 60 80 100 120 0.27 0.19 0.15 0.12 2 3 2 1 140 0.10 5
s AS / AP
(6 - 10)
(6 - 11)
三种直径与形状系数的关系：
3/ 2 d S S dV S d a
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7.2.2 床层空隙率与压降
空隙率是催化剂床层的重要特性之一,它对流体流动、传质、 传热都有较大影响,同时又是影响压力降的主要因素。 1、床层空隙率：是指颗粒间自由体积与整个床层体积之比。
7.1.1 固定床反应器的分类
固定床反应器 轴向反应器 绝热式 单 段 绝 热 式 多 段 绝 热 式 换热式 径向反应器
等 温 式
自 热 式
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7.1.2 固定床反应器的结构、特点 1、单段绝热式固定床
1）结构
原料气
2）特点 结构简单，床层内没有 换热装置。
瓷环、 瓷球
催化剂
适用于热效应较小、单 程转化率较低、容许较大 的反应温差的场合。
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对于球形颗粒，当20<Rem<7000,0.05<ds/dt<0.3时，
h0 d t
f
.8 2.03 Re 0 m
ds exp( 6 ) dt
ds exp( 6 ) dt
对于圆柱形颗粒，当20<Rem<800,0.03<ds/dt<0.2时，
h0 d t
f
.95 1.26 Re 0 m
B 1 (6 - 12) S 空隙率的大小与催化剂颗粒的形状、粒度分布、颗粒表面 粗糙度、颗粒直径与床层直径之比以及颗粒的填充方法等 有关。
2、壁效应：实验指出，空隙率在床层径向的分布是不均匀的， 在贴壁处空隙率最大，在离壁1~2dp处空隙率较大，而床层中 部空隙率最小，器壁对空隙率分布的这种影响及由此造成对 流体流动、传质和传热的影响，称为壁效应。
催化剂
4、径向反应器
1）结构 2）特点 压降小，节省压缩功。 使用小颗粒催化剂，催 化剂表面利用率高。
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换热器
产物气 旁路气流
径向反应器
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7.2.1 床层内的若干物理参数 一、催化剂密度 堆积密度： B m V
B
7.2 固定床中的传递特性
(6 - 1)
颗粒密度： p m (V V ) (6 - 2) B gap t m (V V V ) (6 - 3) 真密度：
第七章 固定床反应器
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第七章 固定床反应器
凡是流体通过静止不动的固体物料所形成的床层 并进行化学反应的装置都称为固定床反应器。 7.1 概述 7.2 固定床中的传递过程 7.3 固定床反应器的数学模型 7.4 固定床反应器的设计计算
7.5 固定床反应器模型评述
PPT课件 2
7.1 概 述
Re m
d s u0 fห้องสมุดไป่ตู้
f
1 ( ) 1
式中d t — 反应管直径， m;
f — 流体导热系数， J /(m.K .s );
d s — 颗粒比表面相当直径， Re m — 修正的雷诺准数。
PPT课件 15
二、固定床径向传质 固定床径向传质可用彼可莱准数（Peclet）来描述：
PPT课件 12
为了消除壁效应的影响,一般取dt/dp>8
3、床层压力降 层流 流体与颗粒表面间的摩擦阻力
床层压力降
湍流 流体在孔道中的收缩、扩大和 再分布所造成的局部阻力
计算压降的公式之一——埃冈（Ergun）式：
2 g u0 L0 (1 )2 g u0 L0 (1 ) P 150 2 1.75 3 ds ds 3
产物气
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2、多段绝热式固定床
1）结构及组合
进料
催化剂
催化剂
换 热 器
段间换热的绝热式固定床
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5
冷激式绝热式固定床 2）特点
段间换热，调节温度。
适用于热效应较大，反应允许温差较小，要求单程转化 率较大的场合。
PPT课件 6
3、换热式固定床
1）结构
进气
主气流
热水
催化剂
冷却水
换热器
出气
产物气 旁路气流
列管式固定床
自热式固定床
反应器外壳用膨胀圈施行热补偿。
PPT课件 管间设有折流板，以增大传热系数，强化传热。 7
2）特点 气体流动接近于平推流，催 化剂用量少，反应选择性高。 传热效果较均相反应器好。 适用于热效应大、反应温度 需严格控制的场合。
主气流
10
孔 的 尺 寸 （ mm） 0.920
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固定床的当量直径de为水力半径RH的四倍，即： 4 B 2 B 2 B d e 4RH ( )d S ( ) S dV (6 - 8) Se 3 1 B 3 1 B 1 B 1 B 其中 S e 6 (6 - 9) AP / VP dS 三、催化剂颗粒形状系数 球形颗粒的外表面积与体积相等的非球形颗粒的外表面积 之比称为形状系数。
(7 -13)
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7.2.3 固定床内径向传递 一、固定床径向传热 传热步骤 床层内传热 传热方式 热传导、 热对流、 热辐射。 热传导、 热对流 传热方程
傅立叶定律： dQ dl T z
径向 传热
器壁与边界 层流层之间 的传热
牛顿冷却定律： T dQ dA z
将床层热阻和壁膜热阻和并作为一个热阻来考虑，用床层 的传热系数h0来表示：以下推荐两个计算h0的关联式。
二、催化剂颗粒直径
B gap hole
体积相当直径：以体积相等的球形颗粒表示非球形颗粒 的直径。 dV 3 6V p / (6 - 4)
面积相当直径：以面积相等的球形颗粒的直径表示非球 形颗粒的直径。 d a A p / (6 - 5) 比表面相当直径：以比表面积相等的球形颗粒的直径表 示非球形颗粒的直径。 d s 6 / SV 6V p / Ap (6 - 6)