固定床和流化床 ppt课件

条件。
• (3) 自热式固定床反应器－ 使冷原料本身预热到反应 所需的温度，然后进入床层进行反应。
•
前提：放热反应，热量大致平衡。
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传热要求和传热方式:
1．绝热式 单段绝热式－
适用于反应热效应较小; 反应温度允许波动范围较宽; 单程转化率较低。
特点：结构简单，空间利用率高，造价低。
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有多层绝热
两个绝热层间加换热器 在层间加换热盘管 用外加物料中间直接冷激 用原料气中间冷激
造成靠近管壁的催化剂失效。
• 自身换热器－在反应器内，以原料气为换热介 质，通过管壁与反应物料换热，以维持反应温度 的反应器称自身换热器。
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换热式反应器
以列管式为多 传热效果好，温度易控，用于附加值高、原料 成本高、不易分离的场合。
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• 传热所用的载热体视所需控制的温度范围而异，控制温 度为100~200℃时用（水蒸气）或（高压气水混合物） 加热；控制温度为200~250℃时用（道生油）加热；
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（a)间接换热式；（b）原料气冷激式；（c）非原料气冷激式
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多段固定床绝热反应器
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅲ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅳ
Ⅳ
产品
(a)
(b)
(c)
（a)间接换热式；（b）原料气冷激式；（c）非原料气冷激式 10
绝热床反应器
典型例子是乙苯脱氢制苯乙烯。 水蒸汽作用：可安全地加热到高温。热容量大， 可带入大量显热，还起稀释作用、清除积炭。
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甲醇氧化的薄层反应器 17 1-催化剂 2-冷却器
列管式固定床反应器 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 18
载热体 : 冷却水，加压水， 道生油混合物，熔盐， 烟道气
以道生油作载热体的装置示意图
1-列管上花板；2、3-折流板； 4-反应列管；5-折流板固定棒； 6-人孔；7-列管下花板； 8-载热体冷却器
1
da
Ap
2
（6.2）
A p ——非球形颗粒的外表面积。
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3．比表面相当直径，采用比表面积相同的球形的
颗粒直径来表示非球形颗粒的直径。比表面积为：
球形:
sv
d
2 s
1 6
d
Leabharlann Baidu
3 s
6 ds
非球形比表面积 S v= A p/ V p
ds
6 sv
6v p AP
（5.3）
在固定床中常采用体积相当直径; 在传热介质研究中采用表面相当直径。
第六章 固定床和流化床
合成氨工业
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本章内容
• 1. 固定床反应器的特点及类型
• 2. 催化剂颗粒参数
• 3. 流体在固定床中流动特性
• 4. 固定床中的传热
• 床层对壁总给热系数
• 床层有效导热系数和表观壁膜给热系数
• 流体与催化剂颗粒间给热系数
• 5. 固定床中的传质与混合
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能力目标：
• 能分析固定床的反应与传质传热规律 • 能掌握固定床反应器的操作控制要领 • 能利用所学固定床反应器知识，在固定床反应器生
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主要内部构件: 气体入口分布器, 段间多孔排管式分布器
一部分物料由反应器顶部气体入口分布器进入; 另一部分物料由反应器催化剂两段之间加入。 物料沿径向做到浓度均匀、温度均匀、速度均匀 ，获 得均匀的流量分配 。
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2．换热式－对外换热式, 自动换热式
• 对外换热式－以各种载热体为换热介质。 • 注: 载热体温度与反应温度之差不宜过大，以免
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1-原料气进口；2-上头盖； 3-催化剂列管；4-下头盖； 5-反应气出口；6-搅拌器； 7-笼式冷却器
以熔盐为载热体的示意图
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径向固定床催化反应器示意图 甲苯歧化制苯就采用径向反应器
提高催化剂有效系数； 减少床层压降
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6.2 固定床反应器内的流体流动
6.2.1 催化剂的物理性状
1. 比表面积 -指每克催化剂的表面积.
• 控制温度为300~400℃时用（无机熔盐）；控制温度为 600~700℃时，只能用（烟道气）加热。
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• 强放热反应控温措施： • 1、激冷式、同样粒度的惰
性物质来稀释催化剂、分段 稀释，分段调节流量等。 • 2、复合床。先理想混合型， 后为理想置换型。
反应级数愈高, η愈低; 转化率愈高, η愈低。
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6.2.2 催化剂颗粒直径, 形状系数
形状－球形、圆柱形、环形、无规则等 对于非球形颗粒，常用于球型颗粒作对比的相当 直径表示。
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1．体积相当直径，即体积相同的球形颗粒直径 来表示非球型颗粒直径。
1
ddｖv
6v
p
3
（6.1）
v p ——非球形颗粒的体积。
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2．面积相当直径，即采用外表面积相同的球形颗粒 直径来表示非球形颗粒直径
产中发生异常事故时能够分析问题和解决问题。
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6.1 概述 定义：反应物料呈气态通过由静止的催化剂
颗粒构成的床层进到反应装置，称为气固 相固定床催化反应器，简称固定床反应器。
如: 乙烯氧化制环氧乙烷，乙苯脱氢制苯乙烯； 许多强放热反应，如丙烯胺氧化制丙稀腈等。
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优点： ①催化剂不易磨损。 ②床层极薄和流速很低，床层内流体流动→ 平推流，较少量催化剂可获较大生产能力。 ③有利于达到高的选择性和转化率。
缺点： ④传热性能较差。 ⑤催化剂再生更换不方便。
固定床内固体－可以是催化剂，也可以是固体反应物。 适用于气固催化反应，固相加工反应
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• . (1) 绝热式固定床反应器 － 结构简单，造价低廉， 但适用热效应不大或催化剂对温度要求不高的反应。
(2) 换热式固定床反应器
• 列管式固定床反应器－管内装填催化剂，反应物料自 上而下通过床层；管间为载热体，以维持所需的温度
2.
m2/m3:单位体积的催化剂所具有的表面积。
•
m2/g:单位质量的催化剂所具有的表面积。
2. 空隙率 -指催化剂床层的空隙体积与催化剂床层总体 积之比，用ε表示。
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3. 表观密度 -又称假密度或颗粒密度，即包括催化 剂颗粒中的孔隙容积时，该颗粒的密度，记为， 单位为g/cm3。
4. 堆积密度 -又称填充密度，是对催化反应床层而 言。即当催化剂自由地填入反应器中时，包括床 层中的自由空间，每单位体积反应器中催化剂的 质量。记为，单位可用g/cm3、g/l或kg/m3表示。
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形状系数: 球形颗粒的外表面积与体积 相同的非球形颗粒外表面积之比。
φyss
As Ap
≤1
3
ds φyssdv (φys)s2da
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• 对于大小不等的混合颗粒，平均直径可用调和平均法 计算。