釜式反应器体积的计算

(
s
f
)0.94
0.88 0.06
f
f
式中umf 临界流化速度（以空塔计），m / s
f 气体粘度，mPa.s(cP)
s , f 催化剂颗粒密度和气体密度，kg / m3
d p 固体颗粒的平均直径, m
化工工艺设计(Chemical Process Design)
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§4-3反应器的设计
化工工艺设计(Chemical Process Design)
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§4-3反应器的设计
（四）固定床催化反应器的设计 １、固定床催化反应器的类型
单段绝热式
绝热式
固定床
多段绝热式
中间间接换热式 原料气泠激式 非原料气泠激式
换热式
自热式 外热式
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催化剂堆体积
原料气体的体积流量
空速
8900 5000
1.78m3
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§4-3反应器的设计 （四）固定床催化反应器的设计
(2)模型法 绝热式固定床反应器的催化剂用量
➢用下列联立模型方程可求解催化剂堆体积
Vr
FA0
1 x A f
R dx xA0 A
A
RA f (xA,T )
式中V r:催化剂的堆体积， m3 （堆）或Ｌ（堆）; FA0:反应器进口气体中关键组分Ａ 的摩尔流量； K mol/h或mol/h；
T T ( x x ) RA:反应速率,mol/〔Ｌ（堆）h〕
0
A
A0 XA0:进口气中关键组分A的转化率
x A f:出口气中关键组分A的转化率
V—气体的体积流量，m3/s
u—空床气速，即流化床的操作气速,m /s
流化床的操作气速可根据生产或试验数据选取,常用的 操作气速为0.2～1.0m/s
也可用流化数来计算操作气速, 即 u = n u mf
式中n — 流化数；u mf —临界流化速度，m /s
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§4-3反应器的设计 （四）固定床催化反应器的设计
多段绝热式固定床催化反应器
产品
Ⅰ
原料
Ⅱ
Ⅲ Ⅳ
产品
Ⅰ
原料
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
间接换热式
原料气泠激式
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原料
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
泠
激
Ⅳ
剂
产品
非原料气泠激式
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§4-3反应器的设计 （四）固定床催化反应器的设计
➢yA0:进口气体中关键组分A的摩尔分数;
➢C pt气体的平均摩尔热容KJ/K mol K或J/mol K;
➢－△Hr:反应热,KJ/K mol或J/mol
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§4-3反应器的设计
（五）流化床反应器的设计 1、流化床反应器的构造
（６）确定釜的传热装置的型式与换热面积
（７）选择釜的搅拌器（如浆式、框式、锚式等）
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§4-3反应器的设计 （三）釜式反应器的设计
3、釜式反应器体积的计算 V r—反应釜有效体积,m3
(1)连续釜 V r= Q0τ
Q0—反应釜入口液体的体积流量,
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§4-3反应器的设计
➢流化数n常根据物料的特性和工艺要求参照实际生产数 据选定
如苯酐流化床的流化数n≥10～40; 有些反应的流化数n＞100或n＞200～300; 又如石油催化裂化流化床的流化数n=300～1000
➢确定临界流化速度u mf可用实测法和计算法
umf
4.08d
1.82 p
m3/s或m3/h
τ—空时,即物料在釜内的平均停留时
间,s ,min, h
CA0 xAf 或 CA0 C:釜入口液体中关键组分A的浓度,mol/L;
C A f:釜出口液体中关键组分A的浓度,mol/L;
X A f:釜出口液体中关键组分A的的转化率;
R A f:反应速率mol/(Ls或min或h.
用计算式求出临界流化速度时
➢若雷诺数Re mf＜5时,求出的u mf不必校正
➢若Re mf＞5时，求出的u mf须校正
Remf
1000d pumf f f
(2)扩大段直径D′
D' 4V
ut
带出速度ut
d
2 p
(
s
f
18 f
)
式中 f 气体粘度，kgf s / m2
或ut
1u 2
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§4-3反应器的设计 （三）釜式反应器的设计
２、釜式反应器设计的工作内容
（１）确定釜的操作方式（间歇与连续）
（２）汇总设计基础数据：包括物料流量，反应时间，操作压 力，操作温度，投料比，转化率，收率，物料的物性数据等
（３）计算釜的体积（计算方法见下）
（４）确定台数和连接方式（串联与并联）
（５）确定釜的直径与筒体高度（长径比取1～3)
２、固定床催化反应器催化剂用量的确定
(1)空速法
空速
原料气体的体积流量 催化剂床层体积
乙烯直接氧化制环氧乙烷所用的反应器是外部换热式固定 床催话反应器
➢测得空速为5000m3(STP)/(m3cat.h)，要求所设计的反 应器进口气体流量为8900m3(STP)/h，求反应器的催化剂 解：堆由体空积速。计算式得
T0:反应器进口气体温度,K;λ:绝热温升
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§4-3反应器的设计 （四）固定床催化反应器的设计
λ:绝热温升
FA0 (Hr ) yA0 (Hr )
Ft Cpt
C pt
➢式中Ft:反应气体总摩尔流量,若忽略反应过程中总物质的量 的变化,则等于进口气体总摩尔流量,k mol/h或mol/L;
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§4-3反应器的设计
2、流化床反应器主要尺寸的确定
（3）浓相段高度H1
膨胀比，其计算方法和经验 值可从有关资料中查到.如,
对带有挡板苯酐流化床：
H1 RH mf RH 0
R 0.571 1 0.76u0.1924
H3
H2
H1
（1）流化床直径D （2）扩大段直径D′ （3）浓相段高度H1 （4）稀相段高度H2 （5）扩大段高度H3
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§4-3反应器的设计
2、流化床反应器主要尺寸的确定 （1）流化床直径D
D 4V
u
➢式中D—流化床直径，m