固定床反应器与气液反应器.

自热式反应器

合成氨和甲醇
固定床反应器的设计方法：
逐级经验放大法 数学模型法 非均相与拟均相 拟均相一维模型与拟均相二维模型 拟均相一维模型：颗粒与流体均匀、连续， 温度与浓度仅沿轴向变化，流体以平推 流通过床层。

6.2固定床中的传递过程
6.2.1颗粒层的若干物性参数 1.粒径 ①体积相当直径dV：与圆球粒子体积相同

热载体的类型： ①沸水100~300℃ ②联苯与联苯醚的混合物以及从石油提炼 出来的以烷基萘为主的一些馏分 200~350℃ ③无机熔盐（KNO3、NaNO3、NaNO2等） 300~400℃ ④烟道气600~700℃

列管式固定床反应器的优点： 良好的传热性能。例如，对于极强放热反 应可用同样粒度的惰性物料来稀释催化 剂。 放大设计较容易，增加管数

dp
固定床反应器的特点：
优点：①床内流体的流动接近平推流， 反应效能高（较高的转化率和选择性）； ②反应器的操作弹性与容积生产能力大； ③催化剂不易磨损； ④结构比流化床简单。

缺点： ①催化剂颗粒较大，内表面利用率比流化 床低； ②由于催化剂的导热性能差，不太适用于 强放热反应； ③催化剂的更换必须停产，所以不适用于 快失活反应。
第6章
固定床反应器
6.1概述 1.定义：凡是流体通过不动的固体物料所 构成的床层而进行反应的装置。 2.气-固相反应类型 气-固相催化反应 非催化气-固相反应
固定床操作原则： ①为防止流体带出，气体一般由上向下通 过床层； ②为保证床层适宜的温度条件，床内布置 各种换热元件； ③为防止流动压降过大，催化剂的粒径不 能过小；为减小内扩散的影响，粒径不 能过大。适宜粒径为2~6mm; ④为防止近壁处出现沟流，催化剂的粒径 应小于管径的8倍，一般范围 D 5 ~ 8

固定床反应器的类型：
按换热方式： ①绝热式反应器； ②外热式反应器； ③自热式反应器。

绝热式反应器 绝热式反应器结构： 适用范围： 热效应不大，反应温度变化范围宽的场合。 如乙苯脱氢制苯乙烯，乙苯与2.6倍（质 量），710℃的高温水蒸气混合后温度降 至630 ℃，进床反应后，流出温度650 ℃，反应热及热量的移走由水蒸气保障。 绝热式反应器的类型： 单段式 多段式（冷激式）
150 当 Rem>1000（湍流）时，忽略 R em 项，以局
部阻力为主。
B 3 150 p d S ( 2 )( )( ) 1.75 L 1 B Rem u
分析： u 增大， dS 减小， B 减小，均使 床层压降增加，其中尤以B的影响最为 显著。颗粒不能太细，最好作成圆球形； 气流速度适可而止。一般固定床压降不 宜超过床内操作压力的15%。 6.2.3固定床中的传热
Se
aP VP (1 B )
6 (1 B ) dS
2 B )d S ∴ de ( 3 1 B
6.2.2床层压降 1. 床内流速分布：
1~2dP
1 r/R 0
r/R 1
平均流速um。 中空的拉西环和鞍型填料的B分布均匀。
1 2.床层压降计算公式 压降的产生： ①局部阻力 ②摩擦阻力 流体在圆管中流动的阻力损失计算式：
l u p f f d 2
2
固定床压降： ① 管长修正， L f L l , f L 1 ； ② 以 床 层 当 量 直 径 de 代 替 管 径 d ，
2 B de ( )d S 3 1 B ；
③以流体流过颗粒空隙的平均速度 um 代替管内流 速 u，
um
u
。
dV (
6VP

)
1
3
②面积相当直径da：与圆球粒子外表面积 相同
da (
aP

)
1
2
③比表面相当直径ds：与圆球粒子具有相 同的比表面积 a 比表面： S V P 球形颗粒：
SV
VP 2 d P
1 3 d P 6
6 dP
非球形颗粒：
6 6VP dS SV aP
颗粒的形状系数（或称球形系数）S定义：
2.床层孔隙率
B 1 A A—— 颗粒密度（包括粒内微孔）； ——床层密度或堆积密度（单位体积床 层中的颗粒质量）
床层颗粒间的自由体积 B 床层体积
3.固定床的当量直径de
B 流道有效截面积 d e 4 RH 4 4 流道的润湿周边长 Se
忽略颗粒之间的接触面积 2 3 Se——床层比（外）表面积，m /m (床)
( )2 u 2 fL l 3 p f f f fL L 2 B 2 4 dS ( )d S 3 1 B
u
1 B 3 B

p
u 1 B f ( ) 3 L dS B

6.3绝热床反应器的设计 拟均相一维模型 气 - 固催化反应，热效应不大，反应管 直径较小，气体流速较快时 6.3.1单段绝热床 6.3.1.1设计方程 ①物料衡算式：
绝热床设计时应考虑的问题 控温与传热，绝热床的高径比不宜过大， பைடு நூலகம்层填充均匀，气流预分布

外热式反应器
列管式反应器 通常管内放催化剂，管间走热载体，而用 高压水或水蒸气作热载体时，催化剂放 在管间，管内走热载体； 管径一般为25~50 mm的管子，但不宜小 于25mm； 粒径约为2~6mm，不小于1.5mm
2
，
f ——阻力系数
′
150 阻力系数的计算： f R 1.75 em
修正雷诺数
d S u Rem (1 B ) B 3 150 p d S ( 2 )( )( ) 1.75 L 1 B Rem u
擦阻力为主；
当 Rem<10（层流）时，忽略 1.75 项，以摩
aS S﹤1 S aP aS—— 球形粒子的外表面积； aS— —同体积非球形粒子的外表面积。
各当量直径之间的换算关系：
d S S dV
dV 2 S ( ) da
混合粒子的平均直径： ① 加权平均
d Wi d i
i 1
n
wi——直径为di颗粒的质量百分数 ② 调和平均 1 d n Wi n 1 d i