气 固相催化反应工程

气－固相催化反应器的基本类型
固定床 反应器
流化床 反应器
绝热式
换热式
多段绝热
单段绝热
内冷式
外冷(热)
5－ 1
气－固相催化反应器的基本类型-固定床
（packed bed catalytic reactor)（fixed bed reactor)
一、绝热式固定床催化反应器 二、连续换热式固定床催化反应器 1，单段绝热式（适用于放热和吸热反应）
5-3 催化反应器的数学模型
根据相态(拟均相？非均相？），维数（一维？二 维？），返混（有返混？无返混？）的不同情况， 可以建立八种（ 23 8 ）不同的数学模型
返混
维数 相数
表5－1
催化反应器数学模型分类
A类： 拟均相模型
一维模型
B类： 非均相模型 BI ：
基础模型＋相间分布
AI ：
基础模型
ΔP 500
流化床反应器 fluidized reactor
固定床 300 200 100 斜率=1
流化床
夹带开始 Δ P=W/At
流态化现象
50 1 2 umf 10 空床流速 u0 50 ㎝/s 100
固 定 床
L0
L
起 始 流 化
L
膨 胀 床
Lf
L
鼓 泡 床
Lf
节 涌 气 力 输 送
Lmf
流体
蒸汽 调节阀
原料 催化剂
补充水
（a）内冷自热式 （b）外冷列管式
（c）外部供热管式
产物
二、连续换热式固定床催化反应器





① 管径：一般为25～50mm的管子，但不小于25mm。 ② 催化剂粒径：应小于管径的8倍，通常固定床用 的粒径约为2～6mm，不小于1.5mm。 ③ 传热所用的热载体： 沸水可以用于100℃～300℃的温度范围。 联苯与联苯醚的混合物以及以烷基萘为主的石油馏 分能用于200～350℃的范围。 无机熔盐(硝酸钾，硝酸钠及亚硝酸钠的混合物)可 用于300～400℃的情况。 对于600～700℃左右的高温反应，只能用烟道气作 为热载体。
第五章
气－固相催化反应工程
第一节 概述 5－1 气－固相催化反应器的基本类型 5－2 反应器设计原则 5－3 催化反应器的数学模型 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节 固定床的三传特性
各类固定床及其数学模型
流化床及其数学模型 催化反应过程进展
第一节
5－1
概述
气－固相催化反应器
AII： AI +轴向返混
BII ： BI+轴向返混
AIII： AI ＋径向分布
二维模型
BIII ： BI＋径向分布
BIV ： BIII＋轴向返混
AIV： AIII ＋轴向返混
床 层 深 度
反 应 进 度
温度
温度
轴向反应器VS径向反应器

Rp 3 kv Deff
1 1 1 ζ= th(3 ) 3
VS
固定床反应器优缺点
① 固定床中催化剂不易磨损； ② 床层内流体的流动接近于平推流，与返混式的 反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应 器容积来获得较大的生产能力。 ③ 由于停留时间可以严格控制，温度分布可以适 当调节，因此特别有利于达到高的选择性和转化 率，在大规模的化工生产中尤为重要。 ① 固定床中的传热较差； ② 催化剂的更换必须停产进行。
列管式反应器优点：


① 传热较好，管内温度较易控制；
② 返混小、选择性较高； ③ 只要增加管数，便可有把握地进行放大； ④ 对于极强的放热反应，还可用同样粒度的 惰性物料来wenku.baidu.com释催化剂 适用 原料成本高，副产物价值低以及分离 不是十分容易的情况。

三套管并流式冷管催化床温度分布及操作状况
原料气
x
平衡温度线
催化剂
最佳温度线
产物
T
2，多段固定床绝热反应器 （a）间接换热式
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
x
平衡温度线
最佳温度线
Ⅳ T
2，多段固定床绝热反应器
Ⅰ Ⅱ
（b）原料气冷激式
Ⅲ Ⅳ
x
平衡温度线
最佳温度线
T
2，多段固定床绝热反应器 Ⅰ
Ⅱ
(c)非原料气冷激式
Ⅲ Ⅳ
x
平衡温度线
最佳温度线
T
二、连续换热式固定床催化反应器
流体
流体
流体
流体 流体
流化床反应器
fluidized reactor
5-3 催化反应器的数学模型
1，非均相 拟均相 2，一维模型 二维模型 3，理想流动 非理想流动 拟均相适用情况：1，化学动力学控制 2，活性较正系数（无宏观动力学资料） 一维 二维：轴向浓度差、温度差；轴径向浓度差、温度差 理想流动：不考虑返混（PFR）； 非理想流动：考虑返混（扩散）