釜式反应器体积的计算
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式中n — 流化数；u mf —临界流化速度，m /s
化工工艺设计(Chemical Process Design)
西南科技大学
§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 .82 0.94 4.08d 1 ( ) p s f umf .88 0.06 0 f f
RAf
C A0 x Af RAf
C
X
或
C A0 C Af
式中CA0:釜入口液体中关键组分A的浓度,mol/L;
A f:釜出口液体中关键组分A的浓度,mol/L;
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.
化工工艺设计(Chemical Process Design)
式中umf 临界流化速度（以空塔 计），m / s
f 气体粘度，m Pa.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)
化工工艺设计(Chemical Process Design)
西南科技大学
§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 (H r ) y A0 (H r ) Ft C pt 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; yA0:进口气体中关键组分A的摩尔分数; C
H2
（4）稀相段高度H2
（5）扩大段高度H3
化工工艺设计(Chemical Process Design)
H1
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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
4V D u 式中D—流化床直径，m
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
多段绝热式固定床催化反应器
原料 产品
Ⅰ
产品
Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅲ
原料
Ⅱ
Ⅱ
原料
Ⅲ
Ⅲ Ⅳ Ⅳ
泠 激 剂
Ⅳ
产品
间接换热式 原料气泠激式 非原料气泠激式
西南科技大学
化工工艺设计(Chemical Process Design)
§4-3反应器的设计 （四）固定床催化反应器的设计
２、固定床催化反应器催化剂用量的确定 (1)空速法
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
化工工艺设计(Chemical Process Design)
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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
（1）流化床直径D H3
（2）扩大段直径D′
（3）浓相段高度H1
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；
RA f ( x A , T ) T T0 ( x A x A0 )
x
RA:反应速率,mol/„Ｌ（堆）h‟
XA0:进口气中关键组分A的转化率
A f:出口气中关键组分A的转化率
T0:反应器进口气体温度,K;λ:绝热温升
§4-3反应器的设计
（三）釜式反应器的设计 1、釜式反应器设计的系列化 国家已有Ｋ型和Ｆ型反应釜系列 Ｋ型釜：形状上呈“矮胖型”，长径比较小 Ｆ型釜：长径比较大，较瘦长 材质：碳钢、不锈钢和搪瓷等 规格：高压、真空反应釜
常减压和低压常压反应釜
传热面积和搅拌形式都有规定，在选型时，不符，可与 厂家协商进行修改。若没有合用的型号，可自行设计。
化工工艺设计(Chemical Process Design)
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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) （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）
原料气体的体积流量 空速 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，求反应器的催化剂堆体积。 解：由空速计算式得
催化剂堆体积 原料气体的体积流量 8900 1.78m3 空速 5000
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化工工艺设计(Chemical Process Design)
§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 Βιβλιοθήκη BaiduFA0
x Af
xA0
1 dxA RA
式中V r:催化剂的堆体积， m3 （堆）或Ｌ（堆）;
化工工艺设计(Chemical Process Design)
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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 —反应釜有效体积,m3 r (1)连续釜 V r= Q0τ Q0—反应釜入口液体的体积流量, m3/s或m3/h τ—空时,即物料在釜内的平均停留时 间,s ,min, h
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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 中间间接换热式
多段绝热式
固定床 换热式 自热式
原料气泠激式 非原料气泠激式
外热式
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
化工工艺设计(Chemical Process Design)
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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 .82 0.94 4.08d 1 ( ) p s f umf .88 0.06 0 f f
RAf
C A0 x Af RAf
C
X
或
C A0 C Af
式中CA0:釜入口液体中关键组分A的浓度,mol/L;
A f:釜出口液体中关键组分A的浓度,mol/L;
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.
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式中umf 临界流化速度（以空塔 计），m / s
f 气体粘度，m Pa.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
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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 (H r ) y A0 (H r ) Ft C pt 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; yA0:进口气体中关键组分A的摩尔分数; C
H2
（4）稀相段高度H2
（5）扩大段高度H3
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H1
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2、流化床反应器主要尺寸的确定 （1）流化床直径D
4V D u 式中D—流化床直径，m
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
多段绝热式固定床催化反应器
原料 产品
Ⅰ
产品
Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅲ
原料
Ⅱ
Ⅱ
原料
Ⅲ
Ⅲ Ⅳ Ⅳ
泠 激 剂
Ⅳ
产品
间接换热式 原料气泠激式 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
２、固定床催化反应器催化剂用量的确定 (1)空速法
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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（五）流化床反应器的设计 1、流化床反应器的构造
（1）流化床直径D H3
（2）扩大段直径D′
（3）浓相段高度H1
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；
RA f ( x A , T ) T T0 ( x A x A0 )
x
RA:反应速率,mol/„Ｌ（堆）h‟
XA0:进口气中关键组分A的转化率
A f:出口气中关键组分A的转化率
T0:反应器进口气体温度,K;λ:绝热温升
§4-3反应器的设计
（三）釜式反应器的设计 1、釜式反应器设计的系列化 国家已有Ｋ型和Ｆ型反应釜系列 Ｋ型釜：形状上呈“矮胖型”，长径比较小 Ｆ型釜：长径比较大，较瘦长 材质：碳钢、不锈钢和搪瓷等 规格：高压、真空反应釜
常减压和低压常压反应釜
传热面积和搅拌形式都有规定，在选型时，不符，可与 厂家协商进行修改。若没有合用的型号，可自行设计。
化工工艺设计(Chemical Process Design)
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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) （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）
原料气体的体积流量 空速 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，求反应器的催化剂堆体积。 解：由空速计算式得
催化剂堆体积 原料气体的体积流量 8900 1.78m3 空速 5000
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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 Βιβλιοθήκη BaiduFA0
x Af
xA0
1 dxA RA
式中V r:催化剂的堆体积， m3 （堆）或Ｌ（堆）;
化工工艺设计(Chemical Process Design)
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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 —反应釜有效体积,m3 r (1)连续釜 V r= Q0τ Q0—反应釜入口液体的体积流量, m3/s或m3/h τ—空时,即物料在釜内的平均停留时 间,s ,min, h
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（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 中间间接换热式
多段绝热式
固定床 换热式 自热式
原料气泠激式 非原料气泠激式
外热式
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