项目二固定床反应器的工作原理讲解

式中 dV—体积相当直径，m； Vp—非球形颗粒的体积，m3。
2. 面积相当直径
式中 da—面积相当直径，m； Ap—非球形颗粒的外表面积，m2。
3. 比表面相当直径
式中 Sv—非球形颗粒的比表面积， 。 m2 m3
则
式中 ds—比表面相当直径，m。 在研究流体力学时，常用体积相当直径；而在研究传质传热时，常用面 积相当直径。
项目二 固定床反应器的工作原理
催化剂床层特性 流体在固定床中的流动特性 固定床反应器中的传质与传热
➢ 催化剂床层特性
一、催化剂颗粒直径与形状系数
球形颗粒直接用直径来表示其大小；而非球形颗粒常用与球形颗粒作 对比所得到的相当直径来表示其大小。颗粒的形状是用形状系数来表示的。 1. 体积相当直径
二、气体的分布
在气固相反应器中，流体在径向上的分布式不均匀的，因此，提高床层 内气体流速分布的均匀性对降低返混，提高反应器生产能力和反应选择性具 有重要意义。
提高气体分布均匀性的方法有：① 催化剂大小要均匀； ② 消除气体初始动能。
三、床层压降
压降产生的原因 p1 —流体与颗粒表面间的摩擦阻力 p2 —流体在通道内的收缩、扩大与撞击颗粒、变向分流等引起的局部
阻力。 压降的计算（欧根公式）
流体在圆管中等温流动时的压力降
当 ReM＜10时为层流，p ；p1 当 R＞eM 1000时为充分湍流， p 。p2 设计要求：ΔP≤15%P（操作） 工业上降低压力降的办法：↑ε、↓L、↓uO、↑dS等。
➢ 固定床反应器中的传质与传热
一、固定床反应器中的传质
颗粒内部、颗粒在流体间和床层径向传热阻力，床层的传热阻力全部集中 在管壁处。 床层对壁总传热 系数
假设床层为等温体（Tm），总传热速率方程为： 当床层被加热时： 当床层被冷却时：
来说 s 1 ；对非球形颗粒， s ＜1。
三种相当直径间的关系为：
二、床层空隙率
床层空隙率是指颗粒间的自由体积与整个床层体积之比。
式中 —床层空隙率 B —催化剂床层堆积密度，Kg/m3 P —催化剂颗粒密度，Kg/m3
实验结果表明，空隙率在径向上分不是不均匀的。空隙率在贴壁处达到 最大值，而床层中部空隙率较小。将器壁对空隙率分布的影响以及由此造成 的对流流动、传热、传质的影响称为壁效应。
三、固定床的当量直径
固定床的当量直径就是4倍的水力半径，即
则： 式中 —d当e 量直径，m；
—水RH力半径，m； —床S层e 比表面积，m2/m3。
➢ 流体在固定床中的流动特性
一、流动特性
床层内流体的流动分为两部分：一部分是流体以平均流速沿轴向作理想 置换流动；另一部分为流体的径向和轴向的混合扩散，包括层流时的分子扩 散和湍流时的涡流扩散。
固定床反应器中的传质过程包括： 外扩散、内扩散、混合扩散（轴向扩散和径向扩散） 轴向扩散是由于催化剂颗粒粒度分布而引起的；径向扩散则是由于催
化剂床层空隙率引起的。 催化反应的总速度
二、固定床反应器中的传热
传热过程分析 整个固定床的传热包括：颗粒内传热、颗粒与流体间的传热、床层与
壁间的传热； 在工程计算中，一般进行简化处理：催化剂颗粒假设为等温体，忽略
Hale Waihona Puke Baidu
4. 平均直径
式中 dp—颗粒的平均直径，m； xi—各种筛分粒径所占的质量分数； di—质量分数为xi的筛分颗粒的平均直径，m。
其中
d
' i
d
'' i
—同一筛分颗粒上下筛目尺寸，m。
5. 形状系数 s
式中 Aa—与球形颗粒等体积的非球形外表面积，m2。 形状系数 s 反映了非球形颗粒与球形颗粒的差异程度。对球形颗粒