-固定床反應(yīng)器的傳質(zhì)傳熱

任務(wù)0303

固定床反應(yīng)器的傳質(zhì)傳熱

項(xiàng)目三氣固相催化反應(yīng)器

《化學(xué)反應(yīng)過程與設(shè)備》主講教師：張聰煤化工技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)影響氣體流動(dòng)的因素固定床反應(yīng)器內(nèi)部發(fā)生著復(fù)雜的傳質(zhì)、傳熱、傳動(dòng)和反應(yīng)過程，所以要想了解固定床內(nèi)的復(fù)雜過程，首先就要了解里面的氣體流動(dòng)。催化劑直徑形狀系數(shù)床層空隙率徑向氣體流速分布流動(dòng)特性及壓力降0303-1固定床反應(yīng)器內(nèi)的氣體流動(dòng)體積當(dāng)量直徑1.催化劑的直徑表面積當(dāng)量直徑比表面積當(dāng)量直徑討論氣體流動(dòng)討論傳質(zhì)傳熱形狀多樣的催化劑0303-1固定床反應(yīng)器內(nèi)的氣體流動(dòng)2.形狀系數(shù)催化劑顆粒大小不均，通常我們用平均值來表示，是指所有范圍的催化劑顆粒乘以它所占的百分率，然后再總和。這里的所有范圍我們往往會(huì)用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)篩來篩分?！?所有范圍的催化劑×百分率)0303-1固定床反應(yīng)器內(nèi)的氣體流動(dòng)3.床層空隙率床層空隙率=床層的空隙體積床層總體積0303-1固定床反應(yīng)器內(nèi)的氣體流動(dòng)3.床層空隙率反應(yīng)器器壁處的床層空隙率會(huì)大于其他地方，導(dǎo)致這里的氣體流動(dòng)和其他地方差別比較大，從而導(dǎo)致傳質(zhì)和傳熱不均，這就是我們所說的“壁效應(yīng)”。0303-1固定床反應(yīng)器內(nèi)的氣體流動(dòng)4.徑向氣體流速分布0303-1固定床反應(yīng)器內(nèi)的氣體流動(dòng)5.流動(dòng)特性及壓力降摩擦阻力收縮、擴(kuò)大、再分布等局部阻力氣速比較慢時(shí)氣速比較快時(shí)流速顆粒直徑床層空隙率處理量就會(huì)變小提升內(nèi)擴(kuò)散的影響使得反應(yīng)器的體積不得不再大一些0303-1固定床反應(yīng)器內(nèi)的氣體流動(dòng)要想了解固定床內(nèi)的復(fù)雜過程，除了了解里面的氣體流動(dòng)，需要考慮的第二個(gè)問題是固定床內(nèi)的傳質(zhì)傳熱問題。1.外擴(kuò)散：可以通過提高氣速來消除，固定床反應(yīng)器的氣體流速一般都很快，所以外擴(kuò)散影響一般可以忽略不計(jì)。2.內(nèi)擴(kuò)散：對(duì)反應(yīng)的影響還是比較大的，也就是說在反應(yīng)過程中，實(shí)際的催化反應(yīng)速率和當(dāng)催化劑內(nèi)外表面溫度濃度均一的理想狀態(tài)下的反應(yīng)速率還是有不同的。3.混合擴(kuò)散：在床層高度大于粒徑100倍的時(shí)候也可以忽略不計(jì)，一般的反應(yīng)器也可以滿足（固定床常用的催化劑顆粒直徑在3-5毫米）。1.固定床反應(yīng)器內(nèi)的傳質(zhì)0303-2固定床反應(yīng)器內(nèi)的傳質(zhì)傳熱和設(shè)計(jì)計(jì)算測(cè)出來微觀動(dòng)力學(xué)計(jì)算出來(1)當(dāng)內(nèi)擴(kuò)散有效系數(shù)接近1的時(shí)候，反應(yīng)過程就是動(dòng)力學(xué)控制，可以通過改變反應(yīng)體系的濃度、壓力、溫度等改善反應(yīng)。(2)當(dāng)內(nèi)擴(kuò)散有效系數(shù)小于1時(shí)，反應(yīng)是擴(kuò)散控制，可以通過消除內(nèi)擴(kuò)散影響的方式來改善反應(yīng)，也就是通過選用細(xì)顆粒催化劑、改用徑向反應(yīng)器或者通過改變催化劑結(jié)構(gòu)制造雙孔分布型催化劑、擠壓小孔細(xì)粒成型的大孔粗粒催化劑、把活性組分浸漬或噴涂在顆粒外層的表面薄層催化劑。0303-2固定床反應(yīng)器內(nèi)的傳質(zhì)傳熱和設(shè)計(jì)計(jì)算1.反應(yīng)熱由催化劑內(nèi)部向外表面?zhèn)鬟f。2.反應(yīng)熱由催化劑外部向流體主體傳遞；3.反應(yīng)熱少部分由反應(yīng)后的流體沿軸向帶走，主要部分由徑向通過催化劑和流體構(gòu)成的床層傳遞至反應(yīng)器器壁，再由載熱體帶走；2.固定床反應(yīng)器內(nèi)的傳熱固定床內(nèi)部的換熱加強(qiáng)屬于固定床和外界的熱交換，主要涉及床層對(duì)反應(yīng)器壁的傳熱系數(shù)，可以通過利瓦關(guān)聯(lián)式求得0303-2固定床反應(yīng)器內(nèi)的傳質(zhì)傳熱和設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算問題：催化劑的用量，反應(yīng)器床層高度和直徑，傳熱面積以及床層壓力降等。通過實(shí)際生產(chǎn)得到數(shù)據(jù)：空速：?jiǎn)挝惑w積的催化劑在單位時(shí)間內(nèi)通過的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的原料體積流量；催化劑空時(shí)收率：?jiǎn)挝毁|(zhì)量或體積的催化劑在單位時(shí)間內(nèi)所獲得的目的產(chǎn)物量；催化劑負(fù)荷：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的催化劑在單位時(shí)間內(nèi)所處理的原料量。只要反應(yīng)過程中催化劑性質(zhì)、粒度、原料組成、流體流速、溫度和壓力相同，就可以將這些數(shù)據(jù)用于新設(shè)計(jì)的反應(yīng)器，但經(jīng)驗(yàn)法雖然比較簡(jiǎn)單方便，但是比較原始，不精確。通過對(duì)反應(yīng)器內(nèi)全部過程的本質(zhì)和規(guī)律有了一定的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而用數(shù)學(xué)方程式比較真實(shí)的描述實(shí)際的過程，建立數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用計(jì)算機(jī)可以高倍數(shù)的放大