多相催化反应器的设计与分析课件.ppt
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- 关 键 词:
- 多相催化 反应器 设计 分析 课件
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1、第七章 多相催化反应器的设计与分析根据固体催化剂的状态,气固相催化反应器可分为:催化剂处于静止状态的有:固定床反应器滴流床反应器催化剂处于运动状态的有:流化床反应器移动床反应器浆态反应器本章主要介绍固定床反应器的设计,简要介绍流化床反应器7.1固定床内的传递现象(动量、热量、质量传递)7.1.1固定床内的流体流动(动量传递)表征床层结构的主要参数有:床层空隙率=f(颗粒形状、粒度分布、dp/dt、颗粒的填充方法)壁效应:在与器壁距离为12倍颗粒直径处,空隙率最大,而床层中心处空隙率较小。dt/dp越大,床层空隙率分布越均匀,通常所说的床层空隙率指平均空隙率。流体流经固定床时所产生的压力损失p由
2、于颗粒的粘滞曳力即流体与颗粒表面间的摩擦p流体流动过程中孔道截面积突然扩大和收缩,以及流体对颗粒的撞击及流体的再分布当流体流动属于层流时,前者起主要作用在高速及薄床层中流动时,起主要作用的是后者常用的固定床压力降计算公式摩擦系数当R e10,(Pea)m=2。对于液体,(Pea)m=0.31。pamad uPeD也可以用多釜串联模型来描述轴向扩散情况,模型参数N为Lr为固定床高,dp为颗粒直径。等温下,N50可认为流体流动为活塞流。工业反应器N远大于50,因此可以采用活塞流模型描述器内气体流动。rpLNd轴向热扩散若催化剂床层为非等温,需要考虑热扩散轴向热扩散的彼克列数ea为床层的轴向有效导热
3、系数。固定床的热扩散的轴向彼克列数越等于0.6。非等温情况下,以N=Lr/dp150来判断床内流体是否可以用活塞流描述较稳妥。工业反应器一般可以满足此条件。但设计实验室反应器要注意。ppahead u CPe 7.1.3径向传质和传热与流体流动方向相垂直的横截面上流体的浓度分布和温度分布是不均匀的。径向传热:对于放热反应,床外有冷却剂,因此床层中心处温度最高,床层外沿温度最低。对于吸热反应则相反。固定床径向传热的热阻构成:床层本身器壁上的层流边界层对于前者,将床层本身看成一个假想的固体,导热系数用径向导热系数er来表示对于层流边界层上的传热,可用壁膜传热系数hw来描述其热阻。径向传质:径向质扩
4、散径向质扩散彼克列数一般Re20,Per=10也可用多釜串联模型来模拟径向混合情况 lr=dp/2,dt为固定床层直径8perrd uPDtrdNl若Per=10,则若dt/dp5,径向浓度梯度很小,但流动极不均匀。另一方面,dt/dp减小后,易造成流体的短路。总之,如果Lr/dp足够大,固定床轴向返混是可以忽略的,但要改变dt/dp使径向分布均匀是困难的。如果是绝热固定床反应器,完全可以不考虑径向的传质和传热。5tpdNd7.2 固定床反应器的数学模型问题的简化:用径向平均温度和平均浓度分别代表径向温度分布和浓度分布,将二维问题转化为一维问题,不用偏微分方程,而用常微分方程。若忽略气固两相间
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