第五章气固相催化反应工程课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章 气固相催化反应工程,第五章 气固相催化反应工程,1,第一节 概述,5-1气固相催化反应器的基本类型,：,固定床,（绝热式、连续换热式）；,流化床,固定床连续换热式,：反应、换热同时进行,第一节 概述5-1气固相催化反应器的基本类型：,2,5-1气固相催化反应器的基本类型,固定床绝热式,：,5-1气固相催化反应器的基本类型固定床绝热式：,3,5-1 气固相催化反应器的基本类型,5-1 气固相催化反应器的基本类型,4,5-2基本设计原则,：自学（要求）。二个条件，五个基本原则,5-3催化反应器的数学模型：,5-2基本设计原则：自学（要求）。二个条件，五个基本原则5,5,5-3 催化反应器的数学模型,数学模型分类情况：,以最基础的一维、拟均相、平推流模型为基础，按,各类反应器实际情况，计入轴向返混、径向温差和浓,差、相间及颗粒内部的传质和传热，List5-1。,处理具体问题时，应针对具体反应过程及反应器的,特点进行分析，选用合适的模型。,5-3 催化反应器的数学模型数学模型分类情况：,6,第二节 固定床流体力学,5-4 固定床的物理特性：,一、非中空固体颗粒的相当直径与形状系数：,*颗粒的相当直径：,等体积圆球的直径：,等外表面积圆球的直径：,（固定床传热、传质中）,第二节 固定床流体力学 5-4 固定床的物理特性：,7,5-4 固定床的物理特性：,等比表面积圆球的直径：,形状系数：,5-4 固定床的物理特性：等比表面积圆球的直径：,8,5-4 固定床的物理特性：,二、混合颗粒的平均直径及形状系数：,*算术平均直径：,*调和平均直径：,5-4 固定床的物理特性：二、混合颗粒的平均直径及形状系数,9,5-4 固定床的物理特性：,三、固定床的当量直径：,5-4 固定床的物理特性：三、固定床的当量直径：,10,5-4 固定床的物理特性：,四、固定床的空隙率及径向流速分布：,定义,：,对床层压降、床层有效导热系数，比表面积影响大,的,影响因素,：,5-4 固定床的物理特性：四、固定床的空隙率及径向流速分布,11,5-4 固定床的物理特性：,空隙率与径向流速分布：,5-4 固定床的物理特性：空隙率与径向流速分布：,12,5-5 单相流体在固定床中的流动及压降,一、流动特性：,孔道几何形状相差甚大，相互交联、弯曲。孔道总,体积并非自由体积，死角处流体静止。旋涡数目多，,由滞流湍流明显，有的滞流，有的湍流。,二、单相流体通过固定床的压降：,将流体在空圆管中流动时的压降公式，加以合理修正而成。,*公式:,5-5 单相流体在固定床中的流动及压降 一、流动特性：,13,5-5 单相流体在固定床中的流动及压降,修正摩擦系数：,5-5 单相流体在固定床中的流动及压降修正摩擦系数：,14,5-5 单相流体在固定床中的流动及压降,当Rem1.75,当Rem1000（完全湍流）：1.75,若颗粒大小不均匀;,若 不够大时，应考虑壁效应的影响。,（5-19）（5-20）,5-5 单相流体在固定床中的流动及压降当Rem10（滞,15,5-5 单相流体在固定床中的流动及压降,三、影响固定床压降的因素：,1、两方面因素,2、G与L、A有密切关系：对一定的VR（床层体积）,在可能范围内，dt（床层直径）、相应L（床层高度）,有利于p;但不利于高压容器制造。此时，轴,向流动改为径向流动，有利于p。,5-5 单相流体在固定床中的流动及压降三、影响固定床压降的,16,5-5 单相流体在固定床中的流动及压降,3、对压降影响十分显著：,4、粒径、形状：重要影响因素。,当Rem1000,(筛析范围相同)。,5-5 单相流体在固定床中的流动及压降3、对压降影响十,17,5-7 固定床中流体的径向和轴向混合,一、固定床中径向及轴向混合有效弥散系数：,*流体流径固定床时，因不断分散与汇合形成一定程度的径向及轴向混合；径向比轴向更显著；当发生化学反应、与外界换热时，更甚。,*用peclet准数Pe表示径向、轴向混合有效弥散系数Dr、De：,5-7 固定床中流体的径向和轴向混合 一、固定床中径向及轴向,18,5-7 固定床中流体的径向和轴向混合,5-7 固定床中流体的径向和轴向混合,19,5-7 固定床中流体的径向和轴向混合,二、固定床反应器中的轴向返混：,当L100ds时，可略去轴向返混的影响；,L绝热条件下，组分A完全反应时，混合气体温度升高的数值。,绝热温升的影响因素：由（5-6）知：,混合气体初始组成yAO，则可能，Tb2T0,耐热（低CO交换、甲烷化，注意yAO要低）,（-HR）,则可能，Tb2T0,耐热（热效应大的反应尤要注意，如甲烷化保证yAO不超定值）,5-13 绝热温升 有关讨论：,23,5-13 绝热温升,当yAO较小（即低浓进气），或yAO虽较大，但,XA不太大时，基本符合上述简化条件；绝热操作线,为直线，为常数，即Tb-Tb1（XA-XA1）(4-75),当反应混合物组成变化很大，不符合简化条件，,不为常数，绝热操作线为曲线；此时，段分段计,算，每段用简化方法。,对多段间接换热式反应器和多段原料气冷激式反,应器，若忽略各段出口气体组成对值的影响，则各,段绝热操作线斜率都相同。,5-13 绝热温升当yAO较小（即低浓进气），或yAO虽较,24,第九节 催化反应过程进展,5-27 强制振荡非定态周期催化反应过程,：,一、,强制周期操作,：,周期性改变进料组成、进料流量、反应温度。即：,对催化反应过程进行瞬变的动态操作，以改变反应组,分在催化剂表面上的吸附态或吸附速率，从而促进反,应速率。,二、,流向周期变换操作,：,进料流向强制周期换向操作。因流向周期变换操作,具有蓄热性能对自然操作的进料浓度要求大约降低,了一个数量级，流程简化、能耗低、适应性强。,第九节 催化反应过程进展5-27 强制振荡非定态周期催化反应,25,5-27 强制振荡非定态周期催化反应过程,三、,循环流化床反应器,：,催化剂颗粒由于循环流动而处于非定态，但床内温,度、浓度保持定态。用于高温操作和部分氧化等领,域。,5-27 强制振荡非定态周期催化反应过程三、循环流化床反应器,26,5-28 催化吸收耦联,催化、吸收一体化。,催化与吸收分离过程同时进行；改变了传统的气一,固相催化合成反应中的平衡限制。如溶剂甲醇过程（smp）。,5-28 催化吸收耦联 催化、吸收一体化。,27,5-29 催化吸附耦联,催化、吸附一体化。,催化与吸附分离过程同时进行；如逆流气固,固涓流床甲醇合成反应器。,5-29 催化吸附耦联 催化、吸附一体化。,28,5-30 催化催化耦联,在一个反应器内，使用一种双功能催化剂，或两,种不同功能的催化剂，将原料气经催化合成中间产,品，再进一步催化合成最终产品，如一步法生产二甲,醚。（固定床复合催化剂；气液固三相淤浆,床双功能催化剂）。,5-30 催化催化耦联 在一个反应器内，使用一种双,29,5-31 催化一蒸馏：,5-32 膜催化：,催化转化和产品分离组合起来的过程。,5-33 超临界化学反应：,利用超临界流体作为反应介质的优良特性。,5-31 催化一蒸馏：,30,谢谢！,谢谢！,31,