固定床反应器的工艺计算[优质ppt]

§２－４固定床反应器的计算Calculation of fixed bed计算内容：①催化剂用量；②床层高度和直径；③传热面积；④床层压力降。

计算基础：反应动力学方程；物料衡算；热量衡算。

固定床反应器的经验计算法：利用实验室；中间试验装置；工厂现有装置最佳条件测得数据。

一．催化剂用量的计算 Calculation of catalyst use level1.空间速度：Space velocity[]1-=h V V S RONV ~ON V 原料气体积（标）流量~R V 催化剂填充体积意义：单位体积催化剂在单位时间内通过原料标准体积流量２.接触时间：Contact timeV V R ετ= ~0V 反应条件下，反应物体积流量~ε床层空隙率00,nRT V p nRT PV ON ==pT Tp S p T Tp V V p T TpV V VR ON ON 0000000εετ===∴代入a p p K T 300103.101273⨯==，3.空时收率：Space time yield(STY)SGW W W S =意义：反应物流经床层时，单位质量（或体积）催化剂在单位时间内所获得的目的产物量。

４.催化剂负荷 Catalyst load[]h Kg W W /~原料 [][]3~m Kg cat W S 或 单位质量催化剂在单位时间内通过反应所消耗的原料５.床层线速度与空床速度 Linear velocity and superficial velocity 线速度：εR A V u 0= 反应体积在反应下，通过催化剂床层自由截面积的速率。

空床速度：R A V u 00=在反应条件下，反应气体通过床层截面积时的气速。

使用条件：所设计的反应器与提供数据的装置具有相同的操作条件等）、、、、原料、、（P T u cat μ只能估算。

不可能完全相同∴二．反应器床层高度及直径的计算 Calculation of reactor体积一定：床层高度↑→H 床层截面积↓→A 气速↑↑→∆P ↑动力消耗流动阻力,u ；床层高度↓↑→A ↓→u H ，对传热不利，另：H 太小，气体易产生短路。

第六章固定床反应器的工艺设计固定床反应器是一种常见的反应器类型，广泛应用于化工、石油化工等领域。

在固定床反应器的工艺设计中，需要考虑反应器的尺寸、材料选择、催化剂的选择和补给方式等因素。

本文将从这些方面介绍固定床反应器的工艺设计。

固定床反应器的尺寸设计包括反应器的长度、直径和体积等方面。

尺寸的选择应该根据反应物的性质、反应速率以及保持良好的传质和传热效果来确定。

通常情况下，反应器的直径在0.3-2米之间，体积在0.1-1000立方米之间。

反应器的长度一般要大于反应床的一层，以保证反应物在床层中有足够的停留时间和接触时间。

在材料的选择上，固定床反应器应选用耐高温、耐腐蚀和具有良好物理性能的材料。

常见的材料有不锈钢、镍基合金、钛合金等。

尤其对于高温反应和腐蚀性反应，选择合适的材料对保证反应器的使用寿命和安全性非常重要。

催化剂的选择对于固定床反应器的工艺设计来说也是至关重要的。

催化剂的性质直接影响着反应速率和产品选择性。

选用合适的催化剂可以提高反应效率和产物纯度。

常见的催化剂有金属催化剂、氧化物催化剂、分子筛催化剂等。

催化剂的选择要综合考虑反应物性质、反应条件以及经济因素。

对于固定床反应器的补给方式，常见的有逆流填料法、上升流填料法和下降流填料法等。

逆流填料法是指反应物和催化剂的进气方向相反，有利于反应物的分散和接触。

上升流填料法是指反应物和催化剂沿床层一同向上流动，适用于液相反应和气相-液相反应。

下降流填料法是指反应物和催化剂沿床层一同向下流动，适用于气相反应。

补给方式的选择要根据反应物的性质和反应条件来确定，以获得最佳的反应效果。

固定床反应器的工艺设计还需要考虑反应器的加热和冷却方式。

一般情况下，可以通过外部加热和冷却设备，如蒸汽、冷却水等来实现反应器的加热和冷却。

加热方式有直接加热和间接加热两种。

直接加热是指将加热介质（如蒸汽）直接送入反应器中进行加热，适用于高温反应。

间接加热是指通过换热器将加热介质与反应物进行热交换，适用于低温反应。

四、固定床反应器的设计计算固定床反应器的设计方法主要有两种：经验法和数学模型法。

经验法的设计依据主要来自于实验室、中间试验装置或工厂实际生产装置的数据。

对中间试验和实验室研究阶段提供的主要工艺参数如温度、压力、转化率、选择性、催化剂空时收率、催化剂负荷和催化剂用量等进行分析，找出其变更规律，从而可预测出工业化生产装置工艺参数和催化剂用量等。

固定床反应器的主要计算任务包含催化剂用量、床层高度和直径、床层压降和传热面积等。

(一)催化剂用量的计算经验法比较简单，常取实验或实际生产中催化剂或床层的重要操纵参数作为设计依据直接计算得到。

1．空间速度空间速度Sv指单位时间内通过单位体积催化剂的原料处理量，单位为s-1。

它是衡量固定床反应器生产能力的一个重要指标。

(2-36)式中：2．停留时间停留时间r指在规定的反应条件下，气体反应物在反应器内停留的时间，单位为s。

式中：；停留时间与空间速度的关系为。

(二)反应器床层高度及直径的计算催化剂的用量确定后，催化剂床层的有效体积也就确定。

很明显，床层高度增高，床层截面积将变小，操纵气速、流体阻力(动力)将增大；反之，床层高度降低必定引起截面积(直径)增大，对传热晦气或易发生短路等现象。

因此，床层高度与直径应通过操纵流速、压降(即动力消耗)、传热、床层均匀性等影响因素作综合评价来确定。

通常，床层高度或直径的计算是根据固定床反应器某一重要操纵参数范围或经验选取，然后校验其他操纵参数是否合理，如床层压降不超出总压力的15％。

床层高度与直径的计算步调如下。

蒋文举主编.大气污染控制工程.高等教育出版社,2006.11.第四节影响催化转化的因素影响催化净化气态污染物的因素很多，但主要有反应温度、床层气速、操纵压力和废气的初始组成。

一、温度催化反应是在催化剂的介入下进行的，反应的快慢与催化剂的活性有关。

催化剂活性又与反应温度密切相关，因而对于伴随热效应的催化反应，温度的调节和控制对净化设备的生产能力、净化效果均有很大影响。