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固定床反应器的设计计算固定床反应器是一种广泛应用于化工工业中的反应器。
它由一个固定的反应床和气体或液体通过床体流动的装置组成。
固定床反应器通常用于进行催化反应，例如催化剂的制备、氢气的生成以及石油炼制过程中的裂化反应等。
在设计固定床反应器时，需要考虑反应床的尺寸、催化剂的选择、反应温度和压力等因素。
下面将介绍固定床反应器的设计计算流程。
首先，设计固定床反应器时需要确定反应物的种类和摩尔比。
通过摩尔比可以计算出反应物的总流量以及各个组分的摩尔流量。
接下来，需要考虑反应床的尺寸和形状。
反应床通常为一根或多根管子，可以是圆柱形、方形或其他形状。
根据反应床的形状和尺寸，可以计算出反应床的体积。
在确定了反应床的尺寸后，需要选择合适的催化剂。
催化剂的选择应考虑反应的速率和选择性。
常见的催化剂有金属催化剂、氧化物催化剂和酸碱催化剂等。
选择催化剂后，需要计算催化剂的质量和体积。
在反应过程中，需要控制反应温度和压力。
反应温度对于反应速率和选择性具有重要影响。
根据反应的热力学数据和催化剂的性质，可以计算出反应的热效应和放热量。
根据反应的放热量和反应床的热传导性能，可以计算出反应床的冷却要求。
在设计固定床反应器时，还需要考虑反应物和产物的流动情况。
根据流动特性可以计算出反应床的压降和流速。
压降对于反应过程有重要影响，它影响着反应物在床体中的停留时间和反应速率。
最后，需要考虑反应物的进料方式和产物的排放方式。
进料和排放方式应选择合适的装置，以保证反应物的均匀分布和产物的高效排放。
在设计固定床反应器时，需要综合考虑以上因素，并进行相应的计算。
通过计算可以确定反应床的尺寸和形状、催化剂的选择、反应温度和压力以及进料和排放方式。
这些计算可以保证固定床反应器的高效运行和最佳性能。
总结起来，设计固定床反应器需要考虑反应物的种类和摩尔比、反应床的尺寸和形状、催化剂的选择、反应温度和压力、反应床的冷却要求、反应物和产物的流动情况以及进料和排放方式等因素。
炔烃液相选择加氢固定床床反应器设计计算由于固定床反应器具有结构简单、操作方便、操作弹性大、建设投资低等优点，而广泛应用于各类油品催化加氢裂化及精制、低碳烃类选择加氢精制等领域。
将碳四馏分液相加氢新工艺就是采用单台固定床绝热反应器进行催化选择加氢脱除碳四馏分中的乙基乙炔和乙烯基乙炔等。
在工业装置中，由于实际所采用的流速足够高，流体与催化剂颗粒间的温差和浓差，除少数强放热反应外，都可忽略。
对于固定床反应器来讲最重要的是处理好床层中的传热和催化剂粒子内扩散传质的影响。
一、固定床反应器设计碳四馏分选择性加氢反应器一般采用绝热固定床反应器。
在工程上要确定反应器的几何尺寸，首先得确定出一定生产能力下所需的催化剂容积，再根据高径比确定反应器几何尺寸。
反应器的设计主要依据试验结果和技术要求确定的参数，对反应器的大小及高径比、催化剂床层和液体分布板等进行计算和设计。
1.设计参数反应器进口温度： 20℃进口压力：0.1MPa进料量(含氢气进料组分)3/h 体积流量：197.8m质量流量：3951kg/h-1 400h液相体积空速：2.催化剂床层设计计算3/h 正常状态下反应器总进料量为2040m-1液体体积空速400h3则催化剂用量5.1m/2040400?V?V/S?VR总3?催化剂堆密度m850kg/?B?催化剂质量kg4335kg?V?850?m?5.1?RBB求取最适宜的反应器直径D:设不同D时，其中高径比一般取2-10，设计反应器时，为了尽可能避免径向的影响，3h2040m ／及液体按正常进料量，则算出反应器的直径和高度为：取反应器的长径比5-1，计算反应器的诸参数：空速400h2，则截面积取床层高度L=5m.02m1?5.1/5?L?SV/R??4?1.02/3.14?/4D?S1.140m床层直径1200mm 圆整可得反应器内径可以选择,因此．4V4?5.1此时，床层高度R m4.512??L?022?1.23.14D?反应器选型表4-1和表4-2为反应器类型。
固定床反应器的设计计算
首先，确定反应器尺寸是固定床反应器设计的首要任务。
反应器的大
小取决于所需的反应物流量、反应速率以及反应物在催化剂上的接触效果等。
一般来说，如果催化剂的活性较高，可以选择较小的反应器尺寸，以
便增加接触效果和提高反应速率。
其次，确定催化剂床层数也是设计中的一个关键步骤。
催化剂床层数
的选择与反应物的转化率和选择性有关。
催化剂床层数较大时，反应物的
转化率和选择性可能会提高，但也会增加反应器的装填材料和能量损失。
因此，需要根据具体情况进行综合考虑，确定合适的床层数。
然后，确定反应条件是固定床反应器设计的重要因素之一、反应条件
包括反应温度、反应压力和反应物的进料浓度等。
这些参数的选择应根据
反应物的特性、反应速率常数以及副反应的发生情况等因素进行综合判断。
另外，反应温度还会对反应热平衡和反应速率等方面产生影响，需要通过
热力学计算和实验验证来确定。
最后，热力学参数也是固定床反应器设计中必须考虑的因素。
热力学
参数包括反应热和化学平衡等。
反应热的计算可以通过热力学数据以及反
应物的物化性质进行估算。
而化学平衡的考虑可以通过化学平衡常数和反
应物浓度的估计来确定。
综上所述，固定床反应器的设计计算涉及的内容较为复杂，需要综合
考虑反应器尺寸、催化剂床层数、反应条件和热力学参数等因素。
设计计
算的目标是确定合适的反应器尺寸和操作条件，以实现高效的反应产率和
选择性。
同时，还需要关注反应器的稳定性和运行寿命，对反应器进行适
当的改进和优化。
固定床反应器设计计算固定床反应器是化工领域中常见的一种反应器类型，特点是固定催化剂床，反应物通过固定床的床层进行反应，反应产物从固定床的出口处得到。
固定床反应器设计是化工生产中的重要环节，涉及反应器的尺寸、催化剂的选择、操作条件的确定等方面。
下面将介绍固定床反应器设计的基本原理和计算方法。
1.催化剂床的选择：催化剂床的选择应根据反应物的性质和反应条件来确定。
常见的固定床催化剂床有球形、多孔材料和填料等，催化剂床的选择应考虑到活性、稳定性和成本等因素。
2.反应器尺寸的确定：反应器尺寸的确定与催化剂床的选择等因素有关。
反应器的长度、直径、催化剂床的高度等参数需要根据反应物的流量、反应速率和传质传热等条件进行计算。
3.操作条件的确定：反应器的操作条件包括温度、压力和流量等参数，这些参数的确定与反应物的性质、反应速率和反应体系等因素有关。
操作条件的设计需要尽可能提高反应速率和产物的选择性。
1.传质和传热计算：传质和传热是固定床反应器中重要的过程，需要考虑到传质和传热的速率以及催化剂床的吸附和扩散等因素。
传质和传热计算可以通过质量传递和能量传递方程进行，根据质量传递和能量传递方程可以计算出反应器中流体的温度和浓度分布。
2.反应动力学计算：反应动力学是固定床反应器设计中的关键环节，可以通过实验和理论模型来确定反应物的反应速率和产物的选择性。
反应物的反应速率可以通过实验测定得到，也可以通过理论模型进行计算。
反应物的选择性可以通过反应速率常数和转化率来计算。
3.负载平衡计算：固定床反应器的负载平衡是指催化剂床的催化剂负载均匀性和催化剂的失活过程。
负载平衡计算需要考虑到催化剂床的催化剂负载情况和催化剂的失活速率。
催化剂的负载均匀性可以通过实验和模拟计算得到，催化剂的失活过程可以根据反应动力学和传质传热过程进行计算。
以上是固定床反应器设计的基本原理和计算方法的介绍，固定床反应器设计是化工生产中的一个重要环节，需要充分考虑到传质和传热、反应动力学和负载平衡等方面的因素来确定反应器的尺寸和操作条件。
周波主编.反应过程与技术.高等教育出版社,2006年6月.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，找出其变化规律，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括催化剂用量、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作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，操作气速、流体阻力(动力)将增大；反之，床层高度降低必然引起截面积(直径)增大，对传热不利或易产生短路等现象。
因此，床层高度与直径应通过操作流速、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作参数范围或经验选取，然后校验其他操作参数是否合理，如床层压降不超过总压力的15％。
床层高度与直径的计算步骤如下。
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、操作压力和废气的初始组成。
一、温度催化反应是在催化剂的参与下进行的，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，因而对于伴有热效应的催化反应，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。
反应过程与技术固定床反应器的计算固定床反应器是一种广泛应用于化学工业中的反应装置。
它的设计和计算涉及到多种因素，包括反应过程的动力学、传质过程、热力学等等。
下面将详细介绍固定床反应器的计算方法。
固定床反应器是通过固体催化剂催化气体或液体相中的化学反应进行的。
在固定床反应器中，催化剂被放置在反应器中，反应物经过催化剂层与之接触，催化剂可以提供活性位点，从而促进反应的进行。
反应物在通过催化剂层时与催化剂发生反应，生成产物。
固定床反应器的设计和计算就是为了达到最佳的反应效果和产物质量。
固定床反应器的计算主要涉及到以下几个方面：反应动力学、传质过程、热力学和传递过程。
首先，反应动力学是固定床反应器设计和计算的基础。
反应动力学研究反应速率与反应条件之间的关系。
在固定床反应器中，反应速率与反应物浓度、反应温度等因素有关。
通过实验方法或者数学模型可以获得反应动力学的参数，进而计算出在不同反应条件下的反应速率。
其次，传质过程也很重要。
在固定床反应器中，反应物通过催化剂层时会发生质量传递过程，包括物质的传递和能量的传递。
传质过程的研究可以帮助优化反应物在催化剂层中的传递效率，提高反应速率和产物质量。
然后，热力学也是固定床反应器设计和计算的重要一环。
在反应过程中，热量的产生或吸收会影响反应物的浓度、速率和产物的选择性。
通过热力学计算可以确保反应器内部的温度控制在一定范围内，提高反应的稳定性和效果。
最后，传递过程也需要考虑。
固定床反应器中，反应物通过催化剂层时会发生动量传递和能量传递。
传递过程的计算可以帮助优化反应物在催化剂层中的分布和流动状态，进一步提高反应的效率。
综上所述，固定床反应器的计算主要包括反应动力学、传质过程、热力学和传递过程等方面。
通过合理的设计和计算，可以提高固定床反应器的反应效率和产物质量，实现化学工业过程的优化和提升。
固定床反应器的工艺计算固定床反应器是化工工业中常见的反应器之一，广泛应用于催化反应、气体-液体反应、气体-固体反应等领域。
本文将详细介绍固定床反应器的工艺计算，包括反应器设计、反应物的计算和反应的热力学计算等内容，以期为读者提供一些有关固定床反应器的基本知识和实际操作的指导。
固定床反应器设计是反应器工艺计算的核心内容之一、在固定床反应器设计时，要考虑多种因素，包括催化剂的选择、反应床的材料、反应器的尺寸和体积等。
首先，催化剂的选择至关重要，不同的反应需要选择适合的催化剂，催化剂的性能将直接影响反应的效果。
其次，反应床的材料需要具备一定的耐高温、耐腐蚀性能，以保证反应床的稳定性和寿命。
最后，反应器的尺寸和体积需要根据反应物料的量和反应条件进行合理的设计，以实现高效、稳定的反应过程。
反应物的计算是固定床反应器工艺计算的重要步骤之一、为了实现良好的反应效果，需要确保反应物的投入量与设计值相符。
反应物的计算要考虑多种因素，包括反应物的化学物质性质、反应物的摩尔量以及反应物的纯度等。
在进行反应物计算时，可以根据反应物的物质性质和反应条件确定反应物的摩尔量，并根据反应物的纯度计算出实际需要投入的反应物量。
反应的热力学计算是固定床反应器工艺计算的另一个重要部分。
在反应过程中，热量的释放或吸收会对反应速率和反应的平衡产生重要影响。
热力学计算主要包括反应焓变的计算和反应热平衡的计算两个方面。
在进行反应焓变的计算时，可以利用热力学数据和反应物的化学物质计算反应的焓变。
反应热平衡的计算则是根据反应物的摩尔比例和反应焓变计算出反应的热平衡常数，以预测反应的方向和平衡状态。
总之，固定床反应器的工艺计算是一项复杂的任务，需要考虑多种因素，包括反应器的设计、反应物的计算和反应的热力学计算等。
通过合理的工艺计算，可以实现反应器的高效、稳定运行，提高反应的产率和选择性，为工业生产提供有力支持。
§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。
根据经验：①取气体各空床速度；②再计算床层工截面积；③校床层阻力降；④确定床层的结构尺寸。
S WG W W S =床层截面积：0u V A R = ~0V 气体体积流量()h m /3~0u 气体空床速度()h m / 催化剂床层高度：00V V u A V H RR R== ~R V 催化剂床层体积()3m绝热反应器（圆筒形状）：2/1244⎪⎭⎫⎝⎛=∴=ππt R A D D A ~t d 单管内径列管反应器，管数：Hd V d A n t R t R2244ππ== 圆整 壳管式反应器（壳程装催化剂）20244d n D A R ππ-=ｎ～反应管程数；0d ～反应管外径；Ｎ～实际管数 采用正三角形排列：总面积：e AR D Sin Nt A R 24602/102+⎪⎭⎫⎝⎛==π三．催化剂床层传热面积的计算mt K QA ∆= Ｑ～热量衡算确定；~m t ∆通用公式计算（并、逆流）Ｋ～取经验数据或计算四．床层压力降∆P 同前举例：《工厂装备》96P 例３－８，4101P 已知：略 求：略 解： ①()[][]s m u D V /1077.312.01025.22544352302--⨯=⨯⨯⨯-==ππ实②实V T T F =⨯⨯004.22 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=p T Tp V V 00标实 000nRT V p nRT pV == 4.220⨯=n V[]s Kmol T T V F /101.14132734.221077.34.226500--⨯=⨯⨯=⨯=∴实③[]Kmol Kg M /67.315.3654.02646.0=⨯+⨯=-()[]s m Kg A MF G R 2260/111.002.0467.36101.1=⨯⨯⨯==--π④()[]1325200317.01025002.044132731077.34---=⨯⨯⨯⨯=⨯==S H D T T V V V S R ONV ππ ⑤()[]S V H D V V R 937.01077.345.01025002.0445322=⨯⨯⨯⨯===--πεπετ实实 小结：1.固定床的传质；2.固定床的传热；3.固定床的计算。
作业：《工厂装备》101P 习题4265P 习题4.已知：m L mm n 7.55.227900=⨯=，根，φ，进料量 39.6[]35/17.7,108.9,523,m Kg P P K T h Kmol f a =⨯==ρ， ()球形mm d mK W s P P f a f 3,/0354.0,106.25==⨯=-λμ求：床层对壁总给热系数解：设此反应为放热反应，需移出热量，床层被冷却，床层对壁总给热系数RT pM f =ρ，[]Kmol Kg p RT M f /8.31108.9523314.871705=⨯⨯⨯==ρ ()h Kg W /12598.316.39=⨯=()[]h m Kg d G 2622/1031.3900022.0785.0125941259⨯=⨯⨯==π 1183600106.21031.3003.056=⨯⨯⨯⨯==-f P e G d R μtf t P f P t d d d G d λμα⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎭⎫⎝⎛=6.4exp 5.37.0()022.00354.0022.0003.06.4ex p 1185.37.0⎪⎭⎫ ⎝⎛-=[]sK m Kj 23/1048.8⨯=第二章 气~固相固定床催化反应器小结一．基本概念Basic scheme1.催化剂粒径：()会计算-d d d d S a V ,,,2.形状系数：PS A A =ϕ 意义3.空隙率：SBρρε-=1 定义4.固定床当量直径：S ee d S RH d ⎪⎭⎫⎝⎛-===εεε132445.催化剂有效系数：定义S Pr r =η，测定方法6.催化剂用量。
①空速V S ②空时收率W S ③cat 负荷G S ④接触时间C τ7.线速u ，空床速度O u8.宏观动力学，本征动力学二．基本原理 Basic principle1.催化剂的特点：①改变反应速度②不改变化学平衡③具有选择性。
必备条件：活性好，选择性高，寿命长，具有一定机械强度。
类 别：金属（良导体）；金属氧化物或硫化物（半导体）；盐类或酸性催化剂（绝缘体）。
失 活：定义：活性随操作时间延长而下降的过程；分类： 物理失活；化学失活失活原因： 局部过热使催化剂挥发结晶；原料气未净化，催化剂中毒；结炭，掩盖活性中心，定期通空气，水蒸气烧去。
以提高反应活性补偿。
2.催化剂表面的吸附物理吸附；化学吸附覆盖率：%100⨯=固体表面覆盖面积θ θθ-=1V 裸露率： 吸附等温线，吸附等温方程a p V ~的关系AA A A m P K p K V V +=1 3.气固相催化反应的全过程：七步4.气固相催化反应速率：表面反应控制，反应类型→机理→动力学方程→特征。
5.多孔催化剂内的传质，内扩散类型：分子扩散（费克扩散）；克努森扩散；过渡扩散；每个类型的特征。
6.固定床催化反应器的类型：绝热式（单段和多段）；换热式（对外换热式和自身换热式）7.流体在固定床中的流动特性：气体分布问题；解决方法。
三．基本计算 Basic calculation1.催化剂用量的计算；2.床层高度和直径；3.床层压力降的计算。
课堂举例：某固定床反应器中，原料流量为200[kmol/h]，采用空速为0.15[s -1]，气体的线速为0.15[m/s]，床层空隙率为0.42，操作压力1.013Mp a ，操作温度180℃。
求：（1）催化剂体积；（2）床层直径；（3）床层高度。
解：（1）V R =360015.04.222000⨯⨯=V N S V = 8.3 [m] （2）V 0=360010013.1)273180(314.81020063⨯⨯+⨯⨯⨯=p nRT ＝ 0.207 [m 3/s] D=42.015.0785.0207.044000⨯⨯=⋅⋅=εππu V u V = 2.045 [m] 圆整 D= 2 [m]（3）H=V R /A t =222785.03.84⨯=⋅D V Rπ= 2.64 [m] 1、催化剂的失活类型及失活原因宏观动力学不排除外界因素（扩散）的影响，进行动力学研究得出的规律，称宏观动力学。
2、 微观动力学：排除外界因素（扩散）的影响，进行动力学研究得出的规律，称微观动力学。
3、 催化剂的形状系数5、床层空隙率及计算公式固定床中的床层空隙体积与整个床层体积之比。
ε＝1-ρB /ρS6、催化剂有效系数的测定方法测实际反应速度r P1→逐次粉碎催化剂颗粒，使内表面暴露为外表面→逐次测出反应速度r P2、r P3、r P4……→至催化剂逐次压碎，反应速度不再改变为止 r PN =r S →计算SP r r =η 1、催化剂可以加快反应速度，但不改变化学平衡，并对催化反应具有选择性。
2、选择催化剂，应使催化剂具有活性好、选择性高、寿命长，并具有一定的机械强度。
3、催化剂的失活分为物理失活和化学失活。
4、分子扩散阻力由气体分子间碰撞引起，克努森扩散阻力由气体分子与孔壁碰撞引起。
