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固定床反应器 PPT

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固定床和流化床反应器ppt课件

固定床和流化床反应器ppt课件
层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无 热交换。径向反应器与轴向反应器相比，流体流 动的距离较短,流道截面积较大,流体的压力降较小。 但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。以上两 种形式都属绝热反应器,适用于反应热效应不大,或 反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的 温度变化的场合。
• ③列管式固定床反应器。
• 当流体通过床层的速度逐渐提高到某值时，颗粒 出现松动，颗粒间空隙增大，床层体积出现膨胀。 如果再进一步提高流体速度，床层将不能维持固 定状态。此时，颗粒全部悬浮与流体中，显示出 相当不规则的运动。随着流速的提高，颗粒的运 动愈加剧烈，床层的膨胀也随之增大，但是颗粒 仍逗留在床层内而不被流体带出。床层的这种状 态和液体相似称为流化床。其中，流化床的种类 有：最小流化床，鼓泡流化床，腾涌流化床。
固定床反应器的结构
1.绝热式固定床反应器 1.1单段绝热式
1-矿渣棉2-瓷环3-催化剂 1-催化剂 2-冷却器
固定床反应器有三种基本形式
• 固定床反应器有三种基本形式： • ①轴向绝热式固定床反应器。流体沿轴向自上而
下流经床层，床层同外界无热交换。 • ②径向绝热式固定床反应器。流体沿径向流过床
固定床反应器
• 固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固 体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通 常呈颗粒状，粒径2～15mm左右，堆积成一定高度或厚 度的床层。床层静止不动，流体通过床层进行反应。
固定床 反应器
分类及其应用
不同 的传 热要 求和 传热 方式
单段绝热式
二段
绝 热 式 多段绝热式
真思考如何为以后的发展开好头。
Thank you
流化床反应器的结构
流化床反应器类型 ➢ 按固体颗粒是否在系统内循环分

化学反应工程 第六章 固定床反应器

化学反应工程 第六章 固定床反应器

一、颗粒层的若干物理特性参数
密度
– 颗粒密度ρp
• 包括粒内微孔在内的全颗粒密度；
– 固体真密度ρs
• 除去微孔容积的颗粒密度；
– 床层密度/堆积密度ρB
• 单位床层容积中颗粒的质量（包括了微孔和颗粒 间的空隙）；
p s (1 p ) B p(1 B )
一、颗粒层的若干物理特性参数
i
Wi FA0
i
xi dx A
r xi1
i

也即
Z 0 Ti

xi x i 1
Ti
1 (
ri
)dx A

0
i 1,2, N
min
Z 0
xi


1 ri
xA xi



1 ri 1
xA xi
0
i 1,2, N 1
对 Z 0 的处理 Ti
Z
Ti Ti
xi dx A
r xi1
i
xi x i 1
Ti
1 (
ri
)dx A

0
i 1,2, N
按中值定理：
Z
Ti
xi x i 1
Ti

1 (
ri
)dx A
（xi


x
i
1
)


Ti
• 双套管式、三套管式
流体流向：轴向、径向
固定床反应器的数学模型
拟均相数学模型：
忽略床层中颗粒与流体之间温度和浓度的差别 –平推流的一维模型 –轴向返混的一维模型 –同时考虑径向混合和径向温差的二维模型

固定床反应器.ppt

固定床反应器.ppt

Topt R ln
(E2 E1) k0E1CA0 (1 xA)
k0 ' E2 (CR0 CA0xA )
0
T
( 1 1 ) R ln E2 Topt Te E2 E1 E1
对一级反应且CR0=0时有
-rA
rA
k CA0 [(1
xA)
xA K
]
K
K0
exp[
H r R
(1 T
1 T0
)]
T
xA
固定床反应器的最优温度分布
1
随着x增加,逆反应增 加, 反应最优温度 随之下降.
x= 0
Topt
0
x
T
等速率线 (-rA)=0
(-rA)增加 Topt
T
T1 T2
0
x
0
x1
x2 x
T1 x1 T2 x2
例
合成NH3反应1/2N2＋3/2H2 NH3是可逆放热反应，在铁催 化剂下E＝58.6 kJ/mol，E’＝167.5 kJ/mol，平衡常数Kp与温度的 关系为logKp＝（2171+19.6P）／T－（4.2+0.02P），P为总压力 ［MPa］。试计算下列条件下的最优温度Topt。
第五章 固定床反应器
见P184-185介绍： 催化剂不动； 流体相是气，液或气液并流,逆流； 应用很广：合成NH3，H2SO4，CO水煤气变换 制H2，乙烯氧化制环氧二烷，乙苯脱H2制苯,轻 油蒸汽裂解制乙烯；石化产品：橡胶，纤维， 树脂中均大量用固定床催化反应器。 主要问题是散热方案：催化剂床层导热差
dp 6
由左＝右可得：
f'
150
De
8.314 167.48

固定床反应器-2022年学习资料

固定床反应器-2022年学习资料

二、床层空隙率-单位体积床层中，颗粒之间的空隙所占的体积分率。-Pp-球形：1光滑，均一尺寸，2光滑，-式 -非均一尺寸，3粘土-可柱形：光滑，均-尺寸：刚玉；--e-PB一床层堆积密度；-均一尺时64英寸陶质拉西 。-不规则形：？熔融磁铁，8熔避利玉-0.5-e3-0.7-9铝砂-0.25-P。—一颗粒视密度。-.0意：颗粒视密度与真-0.6-2.0-10.75-密度之间的区别。-3.0-1.5-4.0-曾--6.0-讨 ：-8.0-1床层空隙率与颗粒-02503-形状和尺寸的关系。-0.20.3-粒径/管径dp/d）.-2壁 应及流体均布。-图6-9填充床的空隙率-ppt课件
表6-1非球形颗粒的形状系数-物-料-9-找-按形填料-0.3-砂-0.75-拉西环-斧种形找，平-尖角状 0.65-烟（边）尘-球状-0.89-硬形-尖片状-0,43-聚集状-0.55-圆形-0.83-天然煤东至10毫米-有角状-0.73-破碎煤粉-碎求瑞屏-0,65-3混合粒子的平均直径-da-式中，x是直径为d 子在全部粒子中所占的质量分数，可采用-标准筛进行筛分分析得到。标准筛的规格见表6-2。-ppt课件
二、固定床反应器的种类-1绝热式反应器-矿渣棉-原料气-产物-瓷环-H-测温口-化剂-XXXXX7-XMX X-冷藏气-e-间接换热式-冷激式-图6-1绝热床反应器-图63多段绝热床反应器-ppt课件
2对外换热式反应器-蒸汽-原料气-补充水-催化剂-葺-产物-加压水-a-b-c-图6-4对外换热式反应器点：单位床层体积具有的传热面积大，传热性能良好；-反应器放大设计可靠性高。-ppt课件
第六章固定床反应器-ppt课件-1
重要过程：-6.1概述-·丙烯氧化制丙烯酸-·乙块HCI制氣乙烯-·乙烯环氧化制环氧乙烷-流体通过固定的固 物料所形成的床层。-·烃类加氢-固定床反应器的特点-·乙苯脱氢制苯乙烯-·煤气化-●-结构简单-高空速-很 催化剂损耗-Fluid gas or liquid-很小气固返混-Granules-较长的扩散时间及距离床层压降-Inert beads-Monolith-Catalyst-床内取热供热困难-催化剂取出更新困难 Multi-lobe-催化剂颗粒大，效率低-Foam-ppt课件-.2

化学反应工程：固定床反应器

化学反应工程：固定床反应器

B
式中，RH —— 水力半径。
6.2.2 床层压降 床层压降是固定床反应器设计的重要参数，要求床层压 降不超过床内压力的15%。 床层压降的计算 （1）
p d S 2 u L m
3 B 150 1 R 1.75 B eM
h0可由经验公式计算
（6-31）
h0 d p
d p e 2 (b) [a1 ] dt y
（6-32） （适用范围：y > 0.2）
式中， y —— 无量纲数
4e L 4(d p / dt )(L / dt )(e / ) y 2 Gcp dt Pr Rep
b —— 无量纲数
（6-44）
其中
Re G /(Se )
6.3 拟均相一维模型
概述
一、拟均相模型 忽略床层中催化剂颗粒与流体之间温度与浓度差别，将气相反应 物与催化剂看成均匀连续的均相物系。 （1）一维拟均相模型 只考虑沿气体流动方向的温度和浓度变化。根据流动形式还可分 为平推流一维模型和轴向分散一维模型。 （2）二维拟均相模型 同时考虑轴向和径向的温度和浓度分布。 二、非均相模型 考虑颗粒与流体之间的温度差和浓度差。 一般来说，模型考虑得越全面，对过程模拟越精确，但计算工作 量也越大，甚至无法求解。因此，在工程计算允许的误差范围内应尽 可能选用简单模型。
流体与颗粒间传热温差的计算 热量平衡
H ArA hp am (tG tS ) hp amt
式中，am Se / B —— 单位重量催化剂的外表面积； —— 床层比表面积Se的校正系数。
球形： 1 圆柱形： 0.9 片状： 0.81 无定形： 0.9 ； ； ；

固定床反应器.ppt1

固定床反应器.ppt1

优点
1.化学反应速率较快、在完成同样的生产能力时 所需的催化剂和反应器体积较小。 2.可以严格控制停留时间，调节温度的分布。 3.催化剂可连续使用。 4.可在高温、高压条件下操作。
存在的不足
1.催化剂载体导热性不良，床层中的传热性 能较差。可能出现“飞温”。 2.如果使用的催化剂较小颗粒，会造成流体 阻力增大，破坏正常操作，使得催化剂的 活性内表面得不到充分利用。 3.催化剂的再生、更换不方便。
多段绝热式固定床反应器
﹙a﹚ 中间换 热式
﹙b﹚中间 换热式
﹙c﹚中间 换热式
﹙d﹚冷激式
﹙e﹚ 冷激式
以各种载热体为介质的对外换热式 反应器多为列管是结构如下图所示 类似于列管式换热器
列管式固定床反应器中，合理选择载热体及其温度的控制是保 持反应稳定进行的关键。载热体的温度与反应温度的温差宜小 ，但必须移走反应过程中释放出的大量热量。这就要求有较大 的传热面积和传热系数。
二、固定床反应器的类型与结构 为适应不同的传热要求和传热方式，已 出现多种固定床反应器结构形式。主 要分为绝热式和换热式两类。 绝热式固定床反应器又可以分为单段式 和多段式。 换热式固定床反应器按换热介质不同可 分为对外换热式和自然式。 按照反应气体在催化床中的流动方向， 按照反应气体在催化床中的流动方向， 固定床反应器可分为轴向绝热式 轴向绝热式和 固定床反应器可分为轴向绝热式和径向 绝热式。 绝热式。
载热体的选择 240 ℃以下 250-300 ℃ 300-500 ℃ 600 ℃以上 加压热水 导热油 熔盐 烟道气
何谓热点？ 一般沿轴 向温度分 布都有一 最高温度 ，称为“ 热点”。 在热点以前放热速率大于移热速率，则床层温度升高，热点过 后恰恰相反，故床层温度逐渐降低。控制热点温度是使反应顺 利进行的关键。热点温度过高，使反应选择性降低催化剂变劣 甚至使反应失去稳定性而产生“飞温”。

固定床反应器ppt课件

固定床反应器ppt课件

① 颗粒与流体主体之间的传热系数 hp 〔给热系数〕
从催化剂外外表向流体主体之间传热速率方程：
qh 传p热am 速率(tskcalt/G kg)cat.h；
q 单位质量催化剂床层的外外表积 m2/kgcat；
a m 是外外表积校正系数，催化剂点接触，线接触，
面接
触引起面积减少修正项(球形颗 粒 =1；圆柱形
化 剂
理反响温度。换热安装的设
置有多种方式，根据详细反
响选择。如CO与H2合成反响
器。
产物
• 外热式固定床反响器
这类反响器用的最为普遍， 大多数是列管式。 通常管内
装 催化剂，壳程走传热介质。
优点 是传热效果好，床层温度易
控 制，管径普通不大(25-
50mm)， 气体流动类似于平推流，反
Q
(HA )(rA )
amCpG
称为传热数
通是均p传r 很热小C数p，Q催、化Pr剂、对外气R外e相的表：函P与r数气=，流0见.6主~P体11.06的7；温关液度联相可图：看P6r-作1=2为2。~近实40似践0相上等，。普
t
t
② 固定床的有效导热系数 e
研讨固定床的有效导热系数，实践上就是把整个床层看作一个整
床 层 空 隙 率 B
dsB
润 湿 总 面 积 床 层 总 体 积
床 层 比 表 面 积 Se
6(1B)
S 为单位体积催化剂床层所具有的外外表积:
e
Se (1B)a vpp 6(1B)/ds
(6-9)
4 d sB
d e 4 R H 6 (1 B )
d ssd v
2B 3 (1 B )
床层与器壁间的给热系数hw及h0

固定床反应器介绍资料ppt课件

固定床反应器介绍资料ppt课件
分为气-固相催化反应器和液-固相催化反应器 两种。
其中以气态反应物料通过由固体催化剂所构成 的床层进行化学反应的气-固相催化反应器在化工 生产中应用最为广泛。
固定床反应器的原理
固定床反应器的结构形式
管式固定床反应器 径向固定床反应器 单段绝热式 多段绝热式 对外换热式 对外换热式结构 固定床反应器的实物
加氢反应器结构示意图
催化剂评价装置
固定床反应器实物
结
束
谢谢！
易磨损，可在高温高压下操作等。
主要缺点 流体流速不能太快，传热性能差，温度分布不易
控制均匀. 在放热反应中，换热式反应器轴向位置存在“热
点”，易造成“飞温”； 不能使用细颗粒的催化剂，且催化剂的再生和更
换不便。
固定床反应器的工作原理
凡是流体通过静态固体颗粒形成的床层而进行 化学反应的设备都称作固定床反应器。
固定床反应器
一、固定பைடு நூலகம்反应器的工业背景 二、固定床反应器的工作原理
1、固定床反应器的工作原理 2、固定床反应器的原理动画
三、固定床反应器的结构形式 四、固定床反应器的工艺仿真说明
1、固定床反应器的DCS图 2、固定床反应器的现场图
固定床反应器的工业背景
反应器是化工生产中的关键设备，是人们通过一定 的手段抑制副反应、提高转化率、提高生产能力的化学 反应设备。
在反应器内不仅有化学变化过程，还有传质和穿热 过程。
按反应物系聚集状态可分为均相和非均相反应器； 按换热方式分类有绝热式、对外换热式和自热式； 以反应器的结构形式又可分为釜式、管式、塔式、 固定床和流化床等反应器。
气-固相催化反应器的特点
主要优点 床内流体呈理想置换流动，流体停留时间可严格

反应器设计原理-第四章 固定床反应器-PPT

反应器设计原理-第四章 固定床反应器-PPT

按水力半径的定义：
RH 流道有效截面积 床层的空隙体积 流道润湿周边长 总的润湿面积 Se
(4-11)
因此，床层的当量直径
d e 4 RH 4 2 ds Se 3 1

2 ( ) sd p 3 1
(4-12)
4.2.2
固定床的流动特性
JD
k c D G
2/3
k P G G D M
2/3
(4-25)
Sh
kc d p D
(4-26)
Sc
D
d P u
(4-27)
Re

(4-28)
传质系数的关联式很多，选择几个比较广泛使用的公式供参考。 对气体：Sc = 0.5～3
根据热量衡算，传热速率应等于反应的放热(或吸热)速率，即
ha (Ts Tb ) (H ) (rA )
(4-35)
颗粒表面与气流主体间传热问题的关键是决定给热系数。有
关给热系数可用传热j因子JH表达式计算。即
1、流动特性
2、气体的分布 4.2.3 固定床反应器的床层压力降
流体在空圆管中作等温流动时，当流体密度的变化可以忽略不计时，
2 L0 f u 0 P P0 PL 4 f dt 2
(4-13)
当4-13式用于计算固定床层的压力降时，u0应为流体在床层孔道中的 真正平均流速u，而 u u 0 ，dt应为当量直径de，而 合并在修正摩擦系数fM中，经处理，可得到：
(4-23)
Pe a
d P u d P u D Dea ea
Re Sc
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固定床反应器类型
固定床反应器类型
• 列管式固定床反应器具有良好的传热性能，单位 床层体积具有较大的传热面积，可用于热效应中 等或稍大的反应过程。反应器由成千上万根“单 管”组成。一根单管的反应性能可以代表整个反 应器的反应效果，因而放大设计较有把握，在实 际生产中应用比较广泛。
列管式 固定床 反应器
4.烟道气：适用于600～700℃的高温反应。
五、固定床的传递特性
• 气体在催化剂颗粒 之间的孔隙中流动， 较在管内流动更容 易达到湍流。
• 气体自上而下流过 床层。
固定床的传递特性
1、颗粒尺寸
• 颗粒尺寸是颗粒体系的重要参数，常用粒径来表示。球形粒子的粒径是其直 径，其他形状的粒子粒径则需定义。
固定床反应器形式多种多样，按床层与外界的传 热方式分类，可有以下几类： 绝热式固定床反应）器， 多段绝热式固定床反应器， 列管式固定床反应器， 自热式反应器。
固定床反应器类型
1.绝热式固定床反应器
反应器外壳包裹绝热保温层，使催化剂床层与外界没有热量交换。中空 圆筒的底部 放置搁板，上面堆放固体催化剂。气体从上而下通过催化剂床层。
固定床反应器
一、固定床反应器定义
1. 定义：凡是流体通过不动的固体物料所形成的 床层而进行反应的装置。固体催化剂颗粒堆积 起来所形成的固定床层静止不动，气体反应物 自上而下流过床层，进行反应的装置称作固定 床反应器。
固定床反应器
热载体：水、高压水：100~300℃
导生油：200~350℃ 熔盐：300~500℃ 烟道气：600~700℃
结构简单，床层横截面温度均匀。单位体积内催化剂量大，即生产能力 大。但只适用于热效应不大的反应。
固定床反应器类型
原料气
催化剂
绝热式 固定床 反应器
பைடு நூலகம்
产物
固定床反应器类型
1、绝热式固定床反应器可分为轴向反应器和径向反应器。 (1)轴向绝热式固定床反应器 如图(a)所示。这种反应器结构最简单，实际上是一个容
固定床反应器类型
列管式反应器优点： • 传热较好，管内温度较易控制； • 返混小、选择性较高； • 只要增加管数，便可有把握地进行放大； • 对于极强的放热反应，还可用同样粒度的惰性
物料来稀释催化剂 • 适用: 原料成本高，副产物价值低以及分离不是
十分容易的情况。
固定床反应器类型
催化剂
原料
蒸汽 调节阀
• 颗粒的定型尺寸－－最能代表颗粒性质的尺寸为颗粒的当量直径。对于非球 形颗粒，可将其折合成具有相同的体积（或外表面积、比表面积）的球形颗 粒，以当量直径表示。如体积、外表面积、比表面积当量直径。
固定床的传递特性
• 2、 床层空隙率
• 单位体积床层内的空隙体积(没有被催化剂 占据的体积，不含催化剂颗粒内的体积)。
器，催化剂均匀堆置于床内，预热到一定温度的反应物料 自上而下流过床层进行反应，床层同外界无热交换
固定床反应器类型
(2)径向绝热式固定床反应器 如图 (b) 所示。径向反应器的结构较轴向反应器复杂，
催化剂装载于两个同心圆构成的环隙中，流体沿径向流过 床层，可采用离心流动或向心流动。 径向反应器的优点是流体流过的距离较短，流道截面积较 大，床层阻力降较小。
固定床的传递特性
B
空隙体积 床层体积
1
颗粒体积 床层体积
1 VP VB
1
B P
B－床层堆积密度，
－颗粒密度
P
• 若不考虑壁效应，装填有均匀颗粒的床层， 其空隙率与颗粒大小无关。
固定床的传递特性
• 床层空隙率是一个重要的参数，影响因素是颗粒 形状及大小、粒度分布、颗粒与床层直径比和颗 粒的装填方式。
• 壁效应 • 床层空隙率沿床层 • 径向分布不同，离 • 壁面约一个粒子直 • 径处的床层空隙率 • 最大。
补充水
产物
固定床反应器类型
4、自热式反应器
采用反应放出的热量来预热新鲜的进料，达到热量自给和 平衡，其设备紧凑，可用于高压反应体系。
但其结构较复杂，操作弹性较小，启动反应时常用电加热。
四、传热介质
• 传热介质的选用根据反应的温度范围决定，其温度与催化床的温差宜 小，但又必须移走大量的热，常用的传热介质有：
特点：换热效果好、床温均匀，但结构较复杂。
应用：热效应大、温度要求均匀控制的场合
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
二、固定床反应器的优缺点
：
1、催化剂不易磨损。 2、传热较差。 3、固定床层内的气相流动接近平推流，有利于实现较高的转化
率与选择性；
4、可用较少量的催化剂和较小的反应器容积获得较大的生产能
1.沸腾水：温度范围100~300℃。使用时需注意水质处理，脱除水中溶解 的氧。
2.联苯醚、烷基萘为主的石油馏分：粘度低，无腐蚀，无相变，温度范 围200~ 350℃
传热介质
3.熔盐：温度范围300℃～400℃，由无机熔 盐KNO3、NaNO3、NaNO2按一定比例组成， 在一定温度时呈熔融液体，挥发性很小。 但高温下渗透性强，有较强的氧化性。
固定床反应器类型
固定床反应器类型
3.列管式固定床反应器
热效应较大，不宜采用绝热式反应器，可采用换热式固定床反应器。 此设备如同列管式换热器，又称为列管式固定床反应器。
如图(d)所示，反应器由多根反应管并联构成，管径一般为25 ~30㎜， 管数可达万根以上。管内装催化剂，传热介质流经管间进行加热或冷 却。
力；
5、结构简单、催化剂机械磨损小，适合于贵金属催化剂；
6、反应器的操作方便、操作弹性较大。
固定床反应器的优缺点
相对于流化床反应器，固定床反应器缺点 ：
• 催化剂颗粒较大，有效系数较低； • 催化剂床层的传热系数较小，容易产生局部过热； • 催化剂颗粒的更换费事，不适于容易失活的催化剂。
三、固定床反应器类型
固定床反应器类型
（a）
（b）
固 定 床 反 应 器 类 型
固定床反应器类型
2.多段绝热式固定床反应器
热效应大，常把催化剂床层分成几段(层)，段间采用间接冷却或原料 气（或惰性组分）冷激，以控制反应温度在一定的范围内 。
图 (c) 是用于 SO2 转化的多段绝热反应器，段间引入冷空气进行冷激。 对于这类可逆放热反应过程，通过段间换热形成先高后低的温度变化， 提高转化率和反应速率。