固定床反应器的数学模型..

水力半径
• 湿周---在总流的有效截面上，流体与固体壁面的接 触长度称为湿周，用字母L表示。
• 水力半径---总流的有效截面积A和湿周L之比。用字
母RH表示
RH = A / L
44
• 对于圆形截面的管道，其几何直径用水力半径表示 时可表示为
• A=(1/4)×πd2 • L=πd • 则 R=A/L=(1/4)×d → d = 4 R
当ReM>1000 湍流, 局部阻力损失为主, f≈1.75 , 略去第一项
结论： 对ΔP影响最大的是ε和u
49
Pf L
'(duSm 2 )(1B3B)
f ' 1501.75 ReM
一般床压不宜超过床内压力的15%，所以颗粒不 能太细，应做成圆球状。
50
➢ 压降的计算 ΔP=ΔP1+ ΔP2
= 15fu 0 OG L 0(1)21.75fuO 2 G L 0(1)
dS 2
3
dS
3
Pa
式中混合物的粘度
1
yi
fi M
2 i
f
1
yiM
2 i
kg/m.s
51
6.3 固定床中的传热
传热包括： 粒内传热，颗粒与流体间的传热，床层与器壁的传热
给热系数 αP 给热系数αW ,λer 总给热系数α t
当单纯作为换热装置时，以床层的平均温度tm与 管壁温差为推动力-----总给热系数αt
n
算术平均直径： d xWidi i1
调和平均直径：
1 n xWi
d
d i1 i
几何平均直径：
di
didi
30
6.2.3 床层空隙率及分布

固定床列管式反应器的设计◆乙烯法合成乙酸乙烯的原理 (2)一、催化剂 (2)1. 催化剂的组成 (2)2. 催化剂的制备 (2)3. 催化剂物性 (2)二、反应方程 (2)三、工艺条件的确定 (3)1、反应温度 (3)2、反应压力 (3)3、原料配比 (3)◆乙烯法合成乙酸乙烯反应器的设计计算 (4)一、设计选材 (4)二、设计数据和工作参数 (4)三、反应器进出物料组成 (4)四、基本物性数据 (5)1、相对分子质量 (5)2、密度 (5)3、黏度 (5)4、比热容 (6)五、反应器的数学模型 (6)1、床层对外的径向换热项 (6)2、动力学方程 (6)3、浓度分布方程 (7)4、温度分布方程 (7)5、数学模型方程参数 (7)6、数学模型计算及其结果 (8)六、反应管排布 (9)七、气体分布板设计 (9)1、气体分布板的形式 (9)2、分布板的压降 (9)3、板厚 (11)4、孔数和孔径的确定 (11)八、壳程换热 (12)1) 换热介质进出口结构 (12)2) 换热介质 (12)3) 折流板型式 (12)九、管口设计 (12)1、反应物进口 (12)2、产物出口 (13)3、换热介质进口 (13)4、换热介质出口 (13)十、预热器 (13)十一、封头 (13)十二、支座 (13)◆附录一 (14)◆参考文献 (16)◆乙烯法合成乙酸乙烯的原理一、催化剂[6]选用Bayer-I型催化剂1.催化剂的组成：●活性组分——钯、金：组分金的作用是防止活性组分钯产生氧化凝聚，使钯在载体上维持良好的分散状态。

●助催化剂——乙酸钾：乙酸钾的存在有助于反应组分乙酸在钯金属上缔合，促进物理吸附的乙酸的离解和释放氢离子，使钯－氧间的键结合力减弱，促使乙酸钯的分解；此外，还可抑制深度氧化反应，从而提高了反应的选择性。

●载体——硅胶：承载活性组分及助催化剂，使其在载体表面上呈高度分散状态。

2.催化剂的制备：●结构：μ；中间的第二层是一层黑Bayer-I型催化剂为球星颗粒，最外面的第一层是灰色的表皮层，厚度约为100mμ；最里面的第三层是载体硅胶，呈浅土黄色。

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。

n
dP xidi i 1
2、调和平均直径
1 n xi
dP d i1 i
在固定床和流化床的流体力学计算中，用调和平均直径较为符合实验数据。
三、空隙率（ε） 催化剂床层的空隙体积与催化剂床层总体积之比。
颗粒形状 颗粒装填方式 颗粒的粒度分布
颗粒表面的粗糙度
影响因素 越接近球形
越紧密 越不均匀
越光滑
为降低热点温度，减少轴向温差，工业上从工艺上采取措施，其思路是调 整放热速率或移热速率。
0302-6 固定床反应器的工艺计算
总结固定床反应器的工艺计算内容和计算方法 固定床反应器的工艺计算，一般包括催化剂用量、反应器床层高 度和直径、传热面积及床层压力降的计算等。
固定床反应器的工艺计算，主要有经验法和数学模型法。
务点及其要求
0302-1 固体催化剂基础知识 理解催化剂的作用、基本特征，固体催化剂的组成、性能及其表征 0302-2 气固相反应宏观过程 了解气固相反应特点，理解气固相反应宏观过程，了解气固相反应本征动力学及
宏观动力学的含义 0302-3 固定床反应器内的流体流动及压力降计算 理解气固相流体流动相关的特性参数，了解流体在固定床中流动的特性，会应用
项目03 乙苯脱氢反应器的设计与选型 任务0302 乙苯脱氢反应器工艺设计
任务引入：
中山石化原3万吨/年苯乙烯，采用绝热式固定床反应器，试根据以下条件： 主反应：
C6H5-C2H5→C6H5CH = CH2+Ｈ2 （△H=124KJ/mol） 副反应： C6H5-CH2CH3 →C6H6+C2H4 工艺条件：反应温度：550～650 ℃; 常压; 蒸汽 / 乙苯质量比：8：1; 催化 剂：沸石催化剂或EBZ-500 沸石催化剂; 年生产时间为8300小时，乙苯总转化 率达40%，选择性为96%，空速为4830h-1,催化剂堆积密度为1520Kg/m3，生产中 苯乙烯的损失可忽略. 确定（1）催化剂用量；（2）床层的压力降；（3）所需换热面积。

催化重整固定床反应器传递及反应过程的数值模拟催化重整固定床反应器的传递及反应过程的数值模拟可以通过以下步骤进行：
1. 建立反应器的数学模型：根据反应机理和物理性质，建立反应器的数学模型，包括传递过程和反应过程的方程。

传递过程方程通常包括质量传递、能量传递和动量传递方程，反应过程方程通常包括反应速率方程。

2. 离散化反应器：将反应器分为若干小段，分别进行离散化处理。

可以选择均匀离散或非均匀离散的方法，根据实际情况选取最合适的离散化方法。

3. 运用数值方法求解方程：根据离散化后的方程，运用数值方法（如有限差分法、有限体积法、有限元法等）求解方程组，得到各个离散段上的物理量分布。

4. 确定边界条件：根据反应器的实际情况，确定反应器的边界条件。

边界条件通常包括流体的入口温度、压力、物质浓度等。

5. 进行数值模拟和计算：根据离散化后的方程和边界条件，进行数值模拟和计算。

可以采用迭代方法，不断更新每个离散段上的物理量，直至达到收敛条件。

6. 分析和评估模拟结果：根据模拟结果，分析反应器的性能、效率等指标，评估反应器的优化方案和潜在问题。

需要注意的是，在进行数值模拟时，需要考虑反应器内部的催化剂颗粒的分布和反应速率方程的影响。

这可以通过引入催化剂颗粒床层的物理结构参数和反应速率方程来进行模拟。

同时，还需要考虑传递和反应过程之间的相互作用，以及其他因素（如温度、压力）对反应过程的影响。

解： ①求颗粒的平均直径。
0.60 0.25 0.15 3 dS 3.96mm 3.9610 m xi 3.40 4.60 6.90 d i 1
1
②计算修正雷诺数。
dSG 3.96103 6.2 Re m 1906 5 g 1 B 2.3 10 1 0.44
2、径向传质 对于实际反应器，由于存在径向温度分布和径向流速 分布，因而径向必然存在浓度分布和扩散。 同时，流体撞击固体颗粒时，将产生再分散，改变 流体流向，从而造成返混。
Per d p um / Er
Er值应在5~13之间，在不同Re下近于常数。 在多数反应器内，流体处于充分湍流状态，Per=10。
主要固定床催化反应过程
基本化学工业
烃类水蒸气转化 一氧化碳变换 一氧化碳甲烷化 氨合成 二氧化硫氧化 甲醇合成
石油化学工业
催化重整 二氯化烷 丁二烯 苯酐 苯乙烯 异构化 醋酸乙烯酯 顺酐 环已烷 加氢脱烷基
气固相催化反应固定床反应器




[学习目的] 掌握一维拟均相理想流动模型及其应用； 了解流体在固定床内的传递特性、固定床催化 反应器的特点、一维拟均相非理想流模型等其 它模型。 [重点与难点] 流体在固定床内的传递特性； 采用一维拟均相理想流动模型对反应器进行设 计。
工业应用： 石油的连续催化重整、二甲苯异构化、连续法离子交换水处理
优点： A、固体物料可以连续进出反应器，而且可以在 较大范围内独立改变固体和流体的停留时间， 对固体物料性状以中等速度变化的反应过程也 能适用； B、固体和流体的运动均接近活塞流，返混较小， 对固相加工过程，固相转化率比较均匀，对气 相加工过程，则可达到较高的单位体积生产能力。

比表面当量直径流道的润湿周边流道的有效截面积流体在固定床中的流动的复杂性在床层径向流速分布不均匀滞流过渡流湍流同时存在径向轴向返混同时存在
固定床反应器内的流体流动
催化剂的物理性状
比表面积 指每克催化剂的表面积，记为，单位为m2/g。 空隙率 指催化剂床层的空隙体积与催化剂床层总体积之比，用ε表示。 表观密度 又称假密度或颗粒密度，即包括催化剂颗粒中的孔隙容积时，该颗 粒的密度，记为，单位为g/cm3。 堆积密度 又称填充密度，是对催化反应床层而言。即当催化剂自由地填入反 应器中时，包括床层中的自由空间，每单位体积反应器中催化剂的质量。记 为，单位可用g/cm3、g/l或kg/m3表示。
AP VP
=
π d S2 π 3
6 dS
6VP dS = AP
形状系数：用体积相同的球形颗粒的外表面积比上非球形颗粒的外表面积。
AS ϕS ≡ ≤1 AP
三种直径的关系：
ϕ S dV= ϕ S 1.5 d a dS=
平均直径
算术平均直径：
d = ∑ xWi d i
i =1
n
n
调和平均直径：
1 = d
流体通过固定床的压力降
压降产生原因： 摩擦阻力ΔP1：由于流体颗粒表面之间的摩擦产生。 局部阻力ΔP2：流体在孔道内的收缩、扩大及再分布所引起的。
压降的计算 ∆P=∆P1+ ∆P2
2 µ f uOG L0 (1 − ε ) 2 ρ f uOG L0 (1 − ε ) = 150 ⋅ + 1.75 ⋅ 2 3 dS dS ε ε3
Pa
式中混合物的粘度 µ
f
∑ y i µ fi M = 1 ∑ y i M i2
1 2 i

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。

上式可整理成
trhAp aH mAQ(Pr)2/3/JH
其中，传热数
Q rAHA
amcpG
普朗特数 Pr cP/
图6-12是上式的关联图，查图可求 得不同条件下的Δt。
图6-12 固定床中流体与颗粒外表面的温热参数，一般是指 λer 。 λe值与颗粒与流体之间对流传热，颗粒及流体本身的 导热，床层的辐射传热等多种传热作用有关。它不是物性参 数，而是流体和固体颗粒特性以及流动状态的函数。
关。按一维拟均相处理，设计方法与PFR相似。
对右图固定床反应器取一微元段进行物料衡算
设计方程
(rA)dW FA0dA x
WdWWxAf dxA
0 FA0 FA0 xA0 (rA)
床层高度
L W S B
一般来说，固定床反应器换热比较困难，很难做到等温操作，
此法仅用于对反应器进行估算。
6.3.2 单层绝热式固定床反应器 定常态操作时，与流动方向垂直的截面上温度、浓度均匀一致，且
二、固定床反应器的种类 （1）绝热式反应器
图6-1 绝热床反应器
间接换热式 图6-3 多段绝热床反应器
冷激式
（2）对外换热式反应器
图6-4 对外换热式反应器
特点：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。
传热介质选用原则：
保证催化剂床层与传热介质之间有适宜的温差。
常用传热介质的温度范围
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。
6.3.1 等温反应器的计算 床层温度均匀一致，反应速率常数为常数，反应速度仅与浓度有

非理想流动及反应器1.停留时间分布的密度函数在t ＜0时，E （t ）=_______。

（0）2.停留时间分布的密度函数在t ≥0时，E （t ）_______。

（＞0）3.当t=0时，停留时间分布函数F （t ）=_______。

（0）4.当t=∞时，停留时间分布函数F （t ）=_______。

（1）5.停留时间分布的密度函数E （θ）=_______E （t ）。

（t ）6.表示停留时间分布的分散程度的量=2θσ_______2tσ。

（21t）7.反应器物料的停留时间的分布曲线是通过物理示踪法来测定的，根据示踪剂的输入方式不同分为_______、_______、_______、_______。

（脉冲法、阶跃法、周期示踪法、随机输入示踪法）8.平推流管式反应器t t =时，E （t ）=_______。

（∞） 9.平推流管式反应器t t ≠时，E （t ）=_______。

（0） 10.平推流管式反应器t t ≥时，F （t ）=_______。

（1） 11.平推流管式反应器t ＜t 时，F （t ）=_______。

（0） 12.平推流管式反应器其E （θ）曲线的方差=2θσ_______。

（0）13.平推流管式反应器其E （t ）曲线的方差=2t σ_______。

（0）14.全混流反应器t=0时E （t ）=_______。

（tt et -1）15.全混流反应器其E （θ）曲线的方差=2θσ_______。

（1）16.全混流反应器其E （t ）曲线的方差=2t σ_______。

（2t ）17.偏离全混流、平推流这两种理想流动的非理想流动，E （θ）曲线的方差2θσ为_______。

（0～1）22.脉冲示踪法测定停留时间分布0C CA对应曲线为_______。

（E （t ）曲线）23.阶跃示踪法测定停留时间分布0C CA对应曲线为_______。

（F(t)曲线）24.非理想流动不一定是由_______造成的。

列管式固定床反应器的模拟与设计摘要：列管式固定床反应器是化工行业和石化行业中一种非常重要的反应器,对一些强放热反应优势明显。

传统的模拟和设计列管式反应器的方法是基于单管实验,假定工业反应器内各反应管的操作条件与单管实验条件相同,也就是说忽视了工业反应器内冷却条件和流动的不均匀性,这个假定会引起很大的误差。

邻二甲苯氧化制苯配是工业生产苯配的主要工艺,其工业生产主要在列管式固定床反应器内进行。

要设计合理的列管式反应器,最重要的就是确定壳程空间的最优解。

本文提出了一个关于壳程的二维小池模型,将壳程空间分成若干个二维小池,在所有小池内,冷却剂的流动只有平行于管束和垂直于管束两个分量。

关键词:列管式反应器,固定床,结构设计目录列管式固定床反应器的模拟与设计 (1)第1章前言 (3)第2章文献综述 (4)2.1苯配生产 (4)2.2列管式固定床反应器的结构 (5)2.3列管式固定床反应器的设计进展 (7)2.4反应器的分析方法 (18)2.5反应器结构的优化 (19)第3章列管式固定床反应器中邻二甲苯氧化反应的研究 (20)3.1邻二甲苯氧化制苯配工艺 (20)3.2一维拟均相模型求解管侧 (22)3.3二维拟均相模型求解管侧 (24)3.4操作参数对邻二甲苯氧化反应的影响 (26)3.5结果与讨论 (28)第6章全文总结 (29)参考文献 (31)第1章前言固定床催化反应器是化学工业和石油化学工业中应用多、用面广泛的反应设备,根据其换热方式可分为绝热和非绝热(列管式)两种。

对于反应热效应很大,收率对温度敏感而又要求高转化率和高选择性的反应,为维持适宜的温度,必须用换热介质来移走或供给热量,采用列管式固定床反应器是非常合适的。

如丙烯胺氧化制备丙烯睛、蔡或邻二甲苯氧化制备苯配、乙烯氧化制环氧乙烷、苯或正丁烷氧化制顺配、异丁烯氧化制备甲基丙烯酸等[1][5]。

如今,相当一部分气固相催化反应在列管式固定床反应器中进行,而该反应器的设计开发技术大都是从国外引进,国内的装置普遍存在温差较大的问题,主要是壳程冷却剂流动分布不均的问题。

固定床反应器的设计与分析固定床反应器是一种常见的化学反应装置，广泛应用于石油化工、化肥生产、煤制气等领域。

它以固体催化剂填充在反应器中，流动相经过催化床层进行反应。

固定床反应器的设计与分析是确保反应器安全高效运行的重要环节，下面将从反应器的选择、设计参数的确定以及反应器模型等方面进行详细介绍。

一、反应器的选择固定床反应器的选择首先要考虑反应物性质、反应条件和反应种类等因素，例如反应物的温度、压力、流速、浓度等。

此外，还需要考虑反应产物的性质和选择合适的催化剂。

根据反应物与催化剂的物理化学性质，选择最佳反应器类型。

二、设计参数的确定1.催化剂选择：根据反应种类和反应条件选择合适的催化剂。

催化剂应具有高活性、稳定性和选择性。

2. 催化床层厚度：催化床层厚度的选择应考虑反应物的传质和反应过程。

一般厚度在10-100mm之间。

3.反应器尺寸：根据所需的反应物流量和催化剂的体积大小，确定反应器的尺寸。

主要考虑的因素有反应物的通量和速度以及催化剂的床体积。

4.反应温度和压力：根据反应的热力学特征和催化剂的活性选择最适宜的反应温度和压力。

三、反应器模型固定床反应器的设计与分析通常需要建立数学模型来描述反应过程。

根据质量守恒、动量守恒和能量守恒原理，可以建立物质和能量的平衡方程。

其中，物质平衡方程描述气相和液相中物质的传递过程，动量平衡方程描述流体在反应器中的流动过程，能量平衡方程描述传热过程。

根据质量平衡方程可以得到反应速率方程，研究反应物在催化剂上的吸附和解离等过程。

同时，还可以通过基于浓度、温度和压力的热力学模型，计算反应的平衡常数和热力学参数。

四、反应器的分析1.反应速率：反应速率是反应器设计与分析的重要指标，可以通过实验或数值模拟方法确定。

反应速率受温度、压力、催化剂浓度和反应物浓度等多种因素的影响，需要通过实验或模拟来获得。

2.传质效果：传质过程是固定床反应器中反应物与催化剂之间物质传递的重要过程，影响反应的速率和选择性。

缺点：结构较复杂，设备费用高。 适用: 能适用于热效应大的反应。原料成本高，副 产物价值低以及分离不是十分容易的情况。
加压热水作载热体的反应装置
以加压热水作载热体的固定床反应装置示意图
1-列管上花板；2-反应列管；3-膨胀圈；4-汽水分离器；5-加压热水泵
用有机载热体带走反应热的反应装置：
反应器外设置载热体冷却器，利用载热体移出的反 应热副产中压蒸汽。 1-列管上花板； 2、3-折流板； 4-反应列管；
（1）列管式固定床反应器 这种反应器由多根管径通常为25~50㎜ 的反应管并联构成，但不小于25mm。管数可 能多达万根以上。管内装催化剂，催化剂粒 径应小于管径的8倍，通常固定床用的粒径 约为2～6mm，不小于1.5mm。载热体流经管 间进行加热或冷却。在管间装催化剂的很少
见。
列管式固定床反应器外冷列管式、外 部供热管式二种。
外部供热管式催化床
用于吸热反应，催化剂装 载在管内，管外用热载体，如 烟道气，温度可高达600～ 700℃左右。
列管式固定床反应器：外冷列管式
原料 催化剂
蒸汽 调节阀
补充水
产物
外部供热管式
列管式反应器优点
①传热面积大，传热效果好，易控制催化剂床层 温度，反应速率快，选择性高。 ② 返混小、选择性较高； ③ 只要增加管数，便可有把握地进行放大； ④ 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
（2）多段固定床绝热反应器
由多个绝热床组成，段间可以进行间接换热，或 直接引入气体反应物（或惰性组分）以控制反应器 内的轴向温度分布。对于可逆放热反应过程，可通 过段间换热形成先高后低的温度序列利于提高转化 率。 多段绝热催化床可以分为间接换热式和冷激式。

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。

固定床列管式反应器的设计◆乙烯法合成乙酸乙烯的原理 (2)一、催化剂 (2)1. 催化剂的组成 (2)2. 催化剂的制备 (2)3. 催化剂物性 (2)二、反应方程 (2)三、工艺条件的确定 (3)1、反应温度 (3)2、反应压力 (3)3、原料配比 (3)◆乙烯法合成乙酸乙烯反应器的设计计算 (4)一、设计选材 (4)二、设计数据和工作参数 (4)三、反应器进出物料组成 (4)四、基本物性数据 (5)1、相对分子质量 (5)2、密度 (5)3、黏度 (5)4、比热容 (6)五、反应器的数学模型 (6)1、床层对外的径向换热项 (6)2、动力学方程 (6)3、浓度分布方程 (7)4、温度分布方程 (7)5、数学模型方程参数 (7)6、数学模型计算及其结果 (8)六、反应管排布 (9)七、气体分布板设计 (9)1、气体分布板的形式 (9)2、分布板的压降 (9)3、板厚 (11)4、孔数和孔径的确定 (11)八、壳程换热 (12)1) 换热介质进出口结构 (12)2) 换热介质 (12)3) 折流板型式 (12)九、管口设计 (12)1、反应物进口 (12)2、产物出口 (13)3、换热介质进口 (13)4、换热介质出口 (13)十、预热器 (13)十一、封头 (13)十二、支座 (13)◆附录一 (14)◆参考文献 (16)◆乙烯法合成乙酸乙烯的原理一、催化剂[6]选用Bayer-I型催化剂1.催化剂的组成：●活性组分——钯、金：组分金的作用是防止活性组分钯产生氧化凝聚，使钯在载体上维持良好的分散状态。

●助催化剂——乙酸钾：乙酸钾的存在有助于反应组分乙酸在钯金属上缔合，促进物理吸附的乙酸的离解和释放氢离子，使钯－氧间的键结合力减弱，促使乙酸钯的分解；此外，还可抑制深度氧化反应，从而提高了反应的选择性。

●载体——硅胶：承载活性组分及助催化剂，使其在载体表面上呈高度分散状态。

2.催化剂的制备：●结构：μ；中间的第二层是一层黑Bayer-I型催化剂为球星颗粒，最外面的第一层是灰色的表皮层，厚度约为100mμ；最里面的第三层是载体硅胶，呈浅土黄色。

Ｊａｎ．２００８，Ｖｏｌｕｍｅ　２，Ｎｏ．１（Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．２）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＩＳＳＮ１９３４－７３７５，ＵＳＡ　具有新型换熟结棒的固定床反虑器的数挈模凝　李莉　．一，榜光育　，到晓莘２，王金福　（１．清荤大学化工系，北京１０００８４；２．内蒙古工案大学化工学院，内蒙古呼和浩特０１００６２）　

摘要：本文建立了凝均相二维模型模提具有新型换热结耩的固定床反虑器。利用Ｃｒａｎｋ．Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ　差分方法求解反愿器中的温度分布和漾度分布。以乙炔法氟相合成醋酸乙烯属贵例，模凝结果镫明了舆傅　统的固定床反虑器相比，新型结耩的反庶器能有效地提高换热能力。文章讨谕了空速、反愿氟入口温度和　反臆氟配比封反愿器的热黠温度和蒋化率的影窖。　网键匍：固定床反虑器；新型换热结耩；Ｃｒａｎｋ．Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ差分法；温度分布　

１．引　言　固定床反虑器是化工生廑的常用毅荫。因化擘　反虑遇程通常伴随着放熟，因此反虑器换熟系统的　能力是维持毅借正常操作的嗣键。傅统的工柴固定　床反虑器通常在装填催化剖颗粒的圆柱形管程中　造行化孥反虑，觳程通冷却介赞。在某些情况下，　因反虑熟不能被及畴移走，造成管程内的热黠温度　超遇正常的操作指檩，　而加刺了副反虑的骚生或　造成催化剖的烧毁，甚至可能醮成生麈安全事故。　因此提高固定床反虑器的换热能力，降低床居内的　熟黠温度是化工生廑的重要研究裸题。　本文封具有新型换熟结横的固定床反虑器造　行了研究。通遇敷值模掇定量地分析了床眉内的澳　度分布、温度分布，并舆傅统的固定床反虑器造行　封比。由于新型反虑器寅现了冷却介夤　内外雨侧　封催化剂床眉造行冷却，敷值模凝的结果　明了　新型结槽能够有效地降低熟黠温度。文章遐探讨了　操作参敷封反虑器的熟黠温度和耱化率的影窖。　

２．敷睾模型的建立和差分求解　２．１固定床反庶器敷睾模型的建立　

第六章 固定床反应器1.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都称作_______。

（固定床反应器）2.固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于_______，因此与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。

（平推流）3.固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于平推流，因此与返混式的反应器相比，可用_______的催化剂和_______的反应器容积来获得较大的生产能力。

（较少量、较小）4.目前描述固定床反应器的数学模型可分为_______和_______的两大类。

（拟均相、非均相）5.描述固定床反应器的拟均相模型忽略了粒子与流体之间_______与_______的差别。

（温度、浓度）6.描述固定床反应器的数学模型，忽略了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。

（拟均相模型）7.描述固定床反应器的数学模型，考虑了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。

（非均相模型）8.描述固定床反应器的拟均相模型，根据流动模式与温差的情况它又可分为平推流与有轴向返混的_______模型，和同时考虑径向混合和径向温差的_______模型。

（一维、二维）9.固定床中颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积P V 的球粒子直径，表达式V d =_______。

（3/1)/6(πP V ）10.固定床中颗粒的面积相当直径是以外表面P a 相同的球形粒子的直径，表达式a d =_______。

（π/P a ） 11.固定床中颗粒的比表面相当直径是以相同的比表面V S 的球形粒子直径来表示，表达式S d =_______。

（V S /6） 12.对于非球形粒子，其外表面积P a 必大于同体积球形粒子的外表面积S a ，故可定义颗粒的形状系数=S ϕ_______。

（P Sa a /） 13.颗粒的形状系数S ϕ对于球体而言，=S ϕ_______，对于其他形状的颗粒S ϕ_______。