固相催化反应器课件

❖固定床反应器： 固体催化剂颗粒 堆积起来静止不 动，反应气体自 上而下流过床层；
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❖流化床反应器：
流化床
固体催化剂颗粒被
自下而上流动的气 体反应物夹带而处 于剧烈运动的状态。
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绝热式固定床反应器
① 结构简单 ② 高空速 ③ 很少催化剂损耗 ④ 很小气固返混 ⑤ 较长的扩散时间及距离 ⑥ 高床层压降 ⑦ 床内取热供热困难 ⑧ 催化剂取出更新困难
① 外扩散 ② 内扩散 ③ 吸附 ④ 表面反应 ⑤ 脱附 ⑥ 内扩散 ⑦ 外扩散
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外扩散、内扩散是物理过程； 吸附、脱附和表面反应则是化学过程，又称 为动力学过程或表面过程。 以上七个步骤是前后串联的。
外扩散 内扩散 吸附表面反应脱附 内扩散 外扩散 表面过程
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七个步骤中，速率特别慢的一步称为控制 步骤。该速率决定实际反应所达到的速率。 控制步骤是一个扩散过程，则称为扩散控 制，又称传质控制；控制步骤是吸附、表 面反应或脱附，则称为动力学控制。动力 学控制又可分为吸附控制、表面反应控制 和脱附控制。
第6章 非均相流固催化反应器
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6.1 概述
流固催化反应器是气相或/和液相反应物借助 于固相催化剂进行反应的设备，包括气-固、 气-液-固、液-固三类催化反应器。
气固相催化反应器可分两大类：固定床反应 器和流化床反应器。
由于这两类反应器中固体催化剂颗粒运动状 态不同，其反应性能也有显著差别。
本章主要叙述气-固相反应的概念、特征及反应器计算 2
③ 反应器操作弹性与容积生产能力较大。
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相对于流化床反应器，固定床反应器 缺点：
① 催化剂颗粒较大，有效系数较低； ② 催化剂床层传热系数较小，容易产生局
部过热； ③ 催化剂的更换费事，不适于容易失活的

气-固相催化反应器气-固相催化反应器是一种将气相物质通过固体催化剂进行反应的反应器。

与液相催化反应器不同，气-固相催化反应器更适用于高温、高压、高反应速率和可持续性反应的条件下。

本文将介绍气-固相催化反应器的原理、优点和应用等方面的知识。

气-固相催化反应器的基本原理是通过催化剂的催化作用促进气相物质之间的化学反应，使其转化为有用的化合物。

催化剂是气-固相催化反应器的核心组成部分，它可以吸附和分散气态分子，降低反应的激活能，提高反应的速率和选择性。

在气-固相催化反应器中，催化剂通常是硅质、氧化物、氧化铝等固体物质，具有高的比表面积和化学活性。

当气相物质通过催化剂时，发生的反应涉及化学吸附、生成化学键、反应活化等多个阶段。

相比于液相催化反应器，气-固相催化反应器具有以下优点：1. 良好的高温、高压应用性能。

气-固相催化反应器能够承受高温、高压等极端反应条件，使催化反应具有更高的速率和选择性。

2. 更低的反应废液排放量。

液相催化反应器中需要使用的溶剂和反应废液大量排放，而气-固相催化反应器中只需要使用气体，可以减少废液的产生和对环境的污染。

3. 更好的处理可行性。

气-固相催化反应器中不需要加热或搅拌等外部因素，加工操作更加简单容易，有利于大规模工业化生产。

气-固相催化反应器在工业中的应用非常广泛，其中包括以下几个方面：1. 石化行业。

气-固相催化反应器在石油加工装置中应用广泛，如催化裂化和脱硫等方面。

催化剂用于加速石油分子之间的反应，加工可提高石油的利用效率和降低环境污染。

2. 化学行业。

气-固相催化反应器在化学中也有广泛的应用，如生产氢气等燃料，化学合成等。

3. 食品饮料行业。

气-固相催化反应器被广泛地用于生产含有氢氧化钠、硝酸盐等催化剂的食品饮料加工过程中。

4. 环保领域。

气-固相催化反应器在工业废气治理中也有着广泛的应用。

通过利用催化剂降低废气中污染物的浓度，可以有效减缓环境污染。

总之，气-固相催化反应器由于其高效、环保等优点，在生产实践中得到了广泛的应用。

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
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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。

A第O15页+/B共723O页 3 → A B 2 O 4
2. 造膜反应
这类反应实际上也属于加成反应，但A、B常是单质元素。 若生成物C不溶于A、B中任一相，或能以任意比例固溶，则 产物中排列方式分别为:
A│C│B，A（B）│B及A│B（A）。 例如: Zn+O2→ZnO 伴随上述反应进行，系统自由焓减少，即气相中O2的化学位 μa与Zn-ZnO界面上平衡氧的化学位μi的差值是此反应的推动 力。当氧化膜增厚速度由扩散控制时，上述氧的化学位降低 将在氧化膜中完成，相关离子的浓度分布如图4所示。
产物层排列主要取决于反应物的扩散组元、产 物与反应物的固溶性等。对于三组分以上的多元系 统，则产物层的排列就更复杂。
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4. 转变反应
特点: （1）反应仅在一个固相内进行，反应物或生成物 不必参与迁移； （2）反应通常是吸热的，在转变点附近会出现比 热值异常增大。对于一级相变，熵变是不连续的； 对于二级相变则是连续的。 由此可见，传热对转变反应速度有着决定性影响。 石英的多晶转变反应是硅酸盐工业种最常见的实 例。
— d(cdtX)Kn(cX)n
积分并考虑到初始条件：t=0，x=0 得：
x dX
0 (cX)n
t
0 Knd
t
cn1(cX)n1 (n1)c(X)n1cn1 Knt
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或 n1 1 (c1 X)n 1c1 n 1 K nt 这里，n是反应级数。故给出除一级以外的任意级 数的这类反应的动力学积分式。
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讨论：
零级反应：n=0， X = K0t
二
级反
应
：n=
2
，1
cX
1 c