化学反应工程 第五章 气-固相催化反应工程.ppt

化学反应工程_第五章__气-固相催化反应工程第五章
固定床气-固相催化反应工程
目录
第一节固定床气-固相催化反应工程
第二节固定床流体力学
第三节固定床热量与质量传递过程
第四节绝热式固定床催化反应器
第五节连续换热内冷自热式催化反应器
第六节连续换热外冷及外热管式催化反应器
第七节薄床层催化反应器
第一节固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型
一、固定床气-固相催化反应器的基本类型
1、定义:气体通过由静止的催化剂颗粒构成的床层而进行反应的装置。
2、应用:炼油工业:裂解、重整、异构化、加氢精制
无机化工:合成氨、硫酸生产
有机化工:乙烯氧化制环氧乙烷、***乙烯的合成
乙烯水合成制乙醇。
优点:①当床层不是太薄(L/dp>100),流速不是太低(Re>10),流体的轴向流动可视为活塞流,因此具有PFR的特点,cA , rA , xAf
②由于床层中的颗粒是静止不动的,于是cat不易磨损,这样降低cat消耗,降低了成本,提高了经济效益,尤其是对比较贵重的金属cat,更是如此。
③适应性强,生产规模可大可小,操作灵活(可调),可在高压、高温下操作。
3、优缺点
缺点:
①最大的缺点是床层的传热性能差。
原因:
a. 床层中装有固定不动的cat,影响流体的径向流动
b. 由于受Δp 的限制,u ,传热速率
c. cat颗粒多是导热性差的物质,如活性炭,硅藻土等。
②为使Δp , dp=2-6mm, dp , ε
③ cat的装卸和再生困难。
3、优缺点
气-固相催化反应器
固定床
反应器
流化床
反应器
绝热式
换热式
内冷式
外冷(热)
多段绝热
单段绝热
4、反应器分类
按换热方式的不同可分为: 绝热式、换热式
1)绝热式
单段:由反应物到产物一次完成。图5-1
适用于热效应小,单程转化率低,s 对T 不敏感的反应。
多段:反应换热反应换热......
即由反应物到产物多次完成。图5-2
它可分为
间接换热式
直接换热式(冷激式)
原料气冷激
非原料气冷激
4、反应器分类
平衡温度线
最佳温度线
x
T
单段绝热式
多段固定床绝热反应器
(a)间接换热式
平衡温度线
最佳温度线
x
T
Ⅰ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ
原料
产品
(b)原料气冷激式
平衡温度线
最佳温度线
x
T
Ⅰ
Ⅳ
Ⅱ
产品
原料
Ⅳ
Ⅱ
产品
原料
Ⅰ
Ⅲ
多段固定床绝热反应器