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简介
这是气固相反应器ppt，包括了气固相催化反应器的基本类型和结构，固定床反应器，流化床反应器等内容，欢迎点击下载。
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4、气固相催化反应器 packed bed catalytic reactor 4、气固相催化反应器 4.1 气固相催化反应器的基本类型和结构 固定床反应器的类型与结构 流化床反应器的类型与结构 气固相催化反应器的特点 4.2 固定床反应器 固定床反应器内的流体流动 固定床反应器内的传质与传热 固定床反应器的日常运行与操作 4.3 流化床反应器 流化床反应器内的流体流动 流化床反应器内的传质与传热 流化床反应器的日常运行与操作 4.1 气固相催化反应器的基本类型和结构 一、固定床反应器的类型与结构 （一）绝热式固定床反应器 1、单段绝热式 一、固定床反应器的类型与结构 特点：结构简单，反应器生产能力大，但反应过程中温度变化较大。 适用： 反应热效应不大，反应过程允许 温度有较宽变动范围的反应过程； 热效应较大的反应只要对反应温度不很敏感或是反应速率非常快的过程，有时也使用这种类型的反应器。 一、固定床反应器的类型与结构 一、固定床反应器的类型与结构 一、固定床反应器的类型与结构 一、固定床反应器的类型与结构 特点及适用： 多段绝热式弥补了单段绝热式的不足； 冷激式反应器结构简单，便于装卸催化剂，内无冷管，避免由于少数冷管损坏而影响操作，特别适用于大型催化反应器。 一、固定床反应器的类型与结构 一、固定床反应器的类型与结构 管径：一般为25～50mm的管子，但不小于25mm。 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。 传热所用的热载体： 沸水可以用于100℃～300℃的温度范围。 联苯与联苯醚的混合物以及以烷基萘为主的石油馏分能用于200～350℃的范围。 无机熔盐(硝酸钾，硝酸钠及亚硝酸钠的混合物)可用于300～400℃的情况。 对于600～700℃左右的高温反应，只能用烟道气作为热载体。 一、固定床反应器的类型与结构 一、固定床反应器的类型与结构 一、固定床反应器的类型与结构 一、固定床反应器的类型与结构 （三）径向固定床反应器 二、流化床反应器的类型与结构 （一）流化床反应器的分类 （一）流化床反应器的分类 （二）流化床反应器的结构 1、流化床反应器主体 锥底 浓相段 稀相段 扩大段 2、气体分布装置 3、内部构件 档板和档网 4、换热装置 5、气固回收装置 三、气固相催化反应器的特点 （一）固定床反应器的特点 三、气固相催化反应器的特点 （二）流化床反应器的特点 复习 固定床反应器 绝热式 单段绝热式 多段绝热式 换热式 对外式 自热式 径向反应器 流化床反应器 类型 单器和双器 自由床和限制床 结构 主体 气体分布装置 内部构件 换热装置 气固分离装置 思考 下列反应特征的选固定床还是 流化床反应器？ 反应热效应很大 反应对返混敏感 反应需要温度分布 催化剂强度差 4.2 固定床反应器 fixed bed reactor 在固定床中进行催化反应，流体必须进行流动；催化反应的同时还会进行传质、传热过程；二者互相影响。 流体流动、传质、传热过程会影响床层中的浓度、温度分布，最终将影响反应过程，因此必须了解这些过程。 4.2.1 固定床反应器内的流体流动 一、空隙率 二、流体在固定床中的流动特性 三、流体流过固定床层的压力降 4.2.2 固定床反应器内的传质与传热 一、固定床中的传质 二、固定床中的传热 4.2.1 固定床反应器内的流体流动 一、空隙率 固定床内流体是通过催化剂颗粒构成的床层而流动，了解催化剂床层的性质很必要。 空隙率是床层的重要特性之一，对流体通过床层的压力降、床层的有效导热系数等都有重大的影响。 一、空隙率 1、空隙率的含义 ε ：催化剂床层的空隙体积与催化剂床层总 体积之比。 2、影响空隙率的因素 3、壁效应 由于器壁的存在对ε分布造成的这种影响及由此造成对流体流动、传质和传热的影响，称为壁效应。 壁效应产生出床层径向截面上流速、温度及反应速率都不均匀，恶化了反应器的操作性能。 dt/dp越大，壁效应的影响越小，一般工程上认为当达8时，可不计壁效应。但是当dt/dp<8时，必须考虑壁效应的影响。 举例：管式催化床内直径一般为25-40mm，而催化剂颗粒直径一般为5-8mm，即管径与催化剂颗粒直径比相当小，此时壁效应对床层中径向空隙率分布和径向流速分布及催化反应性能的影响必须考虑。 二、流体在固定床中的流动特性 1、流动特性 二、流体在固定床中的流动特性 在床层径向，空隙率分布的不均匀造成了流速分布不均匀（不同于空管）。 流速的不均匀造成物料停留时间和传热情况不均匀性，最终影响反应结果。 二、流体在固定床中的流动特性 流体在流动过程中由于本身的湍流、对颗粒的撞击、绕行及孔道的缩小或扩大，使得流体不断分散和汇合。而这种混合扩散现象并非各向同性，从而造成径向、轴向混合同时存在。 2、固定床流体流动模型 流体流动由两部分合成： 一部分为流体以平均流速沿轴向作理想置换式流动； 另一部分为流体的径向和轴向的混和扩散 ，包括分子扩散（滞流时）和涡流扩散（湍流时）。根据不同的混合扩散程度，进行叠加。 三、 流体流过固定床层的压力降 1、压力降产生原因 （1）摩擦阻力：由于流体与颗粒表面之间的摩 擦产生。 （2）局部阻力：流体在孔道内的收缩、扩大 及再分布所引起的。 低流速时，摩擦阻力为主； 高流速及薄床层中流动时，以局部阻力为 主。 2、影响固定床压力降的因素 （1）属于流体的：气流速度★、流体的粘度、 密度等物理性质。 流体的物理性质是由操作工艺确定的； 降低气流速度，可以降低床层压降。 （2）属于床层的 床层的高度、床层空隙率和颗粒特性如形状、粒度等 （3）当 dt/dp 小于8时，壁效应对压降的影响不容忽视。 生产中由于流体的压头有限，一般固定床中的压降不宜超过床内压力的15%。 三、 流体流过固定床层的压力降 压力降过大对反应的影响： 影响生产能力； 影响床层中的浓度和温度分布； 增加动力消耗。 降低压降的方法：降低流速、增大空隙率、减小床层高度、增加催化剂颗粒直径等。 固定床反应器内的流体流动 小结： 1、关于空隙率 存在壁效应，床径与粒径之比大于8可忽略； 2、关于固定床中的流体流动 流动模型由两部分合成：沿轴向作理想置换式流动 径向和轴向的混和扩散 3、关于床层压降 压降产生原因：摩擦阻力和局部阻力； 影响压降因素：气体流速和空隙率的影响显著； 一般固定床中的压降不宜超过床内压力的15% 4.2.2 固定床反应器内的 传质与传热 一、 固定床中的传质 固定床反应器中的传质过程包括外扩散、内扩散和床层内的混合扩散。 一、 固定床中的传质 1、外扩散过程 固定床一般都在较高流速下操作，主流体与催化剂外表面之间的压差很小，因此，外扩散的影响可以忽略。 2、内扩散过程 催化剂微孔内的扩散对反应速率影响很大。反应物进入微孔后，边扩散边反应。扩散速率与反应速率的大小，进行如下方法判别。 （1）催化剂有效系数进行判别 当η≈1时，反应过程为动力学控制； 当η＜1时，反应过程为内扩散控制。 实际生产中采用的催化剂，其有效系数为0.01～1。可通过实验测定。 （2）内扩散对反应的影响 影响反应速率 影响复杂反应的选择性 举例：平行反应中，对于反应速率快、级数高的反应， 内扩散阻力的存在将降低其选择性。 连串反应以中间产物为目的产物时，深入到微孔中 去的扩散将增加中间产物进一步反应的机会而降低 其选择性。 （3）改善内扩散影响的措施 制造孔径较大的催化剂 改变催化剂工程结构 如：双孔结构的催化剂； 表面薄层催化剂 3、床层内的混合扩散 流体流经固定床时径向、轴向混合同时存在。 当反应器长度和催化剂粒径之比大于100时，轴向混合影响可忽略不计。 1、径向传热过程分析（以换热式反应器进行放热反应为例） 二、 固定床中的传热 简化处理： （1）催化剂颗粒等温 （2）忽略催化剂表面和流体间的温度差。 以床层的平均温度与管壁温差为推动力-----相应采用床层对壁给热系数进行计算。 若要了解床层径向温度分布，必须采用床层有效导热系数和表面壁膜给热系数相结合计算。 2、列管式固定床反应器的轴向温度分布（强放热反应） 二、 固定床中的传热 一般沿轴向温度分布都有一最高温度——热点。 热点以前，放热速率大于移热速率，出现轴向床层温度升高； 热点以后，恰恰相反，沿床层温度逐渐降低。 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。 二、 固定床中的传热 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。 固定床反应器内的传质与传热 小结： 传质过程包括 外扩散 内扩散 径向和轴向混合扩散 径向、轴向都存在浓度分布 径向传热过程包括 粒内传热 颗粒与流体的传热 床层与器壁的传热 径向、轴向都存在温度分布 思考题 4.3 流化床反应器 fluidized reactor 一、流化床层中流体的流动 1、 流态化的形成 一、流化床层中流体的流动 2、 散式流化和聚式流化 2、散式流化和聚式流化 颗粒与流体之间的密度差是散式流化和聚式流化之间的主要区别。一般认为液固流化为散式流化，而气固流化为聚式流化。 3、流化床的压降与流速 3、流化床的压降与流速 （2）实际流化床的压降与流速 3、流化床的压降与流速 （3）实际流化床与理想流化床差异的原因 4、流化床中常见的异常现象及处理方法 （1）沟流 4、流化床中常见的异常现象及处理方法 （2）大气泡 4、流化床中常见的异常现象及处理方法 （3）腾涌 4、流化床中常见的异常现象及处理方法 （4）观察压降变化判断流化质量 1、流化床中的气泡及其行为 1、流化床中的气泡及其行为 1、流化床中的气泡及其行为 2、流化床反应器的传质 2、流化床反应器的传质 复习题 1、CSTR、PFR的特点 2、N—CSTR的优点 3、图解法求N—CSTR 的步骤 4、CSTR、N—CSTR、PFR的有效体积的计算 5、何谓连续操作釜式反应器的热稳定性?符合什么条件的操作点为稳定操作点?结合图3-16分析说明五个操作点中哪个为最佳操作点。 6、半间歇操作有哪几种操作方式？分别适应于什么反应情况？ 7、化学反应过程优化的含义，化学反应过程的优化包括哪两种类型？ 8、对简单反应和复杂反应的优化目标分别是什么？ 9、nCSTR组合反应器的优化方案 10、自催化反应的含义、其反应速率有何规律？当自催化反应转化率要求较高时，反应器的优化方案？ 11、复杂反应的选择性比较 平行反应：会分析温度效应、浓度效应;为提高产物的选择性，如何选择反应器型式及相应的操作方式 连串反应：会分析温度、浓度要求及相应反应器型式的选择 12、气固相催化反应器有哪几类？各有什么特点？如何根据反应特点选择反应器？ 13、固定床反应器分为哪几种类型？各有何特点？如何根据化学反应热效应的情况选择不同型式的固定床反应器？ 14、影响床层空隙率的因素有哪些？如何影响？ 15、什么叫壁效应，工程上如何消除？ 16、流体在固定床反应器中的流动特性是什么？ 17、引起固定床床层压降的原因？有哪些因素影响压降？工程上对压降有何要求？如何降低床层压降？ 18、气固相传质过程有哪些？在什么情况下哪些传质过程可以忽略？ 19、如何判断内扩散过程？内扩散对反应有何影响？如何改善内扩散的影响？ 20、固定床径向温度分布的情况？径向传热过程的步骤？当仅要求计算传热面积时如何简化？ 21、固定床轴向温度分布情况？热点对反应有何影响？如何降低热点？ 22、随气速不同，流化床经历哪三个阶段？ 23、有哪两种流化态？如何判断？ 24、有哪些不正常流化现象？如何判断床层中出现了不正常流化现象？可采取哪些措施改善流化质量？ 25、流化床反应器中的传质和传热过程？
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