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1、7-多相催化反應器的設計和分析固定床內的傳遞現(xiàn)象固定床反應器的數(shù)學模型絕熱式固定床反應器換熱式固定床反應器自熱式固定床反應器參數(shù)敏感性流化床反應器實驗室催化反應器7多相催化反應器的設計與分析Contents氣－固相催化反應器的基本類型r/dpε010405020300.20.40.60.81.06070拉西環(huán)dt/dp=13.4圓柱dt/dp=13.4r/dpε010405020300.20.40.60.81.06070鮑爾環(huán)dt/dp=6.7/13.4dt/dp=8.85dt/dp=13.6球固定床空隙率的徑向分布2.
2、小結：真實床層徑向空隙率分布不均勻，在距壁面約1～2倍粒徑處，空隙率最大。床層直徑與顆粒直徑之比越大，空隙率分布越均勻。由于空隙率分布不均勻。造成徑向流速分布不同于空管。為了消除壁效應，一般，管徑與粒徑之比應大于8。3.壓力降計算公式影響最大的因素：u0、?流動阻力顆粒的粘滯曳力局部阻力7.1.2、質量和熱量的軸向擴散（1）軸向質擴散的貝克萊數(shù)（2）軸向熱擴散的貝克萊數(shù)（3）由軸向混合模型得出軸向返混等同于N個全混釜串聯(lián)Pem=2(氣體)/0.3～1(液體)對于等溫固定床，N>50，可當作活塞流處理；對于非等溫固定床，一
3、般N>150才能當作活塞流≈0.6（固定床）7.1.3、徑向傳質與傳熱（1）徑向傳熱徑向傳熱的熱阻由兩部分組成：床層本身和器壁上的層流邊界層。床層傳熱方式：a.顆粒接觸面的傳導；b.相鄰顆粒周圍邊界層傳導；c.顆粒間輻射；d.顆粒內的傳導；e.對流傳熱；abcde固定床的徑向傳熱系數(shù)的經驗公式（包括徑向傳熱和壁面?zhèn)鳠幔呵蛐晤w粒：圓柱形顆粒：床層的傳熱可用徑向有效導熱系數(shù)?er來表示，經驗式較多；壁膜傳熱系數(shù)hw無滿意關聯(lián)式。(2)、徑向傳質由于向上或向下運動的流體撞擊到固體顆粒時產生再分散和為了躲開固體顆粒而改變流體的
4、流向所致。當Re>20時，(Per)m=dpu/Dr=10對于直徑為dt的固定床層，若用N個混合釜串聯(lián)來模擬其徑向混合情況：N=（dt/2dp)(Per)m=5dt/dp結論：N≠1，床層橫截面上的濃度也就不可能均一，徑向濃度剃度總是存在，且隨著dt/dp降低，N也降低。dt/dp＜5，床層內流體極不均勻，易造成流體的短路。Lr/dp足夠大，固定床軸向返混可忽略，改變dt/dp使徑向濃度分布均勻很難。?軸向：?等溫時，若用N個等體積的全混釜來描述固定床內氣體的流動狀況，則N等于50或更大。?對工業(yè)固定床反應器，大多數(shù)Lr
5、/dp值遠大于50，故可采用活塞流模型表示等溫固定床內氣體的流動狀況。?非等溫時，以Lr/dp值大于150作為準則較穩(wěn)妥。?徑向：?若用N個等體積的全混釜來描述固定床內氣體的流動狀況，則N不可能為1，即徑向濃度梯度總是存在。?減小dt/dp，則徑向濃度梯度降低，但當dt/dp＜5，則床內流動極不均勻。（壁效應嚴重，且流體易短路）小結1.概述多物理場耦合：多相反應器涉及到傳熱、化學反應、流體流動，是一個溫度、濃度、壓力等物理場耦合的設備復雜設備。模型化：對于一個過程，進行合理的簡化，利用數(shù)學公式進行描述，在一定的輸入條件下
6、，預測體系輸出的變化。對同一個體系，根據(jù)不同的簡化和假定，可以構造不同的模型。不同的簡化和假定，也決定了模型必然含有一些參數(shù)，以修正模型與實際體系的差異。根據(jù)不同的簡化和假定，分為幾種不同層次的模型。7.2固定床反應器的數(shù)學模型7.2固定床反應器的數(shù)學模型對于固定床反應器，一般有以下模型：一維擬均相平推流模型一維擬均相帶有軸向返混的模型二維擬均相模型二維非均相模型…………一維：參數(shù)只隨軸向位置而變。二維：參數(shù)隨軸向和徑向位置而變擬均相：流相和固相結合，視為同一相非均相：流相和固相分別考慮。平推流：不考慮軸向返混。帶有軸向
7、返混的模型：在平推流模型的基礎上疊加了軸向返混。7.2固定床反應器的數(shù)學模型模型評述考慮的因素越多，模型越復雜，模型參數(shù)就越多，模型參數(shù)的可靠性就越重要。并非模型越復雜越好。模型復雜增加了實驗、計算工作量，增加了出錯的概率。以簡單實用為好。如返混嚴重，宜用帶軸向返混的一維模型；徑向溫差大，宜用擬均相二維模型等。非均相模型慎用，非不得已，不用過于復雜的模型。2.活塞流模型（非均相一維）物料衡算熱量衡算動量衡算初始條件3.軸向擴散模型（非均相一維）1、絕熱式反應器的類型類型單段多段反應次數(shù)一次多次優(yōu)點結構簡單，空間利用率高結
8、構復雜適用場合反應熱效應小溫度對目的產物的影響不大單程轉化率低或大量惰性氣體存在放熱反應間接換熱式原料氣冷激式非原料氣冷激式7.3、絕熱式固定床反應器7.3、絕熱式固定床反應器可逆放熱反應,為了使床層溫度盡可能的沿著最佳溫度分布曲線操作,使整個過程反應速率最大,從而使床層體積最小,催化劑用量最少,這就要求有足夠多的段
