《化学反应工程》课程教学资源（PPT课件）第5章 固定床气-固相催化反应工程

第5章固定床气-固相催化反应工程

第5章 固定床气-固相催化反应工程

目录 5.1 固定床气-固相催化反应工程 5.2 固定床流体力学 5.3 固定床热量与质量传递过程 5.4 绝热式固定床催化反应器 5.5 连续换热内冷自热式催化反应器 5.6 连续换热外冷及外热管式催化反应器 5.7 薄床层催化反应器

目 录 5.1 固定床气-固相催化反应工程 5.2 固定床流体力学 5.3 固定床热量与质量传递过程 5.4 绝热式固定床催化反应器 5.5 连续换热内冷自热式催化反应器 5.6 连续换热外冷及外热管式催化反应器 5.7 薄床层催化反应器

5.11 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型 固定床气-固相催化反应器的基本类型 进行气一固相催化反应器的装置主要有固定床和 流化床两大类。 ◆固定床反应器(Fixed Bed Reactors) 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、氯乙烯的合成 乙烯水合成制乙醇

5.1 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 进行气—固相催化反应器的装置主要有固定床和 流化床两大类。 ◆固定床反应器（Fixed Bed Reactors） 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、氯乙烯的合成 乙烯水合成制乙醇

5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型 3优缺点 优点：①当床层不是太厚(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水Af 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

5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型 3 优缺点 优点：①当床层不是太厚（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

5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型 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△P的限制，uI,传热速率I c.cat颗粒多是导热性差的物质，如活性 炭，硅藻土等。 ②为使△P,dp=2-6mm,d。,3l ③cat的更换和再生困难

5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型 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△P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△P ,dp=2-6mm,dp ,ζ ③cat的更换和再生困难

5.1固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型 4反应器分类 固相催化反应器 固定床 流化床 反应器 反应器 绝热式 换热式 多段绝热 单段绝热 内冷式 外冷热)

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 多段绝热 单段绝热 内冷式 外冷(热) 4 反应器分类 5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型

5.1固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型 4.1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 它适用于热效应小，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.一 即由反应物到产物多次完成。图5-2 它可分为 间接换热式 原料气冷激 直接换热式（冷激式） 非原料气冷激

5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型 4.1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 它适用于热效应小，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

5.1固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型 矿渣棉 平衡温度线 固定床反应器 原料 测 瓷环 催化剂 瓷环 最佳温度线 产物 东方仿真Copyr ight2001

平衡温度线 最佳温度线 x T 5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型

5.1固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型 (2)多段固定床绝热反应器 产品 (a)间接换热式 平衡温度线 原料→ 最佳温度线

(2) 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 原 Ⅱ 料 产 品 5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型

5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型 产品 (b)原料气冷激式 平衡温度线 最佳温度线

（b）原料气冷激式 Ⅰ Ⅳ Ⅲ Ⅱ 平衡温度线 最佳温度线 x T 产 品 原 料 Ⅳ Ⅲ Ⅱ 产 品 原 料 Ⅰ Ⅳ Ⅲ Ⅱ 产 品 原 料 5.1 固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型