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1、 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器1经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第六章第六章 固定床反应器固定床反应器 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器2经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1.定义：凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置。固体催化剂颗粒堆积起来所形成的固定床层静止不动，气体反应物自上而下流过床层，进行反应的装置称作固定床反应器。6.1 概述
2、概述 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器3经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器4经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器5经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 反反应应工工程程 第第六六章章
3、固固定定床床反反应应器器6经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用对外换热式反应器对外换热式反应器乙炔法合成氯乙烯反应为放热反应109kJ/mol，利用高位槽或加压泵强制循环换热，水温靠调节阀控制压力来调节。气体自上而下流过床层气体自上而下流过床层催化剂床层内的流动是通过颗粒催化剂床层内的流动是通过颗粒之间的空隙进行的，易达到湍流，之间的空隙进行的，易达到湍流，与圆管内的流动状况不完全相同与圆管内的流动状况不完全相同 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器7经营者提供商品或者服务有欺诈行为
4、的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固定床反应器固定床反应器热载体：水、高压水：100300导生油：200350熔盐：300500烟道气：600700特点：换热效果好、床温均匀，但结构较复杂。应用：热效应大、温度要求均匀控制的场合 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器8经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、二、固定床反应器的优缺点固定床反应器的优点：固定床反应器的优点：1 1、催化剂不易磨损。、催化剂不易磨损。2 2、固
5、定床层内的气相流动接近平推流，有利于实现较高的转化率与选、固定床层内的气相流动接近平推流，有利于实现较高的转化率与选择性；择性；3 3、可用较少量的催化剂和较小的反应器容积获得较大的生产能力；、可用较少量的催化剂和较小的反应器容积获得较大的生产能力；4 4、结构简单、催化剂机械磨损小，适合于贵金属催化剂；、结构简单、催化剂机械磨损小，适合于贵金属催化剂；5 5、反应器的操作方便、操作弹性较大。、反应器的操作方便、操作弹性较大。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器9经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款
6、或接受服务的费用固定床反应器的优缺点相对于流化床反应器，固定床反应器缺点：催化剂颗粒较大，有效系数较低；催化剂床层的传热系数较小，容易产生局部过热；催化剂颗粒的更换费事，不适于容易失活的催化剂。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器10经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三、固定床反应器类型u固定床反应器形式多种多样，按床层与外界的传热方式分类，可有以下几类：绝热式固定床反应器，多段绝热式固定床反应器，列管式固定床反应器，自热式反应器。）反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应
7、应器器11经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固定床反应器类型1.绝热式固定床反应器 u反应器外壳包裹绝热保温层，使催化剂床层与外界没有热量交换。中空圆筒的底部 放置搁板，上面堆放固体催化剂。气体从上而下通过催化剂床层。u结构简单，床层横截面温度均匀。单位体积内催化剂量大，即生产能力大。但只适用于热效应不大的反应。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器12经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用原
8、料气产物催化剂催化剂绝热式固定床反应器 固定床反应器类型 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器13经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固定床反应器类型1、绝热式固定床反应器可分为轴向反应器和径向反应器。(1)轴向绝热式固定床反应器u如图(a)所示。这种反应器结构最简单，实际上是一个容器，催化剂均匀堆置于床内，预热到一定温度的反应物料自上而下流过床层进行反应，床层同外界无热交换 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器14经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者
9、的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固定床反应器类型(2)径向绝热式固定床反应器u如图(b)所示。径向反应器的结构较轴向反应器复杂，催化剂装载于两个同心圆构成的环隙中，流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动。u径向反应器的优点是流体流过的距离较短，流道截面积较大，床层阻力降较小。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器15经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固定床反应器类型（a）（b）反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器
10、16经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固固定定床床反反应应器器类类型型 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器17经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固定床反应器类型2.多段绝热式固定床反应器u热效应大，常把催化剂床层分成几段(层)，段间采用间接冷却或原料气（或惰性组分）冷激，以控制反应温度在一定的范围内。u图(c)是用于SO2转化的多段绝热反应器，段间引入冷空气进行冷激。对于这类可逆放热反
11、应过程，通过段间换热形成先高后低的温度变化，提高转化率和反应速率。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器18经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用间接换热间接换热原料冷激原料冷激非原料冷激非原料冷激多段固定床绝热反应器多段固定床绝热反应器原料原料原料原料冷冷激激剂剂原料原料产品产品产品产品产品产品 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器19经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固定
12、床反应器类型 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器20经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固定床反应器类型3.列管式固定床反应器u热效应较大，不宜采用绝热式反应器，可采用换热式固定床反应器。此设备如同列管式换热器，又称为列管式固定床反应器。u 如图(d)所示，反应器由多根反应管并联构成，管径一般为2530，管数可达万根以上。管内装催化剂，传热介质流经管间进行加热或冷却。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器21经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增
13、加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固定床反应器类型 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器22经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固定床反应器类型列管式固定床反应器具有良好的传热性能，单位床层体积具有较大的传热面积，可用于热效应中等或稍大的反应过程。反应器由成千上万根“单管”组成。一根单管的反应性能可以代表整个反应器的反应效果，因而放大设计较有把握，在实际生产中应用比较广泛。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器23经营者提供商品或
14、者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用列管式固定床反应器 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器24经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固定床反应器类型列管式反应器优点：传热较好，管内温度较易控制；返混小、选择性较高；只要增加管数，便可有把握地进行放大；对于极强的放热反应，还可用同样粒度的惰性物料来稀释催化剂适用:原料成本高，副产物价值低以及分离不是十分容易的情况。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反
15、应应器器25经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固定床反应器类型 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器26经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固定床反应器类型4、自热式反应器u采用反应放出的热量来预热新鲜的进料，达到热量自给和平衡，其设备紧凑，可用于高压反应体系。u但其结构较复杂，操作弹性较小，启动反应时常用电加热。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器27经营者提供商品或者
16、服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用逆流并流不同流向的自热式固定床反应器的轴向温度分布示意图 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器28经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器29经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用四、传热介质传热介质的选用根据反应的温度范围决定，其
17、温度与催化床的温差宜小，但又必须移走大量的热，常用的传热介质有：1.1.沸腾水：沸腾水：温度范围100300。使用时需注意水质处理，脱除水中溶解的氧。2.2.联苯醚、烷基萘为主的石油馏分：联苯醚、烷基萘为主的石油馏分：粘度低，无腐蚀，无相变，温度范围200350 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器30经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用传热介质3.3.熔盐：熔盐：温度范围300400，由无机熔盐KNO3、NaNO3、NaNO2按一定比例组成，在一定温度时呈熔融液体，挥发性很小。但高
18、温下渗透性强，有较强的氧化性。4.4.烟道气：烟道气：适用于600700的高温反应。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器31经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固定床反应器的分类固定床反应器的分类固定床固定床反应器反应器不同不同的传的传热要热要求和求和传热传热方式方式绝绝热热式式二段二段三段三段四段四段冷激式冷激式反应反应特征特征单段绝热式单段绝热式段间反应段间反应气冷却或气冷却或加热方式加热方式中间间接换热式中间间接换热式多段绝热式多段绝热式原料气冷激式原料气冷激式非原料气冷激式非
19、原料气冷激式换换热热式式列管式反应器列管式反应器自热式自热式加压热水（加压热水（240）导热油（导热油（250300）熔盐（熔盐（300）反应气的反应气的流动方向流动方向轴向流动固定床反应器轴向流动固定床反应器径向流动固定床反应器径向流动固定床反应器 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器32经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、二、固定床反应器的优缺点固定床反应器的优点：固定床反应器的优点：1 1、催化剂不易磨损。、催化剂不易磨损。2 2、固定床层内的气相流动接近平推流，有利于实现
20、较高的转化率与选、固定床层内的气相流动接近平推流，有利于实现较高的转化率与选择性；择性；3 3、可用较少量的催化剂和较小的反应器容积获得较大的生产能力；、可用较少量的催化剂和较小的反应器容积获得较大的生产能力；4 4、结构简单、催化剂机械磨损小，适合于贵金属催化剂；、结构简单、催化剂机械磨损小，适合于贵金属催化剂；5 5、反应器的操作方便、操作弹性较大。、反应器的操作方便、操作弹性较大。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器33经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固定床反应器的优缺点相
21、对于流化床反应器，固定床反应器缺点：催化剂颗粒较大，有效系数较低；催化剂床层的传热系数较小，容易产生局部过热；催化剂颗粒的更换费事，不适于容易失活的催化剂。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器34经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用原料气产物催化剂催化剂绝热式固定床反应器 固定床反应器类型 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器35经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用间接换热
22、间接换热原料冷激原料冷激非原料冷激非原料冷激多段固定床绝热反应器多段固定床绝热反应器原料原料原料原料冷冷激激剂剂原料原料产品产品产品产品产品产品 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器36经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固定床反应器类型 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器37经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用列管式固定床反应器 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床
23、床反反应应器器38经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用逆流并流不同流向的自热式固定床反应器的轴向温度分布示意图 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器39经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固定床反应器类型（a）（b）反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器40经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受
24、服务的费用固固定定床床反反应应器器类类型型 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器41经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.2固定床的传递特性固定床的传递特性气体在催化剂颗粒之间的孔隙中流动，较在管内流动更容易达到湍流。气体自上而下流过床层。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器42经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.2 固定床中的传递过程固定床中的传递过程6.2.1 粒
25、子直径和床层空隙率粒子直径和床层空隙率定型尺寸：最能代表颗粒性质的尺寸为颗粒的当量直径。对定型尺寸：最能代表颗粒性质的尺寸为颗粒的当量直径。对于非球形颗粒，可将其折合成球形颗粒，以当量直径表示。于非球形颗粒，可将其折合成球形颗粒，以当量直径表示。主要有三种表示：体积相当直径、外表面积相当直径和比表主要有三种表示：体积相当直径、外表面积相当直径和比表面积相当直径。面积相当直径。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器43经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用一、颗粒直径的表示方法一、颗粒直径
26、的表示方法 1、表示方法、表示方法体积相当直径体积相当直径面积相当直径面积相当直径比表面相当直径比表面相当直径式中：式中：SV=ap/Vp，颗粒的比表面积颗粒的比表面积ap 与非中空颗粒等外表面积的圆球外表面积与非中空颗粒等外表面积的圆球外表面积Vp 非中空颗粒等体积的圆球体积非中空颗粒等体积的圆球体积注意：三种方法的计算结果不同注意：三种方法的计算结果不同 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器44经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 (1)(1)描述颗粒形状描述颗粒形状 颗粒的球形
27、度颗粒的球形度 表明表明：颗粒形状接近于球形的程度；，则颗粒越接近于球形。球形颗粒球形颗粒：球形颗粒非球形颗粒 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器45经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 颗粒的比表面积颗粒的比表面积 a说明说明：V相同时，a，则颗粒越接近球形。a 与与关系：关系：球形颗粒比表面积：球形颗粒比表面积：反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器46经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的
28、价款或接受服务的费用例例 1边长为边长为L=4mm的正方体颗粒的正方体颗粒求：求：dv,ds,da,a解：解：反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器47经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用dv,ds,da三者关系三者关系 dadvds 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器48经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 混合颗粒的特性参数混合颗粒的特性参数 (1)颗粒的筛分尺寸颗粒的
29、筛分尺寸 标准筛：标准筛：有不同的系列，常用泰勒标准筛。筛号筛号(目数目数)：每英寸长度筛网上的筛孔数目；筛过量筛过量：通过筛孔的颗粒量；筛余量筛余量：截留于筛面上的颗粒量。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器49经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用颗粒的筛分尺寸颗粒的筛分尺寸 筛分尺寸与颗粒特性参数的关系筛分尺寸与颗粒特性参数的关系颗粒颗粒不是明显的长或短不是明显的长或短：颗粒在某方向上略长颗粒在某方向上略长：(2)颗粒群的平均特性参数颗粒群的平均特性参数 平均比表面积：平均比表面
30、积：di-1didi+1di+2 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器50经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 颗粒群的等比表面积当量直径颗粒群的等比表面积当量直径 颗粒床层的特性颗粒床层的特性 (1)床层空隙率床层空隙率 定义：定义：床层中，空隙所占体积分率。表明表明：床层堆积的松散程度；，空隙越大，床层越松散；对流体流过床层的阻力影响很大。Lu 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器51经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，
31、增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 影响床层空隙率的因素影响床层空隙率的因素 （a）装填方法：装填方法：干装 湿装（b）颗粒特性的影响颗粒特性的影响 颗粒形状：颗粒形状：靠壁面处：靠壁面处：粒径分布粒径分布：空隙率测量空隙率测量-充水法、称量法 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器52经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用非球形颗粒的形状系数非球形颗粒的形状系数 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器53经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费
32、者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、床层空隙率二、床层空隙率床层床层空隙率：空隙率：粒子间的空隙所占床层容积的分率粒子间的空隙所占床层容积的分率式中式中 床层堆积密度；床层堆积密度；颗粒视密度。颗粒视密度。注意：颗粒视密度与真密度之注意：颗粒视密度与真密度之间的区别。间的区别。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器54经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用颗粒视密度颗粒视密度又称颗粒密度。即单个颗粒的密度。若单个催又称颗粒密度。即单个颗粒
33、的密度。若单个催化剂颗粒质量为化剂颗粒质量为m，颗粒体积为，颗粒体积为V粒粒，则视密度，则视密度p=m/V粒粒 床层堆积密度床层堆积密度是单位体积颗粒床层的固体质量，颗粒床层体积是颗粒体是单位体积颗粒床层的固体质量，颗粒床层体积是颗粒体积与颗粒之间空隙的总和。若催化剂质量为积与颗粒之间空隙的总和。若催化剂质量为m，堆体积为，堆体积为VB，则堆密度，则堆密度B=m/VB。同一种颗粒，其真密度不变，但当床层的空隙率不同时，同一种颗粒，其真密度不变，但当床层的空隙率不同时，颗粒床层的堆密度不同。颗粒床层的堆密度不同。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器55经营者提供商品或者服务有欺
34、诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固定床的空隙率是颗粒物料层中颗粒间自由体积与整个床固定床的空隙率是颗粒物料层中颗粒间自由体积与整个床层体积之比，它是固定床的重要特性之一。空隙率对流体层体积之比，它是固定床的重要特性之一。空隙率对流体通过床层的压力降、床层的传热都有重大的影响。通过床层的压力降、床层的传热都有重大的影响。颗粒形状、颗粒的粒度分布、充填方式、颗粒直径与容颗粒形状、颗粒的粒度分布、充填方式、颗粒直径与容器直径之比都影响空隙率。固定床中同一截面上的空隙器直径之比都影响空隙率。固定床中同一截面上的空隙率也不相同，近壁
35、处较大，中心处较小。一般工程上认率也不相同，近壁处较大，中心处较小。一般工程上认为当为当床层直径与颗粒直径之比达床层直径与颗粒直径之比达 8 时，可不计时，可不计壁效应壁效应。壁效应壁效应影响是指靠近器壁的空间结构与其他部分有很大差别，器壁处的流动状况、传质、传热状况与主流体中也有很大差别。当采用实验规模的小型设备研究传质、传热、反应的规律时，器壁的影响远比大型设备为大。6-9填充床的空隙率填充床的空隙率床层空隙率床层空隙率B光滑均一光滑均一光滑非均一光滑非均一粘土粘土球形球形圆柱形圆柱形不规则不规则光滑均一光滑均一刚玉均一尺寸刚玉均一尺寸1/4 英寸陶质拉西环英寸陶质拉西环熔融刚玉熔融磁铁铝
36、砂 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器57经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三、固定床的当量直径三、固定床的当量直径1、床层比表面、床层比表面式中，式中，np 单位体积床层中颗粒的个数。单位体积床层中颗粒的个数。B床层空隙率床层空隙率 Vp 非中空颗粒等体积的圆球体积非中空颗粒等体积的圆球体积 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器58经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用
37、2、床层当量直径、床层当量直径式中，式中，RH 水力半径。水力半径。床层的空隙体积床层的空隙体积总的润湿面积总的润湿面积有效截面积有效截面积润湿周边润湿周边根据水力半径的定义有：根据水力半径的定义有：反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器59经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用3、固定床的径向流速分布、固定床的径向流速分布尽管在近壁处空隙率较大，但壁摩擦阻力使流速将低到尽管在近壁处空隙率较大，但壁摩擦阻力使流速将低到接近接近0。一般工程上认为当床层直径与颗粒直径之比。一般工程上认为当床
38、层直径与颗粒直径之比dt/ds=8 时，可不计壁效应。时，可不计壁效应。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器60经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用按混合颗粒的平均直径计算离壁距离按混合颗粒的平均直径计算离壁距离床层空隙率床层空隙率B010.80.40.51 1.5 2 2.5 2 3.5 4 4.5 5距壁距壁4个颗粒直径处，床层空隙率和流个颗粒直径处，床层空隙率和流速分布趋平坦，因此一般工程上认为当速分布趋平坦，因此一般工程上认为当床层直径与颗粒直径床层直径与颗粒直径 之比值达之
39、比值达 8 时可时可不计壁效应。不计壁效应。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器61经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用空管内层流空管内层流空管内空管内湍流湍流填充层内液体填充层内液体流动流动填充层内填充层内气体流动气体流动102 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器62经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.2.2 床层压降床层压降床层压降床层压降是固定床反应器设计的重要
40、参数，要求床层压是固定床反应器设计的重要参数，要求床层压降不超过床内压力的降不超过床内压力的15%。气体流动通过催化剂床层的压力降厄根气体流动通过催化剂床层的压力降厄根(Ergun)方程计算方程计算式：式：摩擦系数摩擦系数 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器63经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用修正雷诺数：修正雷诺数：um 平均流速平均流速(空床气速空床气速)；L 床层高度；床层高度；、流体的密度和粘度流体的密度和粘度；ds 比表面当量直径。比表面当量直径。反反应应工工程程 第第
41、六六章章固固定定床床反反应应器器64经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用Rem1000，湍流，上式中右边第一项可忽略。，湍流，上式中右边第一项可忽略。反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器65经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用式中：式中：dp 体积相当直径；体积相当直径；质量流速。质量流速。fm和和n可由图可由图6-11查取。查取。常用的常用的p计算公式：计算公式：图图6-11 固定床的摩擦
42、系数固定床的摩擦系数推导推导在化工原理中：在化工原理中：de：当量床层直径dp/dl：床层高向的压强变化：流体密度u：实际流速，通常以空塔气速um=u/B表示 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器68经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器69经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器70经
43、营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器72经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用影响固定床压力降的因素影响固定床压力降的因素流体流体流体的密度流体的密度流体的粘度流体的粘度流体的质量流率流体的质量流率床层床层床层的高度床层的高度床层的空隙率床层的空隙率流通截面积流通截面积颗粒颗粒颗粒的形状颗粒的形状颗粒的粒度颗粒的粒度颗粒的表面粗糙度颗粒的表面粗糙度颗粒的物理
44、特性颗粒的物理特性床层直径与颗粒直径之比床层直径与颗粒直径之比 dt/ds 0.2）：床层平均温度：床层平均温度;：器壁温度：器壁温度;反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器103经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.2.4 固定床中的传质与混合固定床中的传质与混合由于催化剂表面存在滞流边界层，气流主体浓度与催化由于催化剂表面存在滞流边界层，气流主体浓度与催化剂颗粒表面浓度存在差异。在滞流层内有浓度差，必然剂颗粒表面浓度存在差异。在滞流层内有浓度差，必然存在扩散。存在扩散。一、颗粒与
45、流体间的传质系数一、颗粒与流体间的传质系数单位体积（或质量）催化剂上着眼组分A的传质速率 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器104经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用整个传质方程的核心，总包了各种条件对传质的影响。由实验关联式计算。关联式之一：反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器105经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用传质因子：传质因子：JD实验关联式：实验关联式：气相
46、密度：气相密度 ;：气体质量流率：气体质量流率 ;：气相粘度：气相粘度 ;：气相分子扩散系数：气相分子扩散系数 ;JD是雷诺数的函数是雷诺数的函数 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器106经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用um：平均流速：平均流速(空床气速空床气速)；g、g：气体的密度和粘度；：气体的密度和粘度；ds：比表面当量直径。比表面当量直径。当修正雷诺数在：当修正雷诺数在：传热因子传热因子传质因子传质因子：气相密度：气体质量流率：气相粘度：气相分子扩散系数JD是雷诺数的函
47、数施密特准数 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器108经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用由传质和传热的类比原理有由传质和传热的类比原理有上式在缺少数据时用来推算数据十分有用上式在缺少数据时用来推算数据十分有用.无论是传质或是传热系数无论是传质或是传热系数,增加质量速率增加质量速率G都可以加快流都可以加快流体和催化剂外表面间的传递速率体和催化剂外表面间的传递速率,但相应的床层压降也但相应的床层压降也增加增加.外扩散速率外扩散速率,内扩散速率内扩散速率,表面反应速率的相对大小是决表面
48、反应速率的相对大小是决定反应控制步骤的关键定反应控制步骤的关键.反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器109经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用外扩散过程对表面温度的影响外扩散过程对表面温度的影响由传质计算可得：由传质计算可得：反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器110经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用两式相等可得：两式相等可得：反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反
49、反应应器器111经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用上式将流固相的温度差与浓度差联系起来了。上式将流固相的温度差与浓度差联系起来了。进一步简化，前面有：进一步简化，前面有：极为相似。极为相似。JHJD相除相除 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器112经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器113经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照
50、消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用据实验得：据实验得：反反应应工工程程 第第六六章章固固定定床床反反应应器器114经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.3 拟均相一维模型拟均相一维模型概述，目前描述固定床反应器的数学模型可分为拟均相、概述，目前描述固定床反应器的数学模型可分为拟均相、非均相两大类。非均相两大类。一、拟均相模型一、拟均相模型 忽略床层中催化剂颗粒与流体之间温度与浓度差别，将气忽略床层中催化剂颗粒与流体之间温度与浓度差别，将气相反应物与