第六章固定床反應器的工藝設計-文庫吧
2025-01-12 01:34 本頁面
【正文】 t最大 決定的，達到此溫度標志著某些不理想的過程如副反應、選擇性不良和催化劑嚴重結垢開始出現(xiàn)。如末達到所要求的轉化率 x，溫度就已上升到限制溫度，此時，可采用幾個方法中的一個在溫度不超過 t最大 的情況下來提高 x使其達到所要求的值。 ? 方法 1 (1)把催化劑體積分成兩個或兩個以上的床層，以便使每一床層都達到 t最大 ； (2)用間接換熱器冷卻兩相鄰床層之間的氣體反應物使其回到第一床層入口溫度 to ? 方法 2 如果所用間接換熱器反應溫度太高的話，則可采用第二個方法，把一種冷的反應物噴入兩相鄰床層之間的反應物流中，把反應物冷卻到 To．由于補充了一種被消耗的反應物，這種直接冷卻或急冷方法又有使反應朝著所要求的方向進行的優(yōu)點。 ? 方法 3 第三個方法是一種老的德國分段急冷的技術，雖然目前仍在使用，但其缺點是波動很大，且難于設計。 ? 方法 4 第四個方法是在反應器進料中加入一種惰性氣或一種過量的反應物， 其作用好象一個受熱器一樣，吸收大部分放出的熱量，這樣，對給定的轉化率而言，就減小了溫升。和其他方法相比，此法有一嚴重缺點，即為了容納惰性氣或過量的反應物，需要增大反應器的尺寸。 第四個方法派生出來的一個方法是 加入一種惰性液體，它在反應器的通常壓力下，其沸點接近反應溫度，反應放出的熱使惰性液體蒸發(fā) ，這樣，其所吸收的大量熱量就滿足了潛熱的需要。在某些情況下，和采用純氣相方?jīng)]相比，這種方法反應速率比較低。此方法的缺點是需要的反應器大而貴。 ? 如果沒有一個方法能妥善地解決放出的熱量問題 ， 則必須考慮氣體反應在下列反應器中的一種內進行： ? 流化床反應器； ? 帶有一種惰性液體的氣 液相反應器 ? 非恒溫非絕熱固定床氣體反應器 絕熱固定床氣體反應器設計實例： 甲苯加氫脫烷基反應器的設計 反應速率方程為： rv = dCA/dθ = = Aexp(E/RGT) 式中 , CA——甲苯濃度 ， kmo1／ m3； CB——氫濃度 ， kmo1／ m3； k—甲苯加氫脫烷基的反應速率常數(shù) 。 A—頻率因子； E—活化能 148114kJ／ kmo1； ?H— 49974kJ／ kmo1轉化的甲苯； θ—停留時間， s。 發(fā)表的活化能數(shù)值為 ／ g. mol，但得不到發(fā)表的頻率固子 A的數(shù)值，該數(shù)值取決于具體的催化劑 , 現(xiàn)假定 A=5． 73 x l06，反應器入口的反應溫度假定為To＝ 600℃ 十 273． 2＝ ，反應器壓力可從 35到 70絕對大氣壓，假定約 50絕對大氣壓或 50 bar。根據(jù)芳烴加氫的一般經(jīng)驗，氫與芳烴之比可假定為 . 氫： Cp= 甲烷： Cp= 苯： Cp= 甲苯： Cp＝ 進入加氫脫烷基裝置的混合氫氣物流的純度為 90％，其余的為甲烷。 每一反應物或產物的克分子數(shù)是： 甲苯： Fyo(1x) 苯： Fyox 氫： Fyo(5x)+ 甲烷： Fyo(5/9+x) + 總克分子數(shù)： Fyo(1+5+5／ 9)+急冷量 ， 或 + 急冷量 每一組分的克分子分數(shù)為： 甲苯： y1＝ Fyo(1x)／ (+ 急冷量 )＝ yA 苯： y2＝ Fyox／ (。 十急冷量 ) 氫： y3＝ (Fyo(5一 x)+ )／ (+急冷量 )=yB 甲烷： y4=(Fyo(5／ 9+x)+ )／ (+急冷量 ) 濃度項可寫成： C = N/V = Np/(NRG*T) = p/(RG*T) 因為 : p = Py 所以： C = yP/(RG*T) CA = PFyo(1x)／ (RG*T(+ 急冷量 )) CB = P(Fyo(5x)+ )／ (RG*T (+急冷量 )) 若把這些 CA和 CB項代入式 (632)，則： rv = dCA/dθ = = Aexp(E/RGT) (P／ (RG*T(+ 急冷量 ))) Fyo(1x) (Fyo(5x)+ ) 將上式與 （ 68） 合并： dx/dz = AcAexp(E/RGT)(P/RG*T(+急冷量 ))(1x) (Fyo(5x)+量 ) 現(xiàn)在計算每一床層 (除最后床層外 )末端處的急冷量 : 急冷量 = ∑miCpi(TTo)/(Cpi急冷 ()) Cpi 急冷 = + = kJ/Kmol K 利用 Ergun方程計算壓降 : 在 Ergun方程中 ， G為質量流率 ． 其單位為 kg／ (s m2) 以空塔為基礎的空塔流速 um的方程為 : 若催化劑的形狀是直徑和高度相等的圓柱體，令 rp＝顆粒半徑，則， 若給定 2rp＝ 3mm，則 dp＝ m。 反應混合物的粘度 μ可用以下的關系式從各個反應物的粘度 μ1， μ2， μ3， μ4計算出來．此方程是： ij項可以是 1 1 1 2 2 2 3 3 34． 44 43， Mi和 Mj是各組分的分子量。 假定內徑為 2m dT/dz = (dx/dz) Fyo(?H)/(∑miCpi) dx/dz = AcAexp(/RGT)(P/RG*T(+急冷量))(1x) (Fyo(5x)+ ) 聯(lián)立解微分方程可求出完成一定生產任務的反應器高度 z。電算結果如表 61所示： 1. 床層的支承 絕熱反應器的單個催化劑床層可以由以下兩種方法中的任一方法來支承 —柵板 (圖 68)或一層放在床層底部的惰性氧化鋁或陶瓷球 (圖 69)。 圖 68 有連續(xù)槽孔和整體支撐梁的支撐柵格 圖 69 典型惰性填料支撐的單一床層絕熱反應器 為防止入口氣體吹動催化劑顆粒 , 在支撐層頂部的 惰性填料顆粒 ,對高流速氣體來說至少應為 1英寸 。
教學課件相關推薦
鄂ICP備17016276號-1