第六章固定床反應(yīng)器的工藝設(shè)計(jì)(已修改)
2025-01-30 01:34 本頁(yè)面
【正文】 第六章 固定床反應(yīng)器的工藝設(shè)計(jì) 一般的設(shè)計(jì)過(guò)程 反應(yīng)速率方程 , R = ηrv = ηAexp(E/RT)CaαCbβ (61) 式中 , R—表觀(guān)反應(yīng)速率 ， kmo1／ (s m3) rv一本征反應(yīng)速率 kmo1／ (s m3) η一相內(nèi)效率因子 ， 無(wú)因次 C—反應(yīng)物或產(chǎn)物的克分子濃度： kmol/m3 A—頻率因子 E—活化能 ， kJ／ kmoI； R—?dú)怏w常數(shù)＝ ／ (kmol． K) T—絕對(duì)溫度， K 有時(shí)反應(yīng)速率方程用分壓而不是用濃度表示 : rvp = A exp (E/RT)PaαPbβ 式中 ， P是反應(yīng)物或產(chǎn)物的分壓 ， bar rv和 rvp之間的關(guān)系是 : rvp = rv (RT)α+β 式中 R = m3 bar/(kmol K) 設(shè)計(jì)方程 dV = Acdz 進(jìn)入的克分子數(shù)＝出來(lái)的克分子數(shù) 十 積聚的克分子數(shù) 十 通過(guò)反應(yīng)損耗的克分子數(shù) 在穩(wěn)態(tài)操作時(shí) ， 反應(yīng)器中沒(méi)有物料積聚 ， 或沒(méi)有物料從反應(yīng)器中放出 , Fyo = Fyo(1dx) + rvdV (66) 整理得 : Fyodx = rvdV (67) 將 (64)代入 (67)得 : Fyodx = rvAcdz (68) 壓降方程 開(kāi)始可計(jì)算出 ?P／ z值，而后在每一步進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲毫πＵ? 實(shí)例，恒溫反應(yīng)器設(shè)計(jì) H2C＝ CH2十 H2 → CH 3一 CH3 （ 69） 這是一個(gè)放熱反應(yīng) ， 但它可在很小的恒溫反應(yīng)器中進(jìn)行 。銅 —氧化鎂為催化劑 ， 把這些催化劑裝在一個(gè)內(nèi)徑為、 長(zhǎng)為 280mm帶水夾套的黃銅制的反應(yīng)器管中 。由于把 l／ min的水循環(huán)通過(guò)夾套 ， 因而可得到大于 ／ (m2 S K)的水膜傳熱系數(shù)和恒定的管壁溫度 。在此反應(yīng)器內(nèi) ， 9—79℃ 范圍內(nèi)的各種恒定溫度下進(jìn)行的許多試驗(yàn)證明 ， 對(duì)氫氣來(lái)說(shuō) ， 式 (69)表示的反應(yīng)是一級(jí)的 。 通過(guò)給定下列條件可寫(xiě)出反應(yīng)速率方程： rv = kCH (610) 該系統(tǒng)中， η = 1 設(shè)計(jì)方程： Fyodx = kCHdV 由于反應(yīng)涉及到體積變化，對(duì)此，必須加以考慮 。 例如： aA + bB → pP +qQ （ 612） 設(shè) A為數(shù)量有限的反應(yīng)物 。 開(kāi)始時(shí) ， NTo = NAo +NBo (613) NAo = yoNTo NBo = (1yo)NTo = (1yo)NAo/yo (614) 在達(dá)到轉(zhuǎn)化率分?jǐn)?shù) xA后 : NT = NA + NB + NP + NQ = NAo (1xA) + NBo – (b/a)NAoxA + (p/a)NAoxA + (q/a)NAoxA = NTo – NToyoxA((a+bpq)/(a+b))(a+b)/a (615) 令 d’ = (a+bpq)/(a+b) (616) 對(duì)于乙烯加氫： 1克分子乙烯 十 1克分子氫氣 → 1克分子乙烷 （ 618） a = 1, b = 1, p = 1, q = 0 NT = (1yoxA)NTo 又因?yàn)椋? 對(duì)于乙烯加氫這個(gè)反應(yīng)： 設(shè)計(jì)方程變?yōu)椋? 將上式積分得： V = （ RTFyo/（ kP）） [xA + ln（（ yo1+yoxA） /（ yo1）） ] 現(xiàn)在用上式計(jì)算一個(gè)試驗(yàn)室反應(yīng)器 。 yo = F(總進(jìn)料 )= 108 kmo1／ s R(氣體常數(shù) )= m3 bar／ () R(氣體常數(shù) )＝ ／ () T＝ 67℃ 十 ＝ k = 106exP(一 55731／ RT) kmol／ (s. m3) 希望： xA＝ 假定 P＝ bar， ? 如反應(yīng)器內(nèi)徑為 1cm，則反應(yīng)器高度將為 cm。 絕熱氣體反應(yīng)器 定義 絕熱反應(yīng)器是一種和周?chē)鷽](méi)有熱交換的反應(yīng)器。 因此，如果放熱反應(yīng)是在絕熱固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，則氣流的溫度將沿著入口到出口的方向增加。另一方面，如果吸熱反應(yīng)是在同樣的反應(yīng)器中進(jìn)行，則氣流的溫度將會(huì)沿著反應(yīng)器的長(zhǎng)度降低。 一維塞流模型 絕熱氣體反應(yīng)器最簡(jiǎn)單的模型是一維塞流模型 , 為了適應(yīng)此模型 ， 反應(yīng)器必須符合下列條件 : ? 反應(yīng)器和周?chē)h(huán)境不應(yīng)有熱交換 (絕熱條件 )。 ? 通過(guò)固定床催化劑床的流動(dòng)應(yīng)該是在床層內(nèi)任何一點(diǎn)反應(yīng)物流的線(xiàn)速度都是相同的 。 ? 不應(yīng)有軸向擴(kuò)散 。 ? 不應(yīng)有徑向擴(kuò)散 。 一維模型絕熱固定床氣體反應(yīng)器的設(shè)計(jì) Fyodx = rvdV = rvAcdz Fyodx(?H) = ∑miCpidT 式中 , (?H)——整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)熱； mi—每一種反應(yīng)物 (包括反應(yīng)物和產(chǎn)物 )的克分子流量 ， kmo1／ s； Cpi——每一種反應(yīng)物的克分子熱容量， kmol／ ()。 設(shè)計(jì)用于放熱反應(yīng)的固定床氣體反應(yīng)器 ? 對(duì)絕熱反應(yīng)器的限制是由限定的出口溫度
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