第六章固定床反應(yīng)器的工藝設(shè)計(jì)-免費(fèi)閱讀
【正文】 (2)確定了絕熱段入口溫度與進(jìn)料量 ， 改變進(jìn)料組成進(jìn)行反應(yīng)器調(diào)優(yōu) 。 可求出 yi、 Ta、 Tb沿床層冷卻段 l2的變化 。本節(jié)主要以三套管并流式合成氨催化反應(yīng)器為例討論連續(xù)換熱式固定床催化反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題 . 圖 615 三套管并流式冷管催化床溫度分布及操作情況 1. 內(nèi)冷自熱式氨合成反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型 . 絕熱段 : (1) 物料衡算 氨合成為變摩爾數(shù)反應(yīng) , 合成氨反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程為 : 將式 (649)、 (650)代入式（ 651）整理后得： 其中， 再因?yàn)椋? Wo為校標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氨分解基氣體體積流率及床層截面積計(jì)算的虛擬線速度， m3／ (m2 4．例題 某日產(chǎn)干噸兩段間接換熱式徑向氨合成塔 合成氨的速率： R= dyNH3/dτo = kT（ 1+yNH3） 2[–fNH3/] 解： （ 1） 不受催化劑溫度限制的影響時(shí) ， a. TO1 = 340 ℃ , 初始組成已經(jīng)確定，由下式， X A or A i∫1（ ）T od X A = 0X AX A 1T = To + Λ（ XAXAO） （ 647） 其中 ， Λ= NTOyAO（ △ HR） /NTCP 求解出第一段出口轉(zhuǎn)化率與出口溫度 XA1， T1。若 T1超過(guò)Tmax，則以 Tmax為 T1，并由式（ 647）算出 XA1。 a． 平衡曲線： 根據(jù) r = 0， 可得 XA， eq = f（ Teq） b． 最佳溫度曲線：根據(jù) ?r/?T = 0， 可得 XA = f（ Topt） （ 2） 設(shè)定第一段入口溫度為 To1， To1值為催化劑活性溫度 ，是一固定值 。 1．催化床出口溫度不受催化劑耐熱溫度限制時(shí)的優(yōu)化設(shè)計(jì) VRT=∑i=1nVRi Vso，i∑i=1n=τo，i 目標(biāo)函數(shù) VRT具有極小值的必要條件如下： 式中 ， xA， i i段的出口轉(zhuǎn)化率 ， 即 i+1段的入口轉(zhuǎn)化率 。在每一個(gè)部位，不是裝一個(gè)而至少要在圓的每一象限各裝一支熱電偶。 ? 同時(shí)進(jìn)行卸空和清凈 輕便的潔凈設(shè)備可用惰性氣體保護(hù)同時(shí)進(jìn)行卸空 、 清凈 、 篩分和包裝以備再用 。 催化劑下落不應(yīng)超過(guò) 1或 2英尺的高度 。 圖 610 冷激式多床層的氨轉(zhuǎn)化器（凱洛格型） a 垂直多層轉(zhuǎn)化器； b 臥式多層轉(zhuǎn)化器 圖 611 外部接管最少的高壓氫化 裂解反應(yīng)器 圖 612 無(wú)中間床層支撐的冷激式氨 轉(zhuǎn)化器（ ICI）。 底部的球?qū)釉谏狭魇皆偕鷷r(shí) ， 尤其是在再生的早期也能夠起這樣的作用 。 當(dāng)這些陶瓷丸粒能夠取代昂貴的氧化鋁材料時(shí) ， 那么價(jià)格昂貴又帶來(lái)維修問(wèn)題的支承板就不適宜采用了 。圓球或長(zhǎng)度大于直徑的圓柱體引起的壓降較低，比形狀不整齊的顆粒 (碎塊 )為好。 支承的柵板應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成能支承催化劑的裝載重量加上預(yù)期的壓降 。 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(yīng)器入口的反應(yīng)溫度假定為T(mén)o＝ 600℃ 十 273． 2＝ ，反應(yīng)器壓力可從 35到 70絕對(duì)大氣壓，假定約 50絕對(duì)大氣壓或 50 bar。 ? 方法 3 第三個(gè)方法是一種老的德國(guó)分段急冷的技術(shù)，雖然目前仍在使用，但其缺點(diǎn)是波動(dòng)很大，且難于設(shè)計(jì)。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)物流的線速度都是相同的 。(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 。 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 。 例如： aA + bB → pP +qQ （ 612） 設(shè) A為數(shù)量有限的反應(yīng)物 。 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 : ? 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 t最大 決定的，達(dá)到此溫度標(biāo)志著某些不理想的過(guò)程如副反應(yīng)、選擇性不良和催化劑嚴(yán)重結(jié)垢開(kāi)始出現(xiàn)。此方法的缺點(diǎn)是需要的反應(yīng)器大而貴。 假定內(nèi)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(chǎn)任務(wù)的反應(yīng)器高度 z。 交承板的材質(zhì)要能防腐蝕 ，根據(jù)用途也可以用炭鋼 、 合金鋼 、 鑄鋼或燒制陶瓷 。用來(lái)填充這個(gè)基本上無(wú)效的空間，惰性球也要比催化劑便宜得多。 比催化劑大幾倍的惰性圓球或丸粒也要放在催化劑床層的頂部 。石英石已經(jīng)被當(dāng)作廉價(jià)的代用品，而且在反應(yīng)不受其中雜質(zhì)影響的反應(yīng)器中是完全合用的 2．多床層反應(yīng)器 在有中間冷卻或加熱的單個(gè)反應(yīng)器殼體中多床層可以擱在支承板上 (圖 610和圖 611)，不然也可以采用有內(nèi)部分布器的連續(xù)床層。 吊運(yùn) 可以把催化劑桶提升到反應(yīng)器內(nèi)，然后卸出將催化劑裝入反應(yīng)器。 許多催化劑吸氧性很強(qiáng)而且以驚人的速度耗盡容器中的氧 。 4．物料流動(dòng)的分布 ? 在大直徑床層中 ， 為防止流動(dòng)截面突然收縮 ， 必須裝
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