化工反應(yīng)器設(shè)計(jì)及類型介紹(編輯修改稿)
2025-01-19 05:18 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 ? 5）對(duì)于非均相反應(yīng)系統(tǒng)，放大的依據(jù)是保持大小兩系統(tǒng)的相界面相等 ，但是測(cè)定實(shí)際反應(yīng)器內(nèi)的相界面積很困難，通常是以保持 單位容積輸入的攪拌功率 相等來取代的。 167。 ? 特點(diǎn)：催化劑床層的床徑較小，床層內(nèi)物料的流動(dòng)速度較高，可視為“ 擬活塞流反應(yīng)器 ” 一、固定床反應(yīng)器放大應(yīng)考慮的問題 當(dāng)反應(yīng)器放大后，由于反應(yīng)產(chǎn)生的熱效應(yīng)十分明顯，此時(shí)對(duì)于吸熱反應(yīng)，應(yīng)考慮 如何供熱 ；對(duì)于放熱反應(yīng)，則應(yīng)考慮如何 去熱 。且應(yīng)盡可能減小床層內(nèi)的溫度梯度，力求 溫度均勻 。 在此最佳操作溫度范圍內(nèi)，催化劑的活性和催化劑對(duì)催化反應(yīng)的 選擇性應(yīng)處于最佳狀態(tài) 。 ? ? (1) 床層的直徑，催化劑的 填充高度和填充的均勻性 都會(huì)影響反應(yīng)器內(nèi)物料流動(dòng)的 停留時(shí)間分布 、 濃度分布 和 溫度分布等 。 ? (2) 為了保證良好的反應(yīng)條件，催化劑床層的直徑不宜過粗，床層高度不宜過大，催化劑的填充應(yīng)力求消除顆粒搭橋形成的 空穴和短路 等不均勻現(xiàn)象。因此有了列管式和多層式等多種結(jié)構(gòu)形式。如圖所示意 : 二、固定床催化反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型 ? 該類反應(yīng)器具有擬均相模型和非均相模型 ? 不考慮催化劑的存在，把整個(gè)反應(yīng)過程作為均相看待。 ? 充分考慮物料 主體與催化劑表面 的差別，對(duì)流體主體和催化劑分別列出物料衡算方程。由于非均相模型較復(fù)雜，大多數(shù)研究與設(shè)計(jì)多采用擬均相一維模型。 即以 軸向活塞流 為基礎(chǔ)建立的數(shù)學(xué)模型。 假定 : 在反應(yīng)器的 徑向無濃度梯度和溫度梯度 ，而沿軸向出現(xiàn)的濃度變化和溫度變化則是由物料的 總體流動(dòng)和化學(xué)反應(yīng) 所引起的。 2 ? 定常態(tài)條件下，固定床中進(jìn)行絕熱催化反應(yīng)，其 物料衡算式、熱量衡算式和動(dòng)量衡算 式如下 : ? 其中 :ε為催化劑床層空隙率 , 為摩擦系數(shù) ,量綱為 1. `f 521 522 523 ? 式中 : 為修正的雷諾數(shù) ,代入 523得 : ? 上述數(shù)學(xué)模型為固定床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程。在設(shè)計(jì)時(shí)數(shù)學(xué)模型的運(yùn)算并不困難，如果用機(jī)算機(jī)，則更為方便，可以求出不同工藝條件和不同工藝要求時(shí)的催化劑床層高度和床層體積。 )1)()((32 ????eMsRLdup???524 167。 ? 屬于非均相反應(yīng)裝置，它與固定床反應(yīng)器不同之處是：固體顆粒懸浮在流體中，不斷地處于攪動(dòng)狀態(tài)，其傳熱和傳質(zhì)性能都比固定床反應(yīng)器優(yōu)越。 ? 模型假定： ? 1）在床層內(nèi)存在 氣泡相、氣泡暈相和乳化 相。在這三相間的物質(zhì)傳遞和反應(yīng)過程是串聯(lián)的。 ? 2）床層內(nèi)氣泡的大小均勻且均勻分布于床層中。上升氣泡的有效直徑可用 當(dāng)量直徑 表示。 ? 3）乳相中的氣體處于臨界流態(tài)化速度下運(yùn)動(dòng)，而超過臨界流態(tài)化速度的所有氣體則呈 氣泡形 式通過床層。 關(guān)于流化床的數(shù)學(xué)模型已有兩相模型、三相模型、四相模型等多種 ,比較成熟和應(yīng)用簡(jiǎn)便的為 三相模型中的一種鼓泡床模型 。 一、流化床反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型 ? 4）當(dāng)操作氣速 ( 臨界流態(tài)化氣速 )時(shí)，床層內(nèi)的鼓泡條件即可滿足。 ? 5) 當(dāng) 611時(shí)，乳相中的氣體全部轉(zhuǎn)為向下流動(dòng)。 fmuu ,2?fmu , fmuu ,/ 氣泡中的氣體量遠(yuǎn)大于乳化相中 的氣體量，該模型可用氣泡組成代替 總氣相組成，不必考慮乳化相中氣體 的變化。 根據(jù)假定，可作出如圖 59所示的 鼓泡床模型示意圖，并列出物料衡算 式如下： 526 ? 式中： cb， c c， c e分別為反應(yīng)物在氣泡、氣泡暈和乳化相中的濃度； ? (Kb,c)b， (Kc,e)b分別為以單位氣泡體積為基準(zhǔn)的氣泡與氣泡暈：氣泡暈與乳化相之間在單位時(shí)間內(nèi)交換的氣體體積，稱為“相間交換系數(shù)”； ? rb,rc,re分別為氣泡、氣泡暈、乳化相中固體顆粒體積與氣泡體積之比； ? ub氣泡上升速度； ? Kr為以固體體粒子體積為基準(zhǔn)的反應(yīng)速率常數(shù)； ? (K 總 )b為以氣泡體積為基準(zhǔn)的總括反應(yīng)速率常數(shù)， (傳到氣泡暈中的量 ) (氣泡暈中反應(yīng)的量 ) (傳到乳化相中的量 ) (傳到乳化相中的量 ) (乳化相中反應(yīng)的量 ) 527 528 (Kb,c)b(cbcc) = rckrce + (Kce)b(ccce) (Kc,e)b(ccce) = rekrce ? 將式 (526)在邊界條件 ? L=0時(shí) , cb=cA,0 積分得 ? 其中 Lf為操作時(shí)流化床的床層高度，可由床層的膨脹比R求出 ,即 對(duì)于無內(nèi)部構(gòu)件的自由床，及值按下式計(jì)算： 530 ? 安裝了斜片擋板或擋網(wǎng)
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