設(shè)備第九章固定床反應(yīng)器(編輯修改稿)
2025-03-09 06:58 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ε 值 ，除壁效應(yīng)影響所及的范圍外 ， 都是 均勻 的 。 但 球形或圓柱形顆粒 充填的床層 ， 在同一橫截面上的 ε 值 ， 除壁效應(yīng)影響所及的范圍外 ， 還在一平均值上下波動(dòng) 。 由于壁效應(yīng)的影響 ， 床層直徑與顆粒直徑之比越大 ， 床層空隙率的分布越均勻 。 通常所說的床層空隙率指的是 平均空隙率 。 31 3. 固定床的當(dāng)量直徑 de de＝ 4RH eH SR?≈== 總的潤濕面積床層空隙體積流道潤濕周邊長流道有效截面積de— 當(dāng)量直徑， m； Ｒ Ｈ — 水力半徑， m。 Se_床層比外表面積 sdVpSpSe )1(6)1( ?? ????32 ? １．流動(dòng)特性 ? 在固定床反應(yīng)器中 ， 流體在床層內(nèi)的 孔道 中流動(dòng) 。 ? 流體在固定床層中的流動(dòng)情況遠(yuǎn)較在 空管 中 復(fù)雜 。 ? 固定床中孔道 彎曲 、 交錯(cuò) 、 形狀各異 ， 孔道的數(shù)目 、 截面積沿流動(dòng)方向不斷變化 ， 流過床層的流體 ， 其徑向流速分布也不均勻 ， 造成流體在流動(dòng)過程中不斷地 分散和混合 。 ? 顆粒越小形成的孔道數(shù)目就越多 ， 孔道的截面積就越??； ? 顆粒越不均勻 、 形狀越不規(guī)則 、 表面越粗糙 ， 各孔道的差異性就越大 。 33 ? 氣流分布不均產(chǎn)生的原因： 在氣固相固定床催化反應(yīng)器中 ， 由于床層 空隙率 沿徑向 分布不均勻 導(dǎo)致氣流分布不均勻； 另外較大速度的氣流 動(dòng)能很大 ， 分股沖入反應(yīng)器內(nèi)也會(huì)引起氣流分布不均勻 。 ? 氣流分布不均危害 *： 會(huì)造成 溝流和短路 ， 使不同徑向位置處的流體單元 停留時(shí)間不一樣 ， 轉(zhuǎn)化率不一樣 ， 從而 降低反應(yīng)效果 。 ? 改進(jìn)措施 *： 在裝填催化劑時(shí)應(yīng)盡量 裝填均勻 ， 并采取措施 消除氣流的初始動(dòng)能和均勻?qū)?。 34 圖 96消除初始動(dòng)能的方法示意圖 35 圖 97附加導(dǎo)流裝置示意圖 36 ? 流過床層的流體 ， 其徑向流速分布是不均勻的 。 ? 徑向流速分布： 從床層中心處算起 ， 隨著徑向位置的增大 ，流速增加 ， 在離器壁的距離等于 1～ 2倍顆粒直徑處 ， 流速最大 ， 然后隨徑向位置的增大而降低 ， 至壁面處為零 。 床層直徑與顆粒直徑之比越小 ， 徑向流速分布越不均勻 。 ? 流體流過固定床時(shí)所產(chǎn)生的壓力損失 *： ? 一方面是由于顆粒的 粘滯曳力 ， 即流體與顆粒表面間的 摩擦 ；另一方面是由于流體流動(dòng)過程中孔道截面積 突然擴(kuò)大和收縮 ，以及流體對(duì)顆粒的 撞擊 及 流體的再分布 而產(chǎn)生 。 ? 當(dāng)流體處于 層流 時(shí) ， 前者起主要作用；在 高流速 及薄床層中流動(dòng)時(shí) ， 后者起主要作用 。 ? 將空管中流體流動(dòng)的壓力降計(jì)算公式修正后用于固定床 。 37 式中： ρ—— 流體密度 dS —— 顆粒比外表面積相當(dāng)直徑 ? f —— 摩擦系數(shù) L —— 床層高度 ? u0—— 空管流速 εB—— 床層空隙率 當(dāng) Re＜ 10 時(shí)， f = 1/Re 當(dāng) Re＞ 1000 時(shí)， f = 。 一般固定床中的壓降不宜超過床內(nèi)壓力的 15％ 。 203( 1 )BSBLuPfd??????0150 5 R eR e 1SBduf ???? ? ? ?固定床壓力降計(jì)算公式： 38 對(duì)固定床壓力降影響因素可分為兩大類： 流體 ：流體粘度、密度、 流速 等； 床層 ：床層高度、 空隙率 、顆粒粒度、形狀、表面粗糙度等。 影響最大的是 床層空隙率和流體流速 。 由于在生產(chǎn)流程中，流體的壓頭有限，一般固定床中的壓降不宜超過床內(nèi)壓力的 15％。 所以顆粒不能太細(xì) ， 而且最好都能做成圓球狀 ， 氣流速度也應(yīng)適可而止 。 如何變動(dòng)降低壓力降應(yīng)考慮傳質(zhì)傳熱的問題 。 影響 固定床壓力降的因素 *： 39 (1)氣固相催化反應(yīng)的全過程 * 圖 98氣固相催化反應(yīng)過程示意圖 外擴(kuò)散過程 ?內(nèi)擴(kuò)散過程； ?吸附過程； 表面化學(xué)反應(yīng)過程 ； 脫附過程 ； 40 步驟 (1)、 (7)屬外擴(kuò)散 ， 步驟 (2)、 (6)屬內(nèi)擴(kuò)散 ， 步驟 (3)～ (5)屬表面反應(yīng)過程 。 在這些步驟中 ， 內(nèi)擴(kuò)散和表面反應(yīng)發(fā)生于催化劑顆粒內(nèi)部 ， 兩者是同時(shí)進(jìn)行的 ， 屬于并聯(lián)過程 ， 而組成表面反應(yīng)過程的 (3)～ (5)三步則是串聯(lián)的 。外擴(kuò)散發(fā)生于主流體與催化劑顆粒外表面之間 ，屬于相間傳遞過程 。 外擴(kuò)散與催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散和反應(yīng)也是串聯(lián)進(jìn)行的 。 41 (2)控制步驟與總反應(yīng)速度 ? 控制步驟 是指一個(gè)連串過程中 速度最小 ， 而且比其他步驟的速度 小得多 的步驟 ， 它的速度決定著整個(gè)過程的速度 ， 稱為控制步驟 。 ? 存在著控制步驟的過程的總反應(yīng)速度等于控制步驟的速度 。 ? 總反應(yīng)速度： 是指存在傳質(zhì) 、 傳熱阻力時(shí)的反應(yīng)速度 。這個(gè)速度可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)得 ， 稱為 表觀反應(yīng)速度 ， 也叫實(shí)際反應(yīng)速度 。 ? 總反應(yīng)速度 不是 各步速度 之和 ， 過程達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)各步速度相等并等于總速度 ， 有控制步驟時(shí)總速度等于 控制步驟 的速度 。 42 動(dòng)力學(xué)控制 *（ 表面過程控制 ） 的過程有 三種 可能情況 ， 一為反應(yīng)物的 吸附控制 ， 即反應(yīng)物的吸附最慢而且比其他步驟慢很多 ， 二為 表面化學(xué)反應(yīng)控制 ， 三為產(chǎn)物的 脫附控制 。 這類過程傳質(zhì) （ 內(nèi) 、 外
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