第六章固定床反應(yīng)器的工藝設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)
2025-01-22 01:34本頁(yè)面
【正文】 率與生產(chǎn)任務(wù)一致 。 （ 6）檢查計(jì)算結(jié)果與平衡線(xiàn)及最佳溫度線(xiàn)的關(guān)系。 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。 T1= ℃ , yNH3,1= , VR1 = m3 b. 由 即，第一段出口速率等于第二段入口速率，可求出第二段入口溫度 TO2=℃ 。 c. 再由 X=XAirAi rAi+1=1 1X=XAir A i∫1（ ）T od X A = 0X AX A 2X A 1T = To + Λ（ XA2XA1） （ 647） 其中 ， Λ= NTOyAO（ △ HR） /NTCP 求解出第二段出口轉(zhuǎn)化率與出口溫度 XA2， T2。 T2= ℃ , yNH3,2= , VR2 = m3 （ 2）受催化劑溫度限制的影響時(shí)， T1計(jì)算值超過(guò)了催化劑耐熱溫度 Tmax, T1=Tmax = 510℃ ,并由式（ 647）算出 XA1。亦可由 與 T = To + Λ（ XAXAO） 計(jì)算出 XA1。 T1= 510℃ , yNH3,1= , VR1 = m3 ∫VF A O = X A 0 1r A d X AX A 1X=XAirAi rAi+1=1 1X=XAi 即 ， 第一段出口速率等于第二段入口速率 ， 可求出第二段入口溫度 TO2=368℃ 。 c. 再由 r A i∫1（ ）T od X A = 0X AX A 2X A 1T = To + Λ（ XA2XA1） （ 647） 其中 ， Λ= NTOyAO（ △ HR） /NTCP 求解出第二段出口轉(zhuǎn)化率與出口溫度 XA2， T2。 T2= ℃ , yNH3,2= , VR2 = m3 連續(xù)換熱式催化床可分為催化劑裝在管間的內(nèi)冷自熱式、催化劑裝在列管內(nèi)的外冷列管式和外部供熱管式。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(xiàn)速度， m3／ (m2s)。對(duì)于絕熱層，應(yīng)按絕熱層床層截面積來(lái)計(jì)算 Wo，以 Woh表示，再計(jì)入活性校正系數(shù) COR及表征催化劑使用時(shí)間對(duì)宏觀反應(yīng)速率影響的壽命因子 TF，最后可得絕熱層中氨摩爾分率隨床高 l變化的表達(dá)式，式（ 652）變化為： (2)熱量衡算 提 升 管外 筒內(nèi) 筒T boQ L ossdlT b yN H 3yio Tbo（設(shè)定）、 yio已知時(shí)，聯(lián)立式（ 654）與式（ 656）可計(jì)算組成 yi、床層溫度 Tb隨床層高度的變化。 冷卻段 (1) 物料衡算 冷卻段的溫度分布與流體流向如圖 617所示 提 升 管外 筒內(nèi) 筒Tb oQL o s syi o絕 熱 段冷 卻 段T a oTbT sDT ODRT aNTd lyi圖 617 冷卻段的溫度分布與流體流向（三套管合成氨反應(yīng)器） （ 2） 熱量衡算 冷卻層催化劑床層的熱量衡算： 環(huán)隙熱損失設(shè)為 ℃ /m，上式變?yōu)椋? 三套管與床層的熱量衡算： 式（ 657）、（ 658）、（ 659）聯(lián)立用 RungeKutta法解微分方程可求出 yi、 Ta、 Tb沿床層 l的變化。 內(nèi)冷自熱式三套管氨合成反應(yīng)器設(shè)計(jì)過(guò)程 （ 1）絕熱段計(jì)算 設(shè)絕熱入口溫度 Tbo為催化劑的的活性溫度；絕熱段入口組成物流量 yio、 NTO已知；絕熱段床層高度 l1為已知值；床層直徑已知。 聯(lián)立方程（ 654）與（ 656）計(jì)算離開(kāi)絕熱段的物料組成 yi與溫度 Tb。 （ 2）冷卻段計(jì)算 絕熱段結(jié)束時(shí)的組成 yi與溫度 Tb作為冷卻段的初始條件；冷卻段高度為 l2；設(shè)定一個(gè)離開(kāi)換熱器進(jìn)入三套管的氣體溫度 Tao。然后，聯(lián)立解微分方程（ 657）、（ 658）、（ 659）。 可求出 yi、 Ta、 Tb沿床層冷卻段 l2的變化 。 如 Ta（三套管出口） = Tbo（絕熱段入口）， 計(jì)算合理。否則，重新設(shè)定 Tao重復(fù)冷卻段的計(jì)算。 （ 3）有復(fù)線(xiàn)進(jìn)料的情況 以上兩步計(jì)算中，認(rèn)為絕熱層進(jìn)口物料量等于三套管環(huán)隙物料量。如有復(fù)線(xiàn)物料未經(jīng)床內(nèi)冷卻器（三套管），則， Tbo = （ NT1Ta（三套管出口） + NT2T（復(fù)線(xiàn)）） /NTO 此時(shí)，應(yīng)以 Ta（三套管出口）約等于（ NTOTboNT2T（復(fù)線(xiàn)）） /NT1判據(jù)。 （ 4） Tao確定后換熱器的設(shè)計(jì)成為一個(gè)新的問(wèn)題。 2． 內(nèi)冷自熱式三套管氨合成反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì) 對(duì)現(xiàn)有反應(yīng)器 ， 可進(jìn)行如下的反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)工作 。 (1) 確定了絕熱段入口溫度及組成 ， 改變進(jìn)料量進(jìn)行反應(yīng)器調(diào)優(yōu) 。 (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) 。 (3) 確定了進(jìn)料量與進(jìn)料組成 ， 改變絕熱段入口溫度進(jìn)行反應(yīng)器調(diào)優(yōu) 。 有一點(diǎn)必須強(qiáng)調(diào)，催化反應(yīng)床中的熱點(diǎn)溫度必須小于催化劑的最高耐熱溫度。將平衡線(xiàn)、最佳溫度線(xiàn)、操作線(xiàn)以圖示的形式描繪出，可給出直關(guān)的判斷。
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