第六章固定床反應(yīng)器的工藝設(shè)計(jì)-展示頁
2025-01-28 01:34本頁面
【正文】 一種過量的反應(yīng)物， 其作用好象一個(gè)受熱器一樣，吸收大部分放出的熱量，這樣，對給定的轉(zhuǎn)化率而言，就減小了溫升。 ? 方法 1 (1)把催化劑體積分成兩個(gè)或兩個(gè)以上的床層，以便使每一床層都達(dá)到 t最大 ； (2)用間接換熱器冷卻兩相鄰床層之間的氣體反應(yīng)物使其回到第一床層入口溫度 to ? 方法 2 如果所用間接換熱器反應(yīng)溫度太高的話，則可采用第二個(gè)方法，把一種冷的反應(yīng)物噴入兩相鄰床層之間的反應(yīng)物流中，把反應(yīng)物冷卻到 To．由于補(bǔ)充了一種被消耗的反應(yīng)物，這種直接冷卻或急冷方法又有使反應(yīng)朝著所要求的方向進(jìn)行的優(yōu)點(diǎn)。 設(shè)計(jì)用于放熱反應(yīng)的固定床氣體反應(yīng)器 ? 對絕熱反應(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程如副反應(yīng)、選擇性不良和催化劑嚴(yán)重結(jié)垢開始出現(xiàn)。 ? 不應(yīng)有徑向擴(kuò)散 。 ? ? 一維塞流模型 絕熱氣體反應(yīng)器最簡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 : ? 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。 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。((a+bpq)/(a+b)) 例如： aA + bB → pP +qQ （ 612） 設(shè) A為數(shù)量有限的反應(yīng)物 。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 ， 對氫氣來說 ， 式 (69)表示的反應(yīng)是一級的 。銅 —氧化鎂為催化劑 ， 把這些催化劑裝在一個(gè)內(nèi)徑為、 長為 280mm帶水夾套的黃銅制的反應(yīng)器管中 。第六章 固定床反應(yīng)器的工藝設(shè)計(jì) 一般的設(shè)計(jì)過程 反應(yīng)速率方程 , R = ηrv = ηAexp(E/RT)CaαCbβ (61) 式中 , R—表觀反應(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)＝出來的克分子數(shù) 十 積聚的克分子數(shù) 十 通過反應(yīng)損耗的克分子數(shù) 在穩(wěn)態(tài)操作時(shí) ， 反應(yīng)器中沒有物料積聚 ， 或沒有物料從反應(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 。由于把 l／ min的水循環(huán)通過夾套 ， 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 。 通過給定下列條件可寫出反應(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，對此，必須加以考慮 。 開始時(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+b)/a (615) 令 d’ = (a+bpq)/(a+b) (616) 對于乙烯加氫： 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 。 絕熱氣體反應(yīng)器 定義 絕熱反應(yīng)器是一種和
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