第五章固定床气-固相催化反应工程第一节固定床气-固相催化反应工程一、固定床气-固相催化反应器的基本类型第一种分类：绝热式反应器和连续换热式反应器1.绝热式最佳温-度曲线T单段绝热催化床原料产品产品.I原料原料三三冷敬2NV剂产品(b)(c)(a)多段固定床绝热反应器（a）间接换热式（b）原料气冷激式（c）非原料气冷激式
第五章 固定床气-固相催化反应工程 第一节 固定床气-固相催化反应工程 一、固定床气-固相催化反应器的基本类型 第一种分类：绝热式反应器和连续换热式反应器 1. 绝热式 单段绝热催化床 多段固定床绝热反应器 （a）间接换热式 （b）原料气冷激式 （c）非原料气冷激式
爵佳7_单一可逆放热反单一可逆放热反应单一可逆放热反应三段间接换热三段非原料冷却式应三段原料冷却式操作状况操作状况式操作状况2.连续换热式特点：连续换热式催化床中反应与换热过程同时进行。乙烯催化氧化合成环氧乙烷、萘氧化制邻苯二甲酸酐及乙烯与乙酸气相氧化制乙酸乙烯脂等反应的反应热大，采用管式催化床，见下图。进气冷却介质出气外冷管式200℃~250℃时：采用加压热水汽化作载热体而副产中压蒸汽。250℃~300℃时：可采用挥发性低的有机载热体如矿物油，联苯-联苯醚混合物；300℃以上：采用熔盐作载热体，有机载热体和熔盐吸收的反应热都用来产生蒸汽。第二种分类：轴向流动反应器和径向流动反应器轴向流动：气体流向与反应器的轴平行径向流动：气体在垂直于反应器轴的各个横截面上沿半径方向流动，见下图：
2. 连续换热式 特点：连续换热式催化床中反应与换热过程同时进行。 乙烯催化氧化合成环氧乙烷、萘氧化制邻苯二甲酸酐及乙烯与乙酸气相氧化 制乙酸乙烯脂等反应的反应热大，采用管式催化床，见下图。 外冷管式 200℃~250℃时：采用加压热水汽化作载热体而副产中压蒸汽。 250℃~300℃时：可采用挥发性低的有机载热体如矿物油，联苯-联苯醚混合 物； 300℃以上：采用熔盐作载热体，有机载热体和熔盐吸收的反应热都用来产 生蒸汽。 第二种分类：轴向流动反应器和径向流动反应器 轴向流动：气体流向与反应器的轴平行 径向流动：气体在垂直于反应器轴的各个横截面上沿半径方向流动，见下图：
径向流动催化反应器气体流道短，气体流道短，大幅降低催化床压降，为使用小颗粒催化剂提供了条件。设计核心：合理设计流道使各个横截面上的气体流量均等。二、固定床催化反应器的数学模型非均相模型：计入传质、传热过程对催化剂本征反应速率影响拟均相模型：I>本征动力学控制传递过程的影响》颗粒宏观动力学研究得不够，只能将催化剂中毒、结焦等流体分布不均等影响计入本征动力学，即活性校正系数”，再计入失活（中毒、衰老）一“寿命因子”》以颗粒宏观动力学为基础，再计入流体分布不均一—“活性校正系数”失活”寿命因子”。一维模型一只考虑轴向（沿气流方向）的浓度及温差二维模型一同时考虑径向（垂直于气流方向）的浓差及温差
径向流动催化反应器 气体流道短，气体流道短，大幅降低催化床压降，为使用小颗粒催化剂提供 了条件。 设计核心：合理设计流道使各个横截面上的气体流量均等。 二、固定床催化反应器的数学模型
理想流动模型一对于固定床气-固相反应器，指平推流模型（非理想流动模型一平推流，再计入轴向返混一般LdP，不计入轴向返混；而薄床层计入轴向返混型一一维、拟均相、平推流模型最基础模型其数学处理最简单如模型中计入传递过程，二维，轴向返混等参数，其数学表达式越复杂，求解也越难。第二节固定床流体力学一、固定床的物理特性1.非中空固体颗粒的当量直径及形状系数常用的非中空颗粒当量直径的表示方法有三种，即等体积圆球直径、等外表面积圆球直径和等比外表面积圆球直径。若以S.和V.表示非中空颗粒的外表面积和体积，按等体积圆球直径计算的当量直径可表示如下：(5-1)d, =(6V, /元)s式（5-1）中Vp为与非中空颗粒等体积的圆球体积。按等外表面积圆球直径计算的当量直径D.可表示如下：D,=(S,/n)(5-2)式（5-2）中S.为非中空颗粒等外表面积的圆球的外表面积。按等比外表面积圆球直径计算的当量直径d可表示如下：d,=6/S,=6Vp/Sp(5-3)式（5-3）中S（S=S/V.）为与非中空颗粒等比外表面积的圆球比外表面积
第二节 固定床流体力学 一、固定床的物理特性 1.非中空固体颗粒的当量直径及形状系数
再以S.表示与非中空颗粒等体积的圆球的外表面积，则Ss =πd,(5-4)因此，引入一个量纲为1数s，称为颗粒的形状系数，其值如下：, =Ss/Sp(5-5)对于球形颗粒，Φ=1：对于非球形颗粒，!<1。形状系数说明了颗粒形状与圆球的差异程度。上述三种当量直径dv、Dp、ds与形状系数间的相互关系可表示如下dy=d,=6V/S(5-6)0, = (dv/D,)及(5-7)2.混合颗粒的平均直径及形状系数破碎成的碎块一一形状不规则，大小也不均匀算术平均直径，为d, = 2xd.(5-8)d一两相邻筛孔净宽乘积的平方根；x为直径d.颗粒的质量分数。1=24d台d调和平均直径为：(5-9)在固定床及流化床的流体力学中，用调和平均直径较为符合实验数据。大小不等形状各异的混合颗粒一一，由固定床△P计算。3.固定床的当量直径床层中颗粒的比表面积（不计入接触而减少的表面积）：水力半径：(5-10)S.=(1- )S,/V,=6(1-/d有效截面积床层的空隙体积6RH=s.润湿周边总的润湿面积固定床的当量直径：48.20d =4R =48(5-11)S31