项目三固定床反应器的计算.详解

项目三固定床反应器的计算经验法数学模型法固定床反应器参数敏感性经验法用实验室、中间试验装置或工厂现有装置中最佳条件测得的数据，如空速、催化剂的空时收率及催化剂的负荷等作为设计依据，按规定的生产能力计算并确定催化剂的用量、床高、床径等的计算。该法简单，但精确度较差。一、催化剂用量的计算1.空间速度单位时间内通过单位体积的原料标准体积流量，即:2.空间时间（接触时间）在规定的反应条件下，气体反应物通过催化剂床层中自由空间所需要的时间，即：RONvVVS0VVR3.空时收率反应物通过催化剂床层时，在单位时间内单位质量（或体积）催化剂所获得的目的产物量，即：4.催化剂负荷在单位时间内单位质量（体积）催化剂由于反应消耗的原料质量，即：5.床层线速度与空床速度床层线速度是指在规定条件下，气体通过催化剂床层自由截面积的流速，即：空床速度是在规定条件下，气体通过（空）床层截面积的流速，即：SGSWGWWSRAVu0RAVu00催化剂用量确定后，催化剂床层的有效体积也就确定。床层高度与直径的计算步骤为：①根据经验选取气体空床速度u0；②床层的截面积为：③校验床层阻力降：压力降低于总压力的15%，说明所选取的空床速度有效。④确定床层的结构尺寸催化剂床层高度：若为绝热反应器，其内径为：二、固定床反应器结构尺寸的计算00uVAR00VVuAVHRRR214RAD若采用列管式反应器，床层内经取，外径为，则列管数为：若采用壳管式反应器（壳程装催化剂），其截面积为：若采用正三角形排列，则：td0dHdVdAntRtR224420244dnDAR0260sinNtAReADR2421三、催化剂床层传热面积的计算催化剂床层所需的传热面积为：床层传热面积校核：mtKQA需AA数学模型法根据反应动力学可分为非均相与拟均相两类；根据催化床中温度分布可分为一维模型和二维模型；根据流体的流动状况又可分为理想流动模型（包括理想置换和理想混合流动模型）和非理想流动模型。数学模型法的工作步骤：①通过实验和其他途径深入认识实际过程，把握过程的物理实质和影响因素，并尽可能区分主次；②根据研究的目的，对实际过程做出不同程度的简化，建立物理模型；③对物理模型进行数学描述，建立模型方程（组）；④通过实验测定和参数估值确定模型方程中所含模型参数的数值；⑤进行模拟计算，将计算结果和实验结果进行比较。固定床反应器参数敏感性在反应操作过程中，当反应系统中某一个参数的微小变化引起其它参数发生了重大变化，这种现象称为参数的灵敏性。一、绝热式固定床反应器的参数灵敏性绝热式固定床反应器的返混很小，不存在反应器的整体的热稳定性。反应器各处状态仅决定于进口条件，因此，绝热式固定床反应器床内参数的灵敏性是一个重要的问题。（1）进口温度对床层参数的影响假设流体进口温度为T0，出口温度为T，若进口温度有dT0的变化，则出口气体温度也将出现dT的变化。称为温度灵敏度。0dTdT经推导可得：其中δ称为灵敏性指数对于绝热式固定床反应器，由此可计算得出反应器允许的进出口流体温度差值：由此可见，反应器的灵敏度决定了流体进、出口的温度差值。edTdT0TRTE20020lndTdTERTTT（2）进口气体浓度对床层参数的影响根据热量平衡方程与物料平衡方程可计算得：经分析，对于绝热反应器，预获得较高转化率只能从降低绝热温升着手，在生产实际中最有效的办法是在原料气中掺入惰性气体（不参与反应的气体），这样可以降低反应物的浓度，从而降低了绝热温升值，达到提高反应转化率的目的。工业上通常采用水蒸气作为稀释剂。0ArpabAcHTcTTx二、非恒温非绝热固定床反应器的灵敏性非恒温非绝热固定床反应器的参数敏感性包括：冷却剂温度、反应器进口温度、物料浓度等。（）因此，在设计此类型反应器时，首先必须研究所有的敏感性，最好的方法是进行模拟分析并建立模型，必须通过合理控制各种参数努力使这些敏感性减少到最少，还必须利用适当的过程控制手段防止温度失控。