《反应工程》第六章 固定床反应器
第六章固定床反应器
1.凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作_______。（固定床反应器）
2.固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于_______，因此与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。（平推流）
3.固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于平推流，因此与返混式的反应器相比，可用_______的催化剂和_______的反应器容积来获得较大的生产能力。（较少量、较小）
4.目前描述固定床反应器的数学模型可分为_______和_______的两大类。（拟均相、非均相）
5.描述固定床反应器的拟均相模型忽略了粒子与流体之间_______与_______的差别。（温度、浓度）
6.描述固定床反应器的数学模型，忽略了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。（拟均相模型）
7.描述固定床反应器的数学模型，考虑了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。（非均相模型）
8.描述固定床反应器的拟均相模型，根据流动模式与温差的情况它又可分为平推流与有轴向返混的_______模型，和同时考虑径向混合和径向温差的_______模型。（一维、二维）
9.固定床中颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积P V 的球粒子直径，表达式V d =_______。（3/1)/6(πP V ）
10.固定床中颗粒的面积相当直径是以外表面P a 相同的球形粒子的直径，表达式
a d =_______。（
π/P a ）11.固定床中颗粒的比表面相当直径是以相同的比表面V S 的球形粒子直径来表示，表达式S d =_______。（V S /6）
12.对于非球形粒子，其外表面积P a 必大于同体积球形粒子的外表面积
S a ，故可定义颗粒的形状系数=S ?_______。（P S a a /）
13.颗粒的形状系数
S ?对于球体而言，=S ?_______，对于其他形状的颗粒S ?_______。
（=1、均小于1）14.固定床的_______定义为水力半径H R 的四倍，而水力半径可由床层空隙率及单位床层体积中颗粒的润湿表面积来求得。（当量直径e d ）
15.固定床中的传热实质上包括了_______、_______以及_______几个方面。（粒内传热、颗粒与流体间的传热、床层与器壁的传热）
16.绝热床反应器由于没有径向床壁传热，一般可以当作平推流处理，只考虑流体流动方向上有温度和浓度的变化，因此一般可用_______模型来计算。（拟均相一维）
17.对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度opt T 和平衡温度eq T ，二者的关
系为______________。（1212ln E E E E R T T T T opt eq opt
eq -=?-）
18.对于固定床反应器，当某一参数变化到一定程度时就可能使床层温度迅速升高，这种现象俗称_______，它是固定床反应器设计和操作中所应注意的问题。（飞温）
19.不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是_______。（A）
A.粒子与流体间有温度差
B.粒子与流体间无温度差
C.床层径向有温度梯度
D.床层轴向有温度梯度
20.不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是_______。（A）
A.粒子与流体间有浓度差
B.粒子与流体间无浓度差
C.床层径向有温度梯度
D.床层轴向有温度梯度
21简述固定床反应器的优缺点？
答：凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。
1）催化剂在床层内不易磨损；
2）床层内流体的流动接近于平推流，与返混式反应器相比，用较少的催化剂和较小的
反应器容积来获得较大的生产能力；
3）固定床中的传热较差；
4）催化剂的更换必须停产进行。
22.简述气固相催化反应固定床反应器拟均相模型的特点？
答：凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。拟均相模型忽略了床层中粒子与流体间温度与浓度的差别。
23.简述气固相催化反应固定床反应器非均相模型的特点？
答：凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。非均相模型考虑了粒子与流体间温度与浓度的差别。
24.简述气固相催化反应固定床反应器拟均相一维模型的特点？
答：凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。拟均相一维模型是忽略床层中粒子与流体的温度与浓度差别，考虑在流体流动的方向（轴向）上有温度和浓度的变化，而在与流向垂直的截面上（径向）则是等温和等浓度的。
25.简述气—固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点？
答：凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置为固定床反应器，拟均相二维模型是忽略床层中粒子与流体间温度与浓度的差别（，同时考虑流体在轴向和径向上的温度梯度和浓度梯度。
26.简述表征颗粒特征的基本参数粒径的表示方法？
答：固定床中粒径的表示方法常用的有三种。颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积P V 的
球粒子直径，表达式V d =3/1)/6(πP V ；颗粒的面积相当直径是以外表面P a 相同的球形粒子
的直径，表达式a d =π/P a ；颗粒的比表面相当直径是以相同的比表面V S 的球形粒子直
径来表示，表达式S d =V S /6。
第六章 固定床反应器
第六章 固定床反应器 1.凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作_______。（固定床反应器） 2.固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于_______，因此与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。（平推流） 3.固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于平推流，因此与返混式的反应器相比，可用_______的催化剂和_______的反应器容积来获得较大的生产能力。（较少量、较小） 4.目前描述固定床反应器的数学模型可分为_______和_______的两大类。（拟均相、非均相） 5.描述固定床反应器的拟均相模型忽略了粒子与流体之间_______与_______的差别。（温度、浓度） 6.描述固定床反应器的数学模型，忽略了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。（拟均相模型） 7.描述固定床反应器的数学模型，考虑了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。（非均相模型） 8.描述固定床反应器的拟均相模型，根据流动模式与温差的情况它又可分为平推流与有轴向返混的_______模型，和同时考虑径向混合和径向温差的_______模型。（一维、二维） 9.固定床中颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积P V 的球粒子直径，表达式 V d =_______。（3/1)/6(πP V ） 10.固定床中颗粒的面积相当直径是以外表面P a 相同的球形粒子的直径，表达式a d =_______。（ π/P a ） 11.固定床中颗粒的比表面相当直径是以相同的比表面V S 的球形粒子直径来表示，表达式 S d =_______。（V S /6） 12.对于非球形粒子，其外表面积P a 必大于同体积球形粒子的外表面积 S a ，故可定义颗粒的形状系数=S ?_______。（P S a a /） 13.颗粒的形状系数S ?对于球体而言，=S ?_______，对于其他形状的颗粒S ?_______。 （=1、均小于1） 14.固定床的_______定义为水力半径H R 的四倍，而水力半径可由床层空隙率及单位床层体积中颗粒的润湿表面积来求得。（当量直径e d ） 15.固定床中的传热实质上包括了_______、_______以及_______几个方面。（粒内传热、颗粒与流体间的传热、床层与器壁的传热） 16.绝热床反应器由于没有径向床壁传热，一般可以当作平推流处理，只考虑流体流动方向上有温度和浓度的变化，因此一般可用_______模型来计算。（拟均相一维） 17.对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度opt T 和平衡温度eq T ，二者的关 系为______________。（1212ln E E E E R T T T T opt eq opt eq -= ?-） 18.对于固定床反应器，当某一参数变化到一定程度时就可能使床层温度迅速升高，这种现象俗称_______，它是固定床反应器设计和操作中所应注意的问题。（飞温） 19.不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是_______。（A ） A. 粒子与流体间有温度差 B. 粒子与流体间无温度差 C. 床层径向有温度梯度 D. 床层轴向有温度梯度 20.不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是_______。（A ）
固定床流化床设计计算讲义
炔烃液相选择加氢固定床床反应器设计计算 由于固定床反应器具有结构简单、操作方便、 操作弹性大、建设投资低等优点，而广泛应用于各类油品催化加氢裂化及精制、低碳烃类选择加氢精制等领域。将碳四馏分液相加氢新工艺就是采用单台固定床绝热反应器进行催化选择加氢脱除碳四馏分中的乙基乙炔和乙烯基乙炔等。在工业装置中，由于实际所采用的流速足够高，流体与催化剂颗粒间的温差和浓差，除少数强放热反应外，都可忽略。对于固定床反应器来讲最重要的是处理好床层中的传热和催化剂粒子内扩散传质的影响。 一、固定床反应器设计 碳四馏分选择性加氢反应器一般采用绝热固定床反应器。在工程上要确定反应 器的几何尺寸，首先得确定出一定生产能力下所需的催化剂容积，再根据高径比确定反 应器几何尺寸。 反应器的设计主要依据试验结果和技术要求确定的参数，对反应器的大小及高径比、催化剂床层和液体分布板等进行计算和设计。 1. 设计参数 反应器进口温度： 20℃ 进口压力：0.1MPa 进料量(含氢气进料组分) 体积流量：197.8m 3/h 质量流量：3951kg/h 液相体积空速：400h -1 2. 催化剂床层设计计算 正常状态下反应器总进料量为2040m 3/h 液体体积空速400h -1 则催化剂用量3R V V V /S 2040/400 5.1m ===总 催化剂堆密度3850/B kg m ρ= 催化剂质量850 5.14335B B R m V kg kg ρ=?=?= 求取最适宜的反应器直径D: 设不同D 时，其中高径比一般取2-10，设计反应器时，为了尽可能避免径向的影响， 取反应器的长径比5，则算出反应器的直径和高度为：按正常进料量3 2040m h ／及液体 空速400h -1，计算反应器的诸参数： 取床层高度L=5m ，则截面积2R S V /L 5.1/51.02m === 床层直径 1.140D m == 因此,圆整可得反应器内径可以选择1200mm
《反应工程》第六章 固定床反应器
第六章固定床反应器 1.凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作_______。（固定床反应器） 2.固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于_______，因此与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。（平推流） 3.固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于平推流，因此与返混式的反应器相比，可用_______的催化剂和_______的反应器容积来获得较大的生产能力。（较少量、较小） 4.目前描述固定床反应器的数学模型可分为_______和_______的两大类。（拟均相、非均相） 5.描述固定床反应器的拟均相模型忽略了粒子与流体之间_______与_______的差别。（温度、浓度） 6.描述固定床反应器的数学模型，忽略了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。（拟均相模型） 7.描述固定床反应器的数学模型，考虑了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。（非均相模型） 8.描述固定床反应器的拟均相模型，根据流动模式与温差的情况它又可分为平推流与有轴向返混的_______模型，和同时考虑径向混合和径向温差的_______模型。（一维、二维） 9.固定床中颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积P V 的球粒子直径，表达式V d =_______。（3/1)/6(πP V ） 10.固定床中颗粒的面积相当直径是以外表面P a 相同的球形粒子的直径，表达式 a d =_______。（ π/P a ）11.固定床中颗粒的比表面相当直径是以相同的比表面V S 的球形粒子直径来表示，表达式S d =_______。（V S /6） 12.对于非球形粒子，其外表面积P a 必大于同体积球形粒子的外表面积 S a ，故可定义颗粒的形状系数=S ?_______。（P S a a /） 13.颗粒的形状系数 S ?对于球体而言，=S ?_______，对于其他形状的颗粒S ?_______。 （=1、均小于1）14.固定床的_______定义为水力半径H R 的四倍，而水力半径可由床层空隙率及单位床层体积中颗粒的润湿表面积来求得。（当量直径e d ） 15.固定床中的传热实质上包括了_______、_______以及_______几个方面。（粒内传热、颗粒与流体间的传热、床层与器壁的传热）
第六章固定床催化反应器设计
第六章气-固相催化反应器设计本章核心内容：本章讨论的气固相催化反应反应器包括固定床反应器和流化床反应器。在固定床反应器部分，介绍了气固相催化反应器的各种类型和固定床层的流动特性，给出了固定床反应器的两种设计方法：经验或半经验法和数学模型法。在流化床反应器部分，在对固体颗粒流态化现象和流态化特征参数介绍的基础上，讨论了流化床反应器的分类和工业应用。 6-1 固定床反应器的型式 反应器内部填充有固定不动的固体催化剂颗粒或固体反应物的装置，称为固定床反应器。气态反应物通过床层进行催化反应的反应器，称为气固相固定床催化反应器。这类反应器除广泛用于多相催化反应外，也用于气固及液固非催化反应，它与流化床反应器相比，具有催化剂不易跑损或磨损，床层流体流动呈平推流，反应速度较快，停留时间可以控制，反应转化率和选择性较高的优点。 工业生产过程使用的固定床催化反应器型式多种多样，主要为了适应不同的传热要求和传热方式，按催化床是否与外界进行热量交换来分，分为绝热式和连续换热式两大类。另外，按反应器的操作及床层温度分布不同来分，分为绝热式、等温式和非绝热非等温三种类型；按换热方式不同，分为换热式和自热式两种类型；按反应情况来分，分为单段式与多段式两类；按床层内流体流动方向来分，分为轴向流动反应器和径向流动反应器两类；根据催化剂装载在管内或管外、反应器的设备结构特征，也可以对固定床催化反应器进行分类。图6-1、6-2、6-3分别是轴向流动式、径向流动式和列管式固定床反应器结构示意图。其中，图6-1和图6-2所示的反应器为绝热式，图6-3所示的反应器为连续换热式。 图6-1 轴向流动式图6-2径向流动式图6-3列管式固固定床反应器固定床反应器定床反应器 6-1-1 绝热式固定床反应器 绝热式固定床催化反应器有单段与多段之分。绝热式反应器由于与外界无热交换以及不计入热损失，对于可逆放热反应，依靠本身放出的反应热而使反应气体温度逐步升高；催化床入口气体温度高于催化剂的起始活性温度，而出口气体温度低于催化剂的耐热温度。 1.单段绝热固定床催化反应器
固定床反应器的设计计算
周波主编.反应过程与技术.高等教育出版社,2006年6月. 四、固定床反应器的设计计算 固定床反应器的设计方法主要有两种：经验法和数学模型法。 经验法的设计依据主要来自于实验室、中间试验装置或工厂实际生产装置的数据。对中间试验和实验室研究阶段提供的主要工艺参数如温度、压力、转化率、选择性、催化剂空时收率、催化剂负荷和催化剂用量等进行分析，找出其变化规律，从而可预测出工业化生产装置工艺参数和催化剂用量等。 固定床反应器的主要计算任务包括催化剂用量、床层高度和直径、床层压降和传热面积等。(一)催化剂用量的计算 经验法比较简单，常取实验或实际生产中催化剂或床层的重要操作参数作为设计依据直接计算得到。1．空间速度 空间速度Sv指单位时间内通过单位体积催化剂的原料处理量，单位为s-1。它是衡量固定床反应器生产能力的一个重要指标。 (2-36) 式中： 2．停留时间 停留时间r指在规定的反应条件下，气体反应物在反应器内停留的时间，单位为s。 式中：； 停留时间与空间速度的关系为
。(二)反应器床层高度及直径的计算 催化剂的用量确定后，催化剂床层的有效体积也就确定。很明显，床层高度增高，床层截面积将变小，操作气速、流体阻力(动力)将增大；反之，床层高度降低必然引起截面积(直径)增大，对传热不利或易产生短路等现象。因此，床层高度与直径应通过操作流速、压降(即动力消耗)、传热、床层均匀性等影响因素作综合评价来确定。 通常，床层高度或直径的计算是根据固定床反应器某一重要操作参数范围或经验选取，然后校验其他操作参数是否合理，如床层压降不超过总压力的15％。床层高度与直径的计算步骤如下。
固定床反应器的数学模型..
固定床反应器的数学模型 1、概述 凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器，其中尤以用气态的反应物料通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气-固相催化反应器占最主要的地位。如炼油工业中的催化重整，异构化，基本化学工业中的氨合成、天然气转化，石油化工中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙苯脱氢制苯乙烯等等。此外还有不少非催化的气-固相反应，如水煤气的生产，氮与电石反应生成石灰氮(CaCN2)以及许多矿物的焙烧等，也都采用固定床反应器。固定床反应器之所以成为气固催化反应器的主要形式，是由于具有床内的流体轴向流动可看作为平推流，在完成同样的生产任务时，所需的催化剂用量(或反应器体积)最小；床内流体的停留时间可严格控制，温度分布可适当调节，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性；床内催化剂不易磨损，可以在高温高压下操作等优点，但固定床中传热较差，对于热效应大的反应过程，传热与控温问题就成为固定床技术中的难点和关键，为解决这一问题而提出了多种形式的床层结构。 2、固定床反应器的结构形式 固定床反应器类型很多．按换热方式不同可分为：绝热式反应器和换热式反应器。 2.1绝热式反应器 在反应器中的反应区(催化剂层)不与外界换热的称为绝热式反应器。一般来说，反应热效应小；调节进A反应器的物料温度，就可使反应温度不致超出反应允许的温度范围的反应过程等可采用绝热式反应器。绝热式反应器具有结构简单，反应空间利用率高，造价便宜等优点。图1是绝热床反应器的示意图。 如果反应热效应较大，为了减小反应区内轴间温度分布不均，可将绝热反应器改成多段绝热式反应器，在各段之间进行加热或冷却，它可使各段反应区接近适宜温度。图2是多段绝热床反应器的示意图。 总之，不论是吸热或放热的反应，绝热床的应用相当广泛。特别对大型的，高温的或高压的反应器，希望结构简单，同样大小的装置内能容纳尽可能多的催化剂以增加生产能力(少加换热空间)，而绝热床正好能符合这种要求。不过绝热床的温度变化总是比较大的，而温度对反应结果的影响也是举足轻重的，因此如何取舍，要综合分析并根据实际情况来决定。此外还应注意到绝热床的高／径比