催化重整固定床反应器传递及反应过程的数值模拟

催化重整固定床反应器传递及反应过程的数值模拟催化重整固定床反应器的传递及反应过程的数值模拟可以通过以下步骤进行：

1. 建立反应器的数学模型：根据反应机理和物理性质，建立反应器的数学模型，包括传递过程和反应过程的方程。传递过程方程通常包括质量传递、能量传递和动量传递方程，反应过程方程通常包括反应速率方程。

2. 离散化反应器：将反应器分为若干小段，分别进行离散化处理。可以选择均匀离散或非均匀离散的方法，根据实际情况选取最合适的离散化方法。

3. 运用数值方法求解方程：根据离散化后的方程，运用数值方法（如有限差分法、有限体积法、有限元法等）求解方程组，得到各个离散段上的物理量分布。

4. 确定边界条件：根据反应器的实际情况，确定反应器的边界条件。边界条件通常包括流体的入口温度、压力、物质浓度等。

5. 进行数值模拟和计算：根据离散化后的方程和边界条件，进行数值模拟和计算。可以采用迭代方法，不断更新每个离散段上的物理量，直至达到收敛条件。

6. 分析和评估模拟结果：根据模拟结果，分析反应器的性能、效率等指标，评估反应器的优化方案和潜在问题。

需要注意的是，在进行数值模拟时，需要考虑反应器内部的催化剂颗粒的分布和反应速率方程的影响。这可以通过引入催化剂颗粒床层的物理结构参数和反应速率方程来进行模拟。同时，还需要考虑传递和反应过程之间的相互作用，以及其他因素（如温度、压力）对反应过程的影响。

固定床流化床设计计算

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 ===

固定床反应器的详细介绍

固定床反应器的详细介绍 又称填充床反应器，内部装填有固体催化剂或固体反应物，以实现多相反应。固体物通常呈颗粒状，堆积成一定高度（或厚度）的床层，床层静止不动，流体通过床层进行反应。 固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。 优点： （1）催化剂机械磨损小。

（2）床层内流体的流动接近于平推流，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。 （3）由于停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和转化率。 （4）可在高温高压下操作。 缺点： （1）固定床中的传热较差。 （2）催化剂的再生、更换均不方便，催化剂的更换必须停产进行。 （3）不能使用细粒催化剂，但固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。 固定床反应器的分类

（一）按传热方式分类 1、绝热式反应器 绝热式固定床催化反应器在反应过程中，床层不与外界进行热量交换。 其最外层为隔热材料层（耐火砖、矿渣棉、玻璃纤维等），常称作保温层，作用是防止热量的传出或传入，减少能量损失，维持一定的操作条件并起到安全防护的作用。 绝热式反应器可分为单段绝热式反应器和多段绝热式反应器。 （1）单段绝热式反应器 一般为高径比不大的圆筒体，结构简单，生产能力大，但反应过程中温度变化较大。

适合的反应： ①反应热效应较小的反应。 ②温度对目的产物收率影响不大的反应。 ③虽然反应热效应大，但单程转化率较低的反应或者有大量惰性物料存在，使反应过程中温升小的反应。 （2）多段绝热式反应器 催化剂床层的温度波动较小，但结构比较复杂，催化剂装卸困难。

气固相催化反应固定床装置操作说明

气固相催化反应固定床装置 一、前言 本装置由管式炉加热固定床、流化床催化反应器组成，是有机化工、精细化工、石油化工等部门的主要实验设备，尤其在反应工程和催化工程及化工工艺、生化工程、环境保护专业中使用的相当广泛。该实验装置可进行加氢、脱氢、氧化、卤化、芳构化、烃化、歧化、氨化等各种催化反应的科研与教学工作。它能准确地测定和评价催化剂活性、寿命、找出最适宜的工艺条件，同时也能测取反应动力学和工业放大所需数据，是化工研究方面不可缺少的手段。 本装置由反应系统和控制系统组成：反应系统的反应器为管式反应器和流化床反应器，由不绣钢材料制。 气固相催化反应固定床装置是管式反应器，床内有直径3mm的不绣钢套管穿过反应器的上下两端，并在管内插入直径1mm的垲装热电偶，通过上下拉动热偶而测出床层各不同高度的反应温度。加热炉采用三段加热控温方式，上下段温度控制灵活，恒温区较宽。控制系统的温度控制采用高精度的智能化仪表，有三位半的数字显示,通过参数改变能适用各种测温传感器，并且控温与测温数据准确可靠。 气固相催化反应流化床是一种在反应器内由气流作用使催化剂细粒子上下翻滚作剧烈运动的床型。流化床也为不锈钢制，床下部有填装的陶瓷环做预热段，中下部为流化膨胀的催化剂浓相段，中上部为稀相段，顶部为扩大段。也采用三段控温方法。控制系统的温度控制采用高精度的智能化仪表，有三位半的数字显示，通过参数改变能适用各种测温传感器，并且控温与测温数据准确可靠。它的换热效果比固定床优越，能及时把反应热移走，床层温度均匀，避免产物产生过热现象，提高了催化剂的反应效率。故流化床在许多有机反应中得到应用，如丙烯氨氧化制丙烯晴、丁烷或苯氧化制顺酐、二甲苯或萘氧化制苯酐、乙烯氯化、石油催化裂化、烷烃催化脱氢、二氧化硫氧化等都有工业规模生产，在实验室用流化床研究催化剂和工艺条件对产品开发有重大作用。 整机流程设计合理，设备安装紧凑，操作方便，性能稳定，重现性好。此

管式固定床钴基费托合成反应器的数值模拟

管式固定床钴基费托合成反应器的数值模拟 周晴晴;李皓;王密;范飞;申玲 【摘要】基于钴基费托合成集总反应动力学,使用Fluent对镇海炼化年产3000t 合成油试验装置进行工况模拟,得到的催化床层温度分布、CO转化率、出口物料组成、C5+质量分数的模拟计算值与中试装置试验值吻合较好.讨论了反应器进口温度、进口压力、管外沸腾水温度和反应管管径对费托合成反应结果的影响,可进一步指导反应器设计开发和操作优化. 【期刊名称】《化工机械》 【年(卷),期】2018(045)005 【总页数】5页(P652-656) 【关键词】列管式固定床反应器;费托合成;钴基催化剂;Fluent数值模拟 【作者】周晴晴;李皓;王密;范飞;申玲 【作者单位】兰州兰石能源装备工程研究院有限公司;兰州兰石能源装备工程研究院有限公司;兰州兰石能源装备工程研究院有限公司;兰州兰石能源装备工程研究院有限公司;兰州兰石能源装备工程研究院有限公司 【正文语种】中文 【中图分类】TQ051.3 我国是一个“富煤、贫油、少气”的国家，发展煤间接液化的费托合成油技术(CTL)是实现煤炭资源清洁利用的重要方式，可有效缓解我国石油供需矛盾和能源

供应不足的现状。钴基费托合成具有反应温度低、重质烃选择性高、水煤气变换反应低及产物附加值高等特点，在工业生产中被广泛应用。 目前对于费托合成反应器数值模拟方面的研究已经有很多。曹军等建立并求解了铁基费托合成的多物理场耦合二维轴对称数学模型，分析了反应温度、流速和 H2/CO摩尔比对产物分布的影响[1]。Rahimpour M R和Elekaei H对铁基费托 合成进行了二维数值模拟，讨论分析了反应管管径对反应结果的影响并给出了最佳管径[2]。 笔者主要基于钴基费托合成集总动力学方程对管式固定床费托合成反应器进行数值模拟计算，并与镇海炼化年产3 000t合成油中试试验数据进行对比。进一步分析 讨论了工艺操作参数和反应器结构尺寸对费托合成反应结果的影响。 1 钴基费托合成数学模型的建立与求解 1.1 钴基费托合成集总动力学方程 合成油中试装置所使用的钴基催化剂的反应产物多为烃类(CH4、低碳烃、油及蜡等)，二氧化碳和含氧化合物含量很低，水汽变换等副反应不予考虑。费托合成反 应机理复杂，产物种类繁多，数学模拟反应过程和准确预测产物分布相对困难[3]。根据集总思想，钴基费托合成过程中的主要反应和反应的动力学方程如下： CO+3H2→CH4+H2O (1) 3CO+7H2→C3H8+3H2O (2) 10CO+21H2→C10H22+10H2O (3) 22CO+45H2→C22H46+22H2O (4)

石油加工工艺第7章催化重整装置

7. 5催化重整 1・1概述 “重整”是指坯类分子重新排列成新的分子结构。 催化重整装置是用直馆汽油（即石脑油）或二次加工汽油的混合油作原料，在催化剂（钳或多金属）的作用下，经过脱氢环化、加氢裂化和异构化等反应，使坯类分子重新排列成新的分子结构，以生产C6〜C9芳矩产品或高辛烷值汽油为主要目的，并利用重整副产氢气供二次加工的热裂化、延迟焦化的汽油或柴油加氢精制。 1.2重整原料的要求 对重整原料的选择主要有三个方而的要求：即馆分组成、族组成和很低的毒物及杂质含量。 1.镭分组成 对重整原料馅分的组成的要求根据生产目的来确定，其馆分组成一般可分为两个馅程范围。 ■生产高辛烷值汽油时，采用80~180*C的馆分； ■生产苯、甲苯、二甲苯等芳婭时，采用60~1459的馆分； ■而同时生产芳炷和高辛烷值汽油时，可釆用60^180-C的宽憎分。 ■以生产芳坯为目的时，因为苯、甲苯、二甲苯、三甲苯的碳原子数分别为6、7、8、9,所以要求原料油尽可能是相应碳数的烧类，而C6弋9桂类的沸点范围大致在 60~145°C。 ■结论：若以生产芳矩为目的，重整原料一般应切取C6~C9tS分。 ■以生产高辛烷值汽油为目的时，原料油的初馅点不宜过低，因为CWC6的烷炷本身已有较高的辛烷值，不需要重整。至于原料油的终馅点一般取180°C。终憎点过高时, 焦炭、气体产率将上升，而液体收率将下降，且生产周期将缩短。 ■结论：以生产高辛烷值汽油为目的时，重整原料一般应切取大于C6憎分。 2.族组成 含较多环烷婭的原料是良好的重整原料，环烷婭含量高的原料不仅在重整时可以得到较高的芳婭产率和氢气产率，而且可以釆用较大的空速（每小时进入反应器的原料量与反应器内催化剂藏量的比值），催化剂积炭少，运行周期较长。 A芳桧转化率（重整转化率）：重油生成油中的实际芳坯含量/原料的芳坯潜含量: A 芳庇潜含量：原料中C6〜C9的环烷绘全转化为芳绘时所能生产的芳炷量。 3.杂质含量 A重整原料中的少量杂质如碑、铅、铜、硫、氮等会使催化剂丧失活性，原料中的水和氯含量不恰当也会使催化剂失活或减活。 A为了使重整催化剂能长期维持高活性，必须严格限制重整原料中杂质的含量。 A若釆用双金属及多金属重整工艺，往往要求其原料中的5$ 硫

化工反应过程之固定床反应器

化工反应过程之固定床反应器 固定床反应器是一种常见的化工反应器，广泛应用于工业生产中的催 化反应、气体吸附分离、气体净化等领域。它的特点是反应物固定在反应 器内的催化剂床层上，反应过程中通过流体将反应物质质量传递到催化剂 表面进行反应，反应生成物质通过床层离开反应器。 固定床反应器的结构主要由反应器本体、进料管、排料管和反应器床 层组成。反应器本体通常由金属材料制成（如不锈钢），具有良好的发热、承压和耐腐蚀性能。进料管在反应器底部引入反应物质，排料管则在反应 器顶部将反应生成物排出。床层是固定床反应器的核心部分，通常由催化 剂颗粒物质装填而成，具有大的比表面积和较高的孔隙度，以提供足够的 反应表面积和反应空间。 固定床反应器在化工生产中具有重要的应用。首先，它广泛用于催化 反应。在固定床反应器中，催化剂床层有效地提供了反应的活性表面，使 得反应速率得以提高。例如，加氢反应、氧化反应、脱氢反应等都可以使 用固定床反应器进行。其次，固定床反应器也被用于气体吸附分离和气体 净化。吸附剂床层能够吸附特定成分，实现气体组分的分离和纯化。此外，固定床反应器还适用于颗粒物质的固液分离、固气分离等过程。 固定床反应器的工作原理主要包括质量传递和物质平衡两个方面。在 反应物进入床层前，需要先经过预热区，以使其达到适宜的反应温度。之后，在床层内发生质量传递过程，即反应物质通过流体传递到催化剂表面，发生化学反应。在反应过程中，需要保持适宜的温度和压力条件，以提供 反应的最佳反应速率和选择性。反应生成物质则随着流体一起流出固定床 反应器。

固定床反应器的优势在于：一、反应物质与催化剂的接触充分，反应效率高；二、催化剂寿命长，催化剂载体不易破碎；三、床层的填料物质易于更换和维护；四、反应器体积相对较小，能够实现高度效能的连续化生产。 然而，固定床反应器也有一些缺点需要克服。首先，反应床层在长时间运行后会出现积碳、堵塞等现象，需进行定期清洗和更换床层。其次，固定床反应器对反应物料的物理性质要求较高，如化学性质、颗粒度等。此外，固定床反应器还面临热量和质量传递不均匀、温度梯度大等问题。 综上所述，固定床反应器作为一种常见的化工反应器，在工业生产中应用广泛。它具有高效、稳定、可连续化等特点，适用于催化反应、吸附分离、气体净化等领域。固定床反应器的工作原理涉及质量传递和物质平衡，同时也面临一些挑战和局限。未来，通过改进催化剂设计、优化反应条件等方面的研究，固定床反应器将更好地满足化工生产的需求。

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，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，氮与电反应生成灰氮(CaCN2)以及多矿物的焙烧等，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；床流体的停留时间可格控制，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的温度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／径比不宜过大，床层填充务必均匀，并注意气流的预分布，以保证气流在床层的均匀分布。

固定床列管式反应器设计说明书(曾礼菁)

固定床列管式反应器的设计 ◆乙烯法合成乙酸乙烯的原理 (2) 一、催化剂 (2) 1. 催化剂的组成 (2) 2. 催化剂的制备 (2) 3. 催化剂物性 (2) 二、反应方程 (2) 三、工艺条件的确定 (3) 1、反应温度 (3) 2、反应压力 (3) 3、原料配比 (3) ◆乙烯法合成乙酸乙烯反应器的设计计算 (4) 一、设计选材 (4) 二、设计数据和工作参数 (4) 三、反应器进出物料组成 (4) 四、基本物性数据 (5) 1、相对分子质量 (5) 2、密度 (5) 3、黏度 (5) 4、比热容 (6) 五、反应器的数学模型 (6) 1、床层对外的径向换热项 (6) 2、动力学方程 (6) 3、浓度分布方程 (7) 4、温度分布方程 (7) 5、数学模型方程参数 (7) 6、数学模型计算及其结果 (8) 六、反应管排布 (9) 七、气体分布板设计 (9) 1、气体分布板的形式 (9) 2、分布板的压降 (9) 3、板厚 (11) 4、孔数和孔径的确定 (11) 八、壳程换热 (12) 1) 换热介质进出口结构 (12) 2) 换热介质 (12) 3) 折流板型式 (12) 九、管口设计 (12) 1、反应物进口 (12) 2、产物出口 (13) 3、换热介质进口 (13) 4、换热介质出口 (13) 十、预热器 (13) 十一、封头 (13) 十二、支座 (13) ◆附录一 (14) ◆参考文献 (16)

◆乙烯法合成乙酸乙烯的原理 一、催化剂[6] 选用Bayer-I型催化剂 1.催化剂的组成： ●活性组分——钯、金：组分金的作用是防止活性组分钯产生氧化凝聚，使钯在载体上维持良好的分散状态。 ●助催化剂——乙酸钾：乙酸钾的存在有助于反应组分乙酸在钯金属上缔合，促进物理吸附的乙酸的离解和释放氢离子，使钯－氧间的键结合力减弱，促使乙酸钯的分解；此外，还可抑制深度氧化反应，从而提高了反应的选择性。 ●载体——硅胶：承载活性组分及助催化剂，使其在载体表面上呈高度分散状态。 2.催化剂的制备： ●结构： μ；中间的第二层是一层黑Bayer-I型催化剂为球星颗粒，最外面的第一层是灰色的表皮层，厚度约为100m μ；最里面的第三层是载体硅胶，呈浅土黄色。色的环，这是活性组分钯和金的主要集中区，厚度为500～700m ●制备： 催化剂载体的制备是用粗孔硅胶，经过高温干燥后磨成细粉，而后制成5～6mm的小孔，经过打光干燥、焙烧、过筛、扩孔、洗涤、干燥、选粒、热处理等加工，成为成品硅胶载体。 催化剂的制备大体经历四个阶段。首先，将氯化钯溶解在盐酸中，氯化钯转变成氯钯酸： PdCl2+2HCl H2PdCl4然后，以碳酸氢钠中和所形成的氯钯酸，使其转变成氯钯酸钠： H2PdCl4+2NaHCO3Na2PdCl4+2CO2+2H2O第三步是陈化、固定阶段，即在碱性介质中，将氯钯酸钠转变成氢氧化钯： Na2PdCl4Pd(OH)2+4NaCl与此同时，氯金酸也转变成氢氧化金： HAuCl4+4NaOH Au(OH)3+4NaCl+H2O最后用联氨还原得到所需要的催化组分： 2Pd(OH)2+NH2NH2Pd+N2+4H2O 4Au(OH)3+3NH2NH4Au+3N2+12H2O 注：KOAc在反应过程中会流失，根据经验，除初始加入KOAc，随反应物还得添加KOAc，流量为2. 716kg/h。 二、反应方程 C2H4+CH3COOH+0.5O2CH3COOCHCH2+H2O+146.7kJ ●主反应：

催化重整固定床反应器传递及反应过程的数值模拟

催化重整固定床反应器传递及反应过程的数值模拟 催化重整固定床反应器是一种常见的化工反应器，用于将低碳烷烃转 化为高碳烯烃，如将甲烷转化为乙烯。在此过程中，催化剂起到了至关重 要的作用，促进了反应的进行。为了进一步理解催化重整固定床反应器的 传递过程和反应过程，可以进行数值模拟。 传递过程是指物理和化学物质在反应器内传递的过程。这包括质量传 递和热传递。在催化重整固定床反应器中，物质传递通常是通过扩散来实 现的。扩散过程可以通过Fick's第一和第二定律来描述。在数值模拟中，可以使用基于数值方法的扩散模型来模拟物质传递。 在反应过程中，化学反应发生在催化剂颗粒的表面上。反应速率通常 符合Arrhenius方程，该方程描述了反应速率与反应物的浓度和温度之间 的关系。在数值模拟中，可以使用反应动力学模型来描述反应速率，并结 合传递过程进行模拟。 在进行催化重整固定床反应器的数值模拟时，需要利用一些关键参数 来进行模拟。这些参数包括反应器的几何形状、催化剂的特性、反应物的 初始浓度和温度，以及反应物的扩散系数等。这些参数可以通过实验或经 验公式确定。 催化重整固定床反应器的数值模拟可以帮助优化反应器的设计和操作。通过模拟，可以预测反应物的转化率和选择性，提高反应器的利用率和产率。此外，模拟还可以揭示反应器内部的物质传递和反应机理，为反应器 的改进提供指导。 总之，催化重整固定床反应器的数值模拟是一项重要的研究工作，可 以帮助我们更好地理解和优化该反应器的传递和反应过程。通过模拟，我

们可以得到反应器内各个位置的物质浓度、温度分布和反应速率等信息，从而优化反应器的设计和操作，提高其性能和效率。

列管式固定床反应器的模拟与设计 毕业设计

列管式固定床反应器的模拟与设计 摘要：列管式固定床反应器是化工行业和石化行业中一种非常重要的反应器,对一些强放热反应优势明显。传统的模拟和设计列管式反应器的方法是基于单管实验,假定工业反应器内各反应管的操作条件与单管实验条件相同,也就是说忽视了工业反应器内冷却条件和流动的不均匀性,这个假定会引起很大的误差。邻二甲苯氧化制苯配是工业生产苯配的主要工艺,其工业生产主要在列管式固定床反应器内进行。要设计合理的列管式反应器,最重要的就是确定壳程空间的最优解。本文提出了一个关于壳程的二维小池模型,将壳程空间分成若干个二维小池,在所有小池内,冷却剂的流动只有平行于管束和垂直于管束两个分量。 关键词:列管式反应器,固定床,结构设计

目录 列管式固定床反应器的模拟与设计 (1) 第1章前言 (3) 第2章文献综述 (4) 2.1苯配生产 (4) 2.2列管式固定床反应器的结构 (5) 2.3列管式固定床反应器的设计进展 (7) 2.4反应器的分析方法 (18) 2.5反应器结构的优化 (19) 第3章列管式固定床反应器中邻二甲苯氧化反应的研究 (20) 3.1邻二甲苯氧化制苯配工艺 (20) 3.2一维拟均相模型求解管侧 (22) 3.3二维拟均相模型求解管侧 (24) 3.4操作参数对邻二甲苯氧化反应的影响 (26) 3.5结果与讨论 (28) 第6章全文总结 (29) 参考文献 (31)

第1章前言 固定床催化反应器是化学工业和石油化学工业中应用多、用面广泛的反应设备,根据其换热方式可分为绝热和非绝热(列管式)两种。对于反应热效应很大,收率对温度敏感而又要求高转化率和高选择性的反应,为维持适宜的温度,必须用换热介质来移走或供给热量,采用列管式固定床反应器是非常合适的。如丙烯胺氧化制备丙烯睛、蔡或邻二甲苯氧化制备苯配、乙烯氧化制环氧乙烷、苯或正丁烷氧化制顺配、异丁烯氧化制备甲基丙烯酸等[1][5]。 如今,相当一部分气固相催化反应在列管式固定床反应器中进行,而该反应器的设计开发技术大都是从国外引进,国内的装置普遍存在温差较大的问题,主要是壳程冷却剂流动分布不均的问题。一般说来,列管式固定床反应器的设计和管壳式换热器具有很多相似性和共同点,因此国内外对MTR的研究往往以管壳式换热器作为研究对象。这两种设备都是由多根管子和一个壳程组成,另外反应器内通常配备特殊设计的挡板,以确保最有效的流体分布,从而得到最佳的换热效果。显然,反应器的外部几何形状会随着情况不同而不同,通常情况下,列管式固定床反应器的管径/管长值比管壳式换热器的要大很多。列管式反应器的管子数可多达20000到30000根,而管壳式换热器很少能达到数千根管子。 列管式固定床反应器是由多根直径25～50mm的反应管并联构成。几乎所有类型的列管式固定床反应器都是在管内装填某种催化剂,管束的排列方式有多种,在大多数工业设计中,管子都是等边三角形排列的。在壳程,适当的载热体(如水、熔盐、多种矿物油以及液态金属等)流经管间移走或提供反应热。列管式反应器根据换热介质的不同分为对外换热式和自热式。列管式固定床反应器具有以下优点:反应器床层内流体的轴向流动近似为理想的活塞流,而活塞流内的化学反应速度非常快,单程转化率高,为完成同样生产任务所需催化剂的用量少,反应器体积可以较小。流体在反应器内的停留时间可以严格控制,床层的温度分布可以严格的控制,因而有利于提高化学反应的转化率和选择性。此外固定床反应器中的催化剂不易磨损,损耗率低[6][7]。 传统的列管式反应器设计一般是基于假定工业反应器中的实际操作条件与单管实验的操作条件相同,即每根管子的操作条件相同。这个假定只对热载体分布完全均匀的并流反应器适用,对错流式反应器并不适用。但在实际的操作过程

反应过程与技术固定床反应器的计算

§２－４固定床反应器的计算 Calculation of fixed bed 计算内容：① 催化剂用量；②床层高度和直径；③传热面积；④床层压力降。 计算基础：反应动力学方程；物料衡算；热量衡算。 固定床反应器的经验计算法： 利用实验室；中间试验装置；工厂现有装置最佳条件测得数据。 一．催化剂用量的计算 Calculation of catalyst use level 1.空间速度： Space velocity V ON ~ 原料气体积（标）流量 V R ~ 催化剂填充体积 意 义：单位体积催化剂在单位时间内通过原料标准体积流量 ２ .接触时间： Contact time V 0 ~ 反应条件下，反应物体积流量 ~ 床层空隙率 PV nRT , p 0V ON nRT 0 T 0 273K ，p 0 101.3 103 p a 3.空时收率： Space time yield(STY) W G W S V R V 0 V 0 V ON Tp 0 代入 T 0 p V ON Tp 0 V R T 0 p Tp 0 T 0 p

意义：反应物流经床层时，单位质量（或体积）催化剂在单位时间内所获得的目 的产物量。 ４.催化剂负荷Catalyst load W W W W ~原料 Kg /h W S ~ cat Kg 或 m3 S G G W S 单位质量催化剂在单位时间内通过反应所消耗的原料 ５.床层线速度与空床速度Linear velocity and superficial velocity 线速度：u V0反应体积在反应下，通过催化剂床层自由截面积的速率。 A R 空床速度：u0V在反应条件下，反应气体通过床层截面积时的气速。 A R 使用条件：所设计的反应器与提供数据的装置具有相同的操作条件cat、、、原料、 u、 T、P等） 不可能完全相同只能估算。 二．反应器床层高度及直径的计算Calculation of reactor 体积一定：床层高度床层截面积气速 u , 流动阻力动力消耗； 床层高度H u ，对传热不利，另：H 太小，气体易产生短 路。 根据经验：①取气体各空床速度； ②再计算床层工截面积； ③校床层阻力降； ④确定床层的结构尺寸。

反应操作单元(固定床、流化床、釜式、管式、塔式反应器)机械化、自动化设计指导方案(试行)

附件2.5 反应操作单元 （固定床、流化床、釜式、管式、塔式反应器）机械化、自动化设计指导方案（试行）

目录 1 反应物系的相态 (1) 2 反应器类型 (1) 2.1固定床反应器 (1) 2.2流化床反应器 (1) 2.3釜式反应器 (2) 2.4管式反应器 (3) 2.5塔式反应器 (3) 3 反应器操作方式 (4) 3.1间歇操作 (4) 3.2连续操作 (4) 4 机械化、自动化操作要求 (5) 4.1间歇操作 (5) 4.1.1进料 (5) 4.1.2出料 (7) 4.1.3反应过程 (8) 4.2连续操作 (8) 4.2.1进料 (8) 4.2.2出料 (9) 4.2.3反应过程 (9) 4.3其他 (9) 5集中控制要求 (10) 6 典型反应器单元设计方案 (10) 6.1工艺简述 (10) 6.2釜式反应器间歇操作的机械化和自动化实施方案 (11) 6.2.1进料 (11) 6.2.2反应过程 (11) 6.2.3出料 (11)

1 反应物系的相态 化学反应是指分子破裂成原子，原子重新排列组合生成新分子的过程。按反应物系的相态来分类，化学反应分为均相反应和多相反应，其中均相反应分为气相均相、液相均相、固相均相三类；多相反应分为气-固、气-液、液-液、液-固、固-固、气-液-固等六类。 2 反应器类型 反应器是一种实现反应过程的设备，根据不同特性，有不同的分类，工业生产中常用的五种反应器有固定床反应器、流化床反应器、釜式反应器、管式反应器、塔式反应器。 2.1固定床反应器 化学工业中最为常用的气固相反应器主要是固定床反应器。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。 2.2流化床反应器 流态化技术是一种强化流体(气体或液体)与固体颗粒间相互作用的操作，可使操作连续，生产强化，过程简化。具有传热效率较高、床层温度分布均匀、相间接触面积很大、固体粒子输送方便等优点。流态化的过程

固定床反应器中甲烷化过程的多尺度模拟

固定床反应器中甲烷化过程的多尺度模拟煤制天然气是我国能源战略中非常重要的一环,在此背景下,作为煤制气核心技术的甲烷化一直是相关领域的研究热点,因此了解甲烷化反应器内不同尺度上的反应-传质-传热等传递特性非常重要。但是该过程涉及到宏观-介观-微观的多尺度耦合,这造成了窥探其内部规律的难度。 为了能够仔细地了解这一过程中各个尺度上的作用规律,便于更加有效地指导相关反应器的优化,本文利用COMSOL multiphysics软件对固定床反应器中的甲烷化过程展开了多尺度研究。多尺度的方法一般分为两种,为并发的多尺度方法（concurrentmulti-scale methods）以及递阶的多尺度方法（hierarchical multi-scale methods）。 本研究以实际的固定床反应器为参考,结合以上两种多尺度方法,建立了多种固定床多尺度模型。在递阶模型中,从介观尺度上,建立了催化剂床层模型;从微观尺度上,通过软件构建出了一个额外的维度,以此来描述单个催化剂颗粒内部的化学反应过程。 在并发模型中,通过软件划分出了催化剂颗粒域与流体域,以此来描述催化剂颗粒内部的化学反应与物料在床层中的流动与混合。针对不同模型的特点,根据实验室条件选取了二维并发多尺度模型与三维递阶多尺度模型对固定床反应器中的甲烷化过程进行了多尺度模拟。 结果表明:（1）在介尺度上,从床层进口到出口,反应物CO的浓度在逐渐减小,生成物CH₄的浓度在逐渐增大。在反应进行的第50 s,其温度表现为先升高再降低,最大值为557.06 K。 同时在床层同一高度的径向上,各物质均呈现出不均匀的浓度分布,反应物

固定床反应器仿真操作单元

《反应过程与技术》仿真操作指导书 周波 辽宁石化职业技术学院 石油化工系

固定床反应器仿真操作单元 （加氢装置） 一.工艺流程说明 本流程为利用催化加氢脱乙炔的工艺。乙炔是通过等温加氢反应器除掉的,反应器温度由壳侧中冷剂温度控制。 主反应为：nC2H2＋2nH2→（C2H6）n，该反应是放热反应。每克乙炔反应后放出热量约为34000千卡。温度超过66℃时有副反应为：2nC2H4→（C4H8）n，该反应也是放热反应。 冷却介质为液态丁烷，通过丁烷蒸发带走反应器中的热量，丁烷蒸汽通过冷却水冷凝。 反应原料分两股,一股为约-15℃的以C2为主的烃原料,进料量由流量控制器FIC1425控制;另一股为H2与CH4的混合气,温度约10℃,进料量由流量控制器FIC1427控制。FIC1425与 FIC1427为比值控制,两股原料按一定比例在管线中混合后经原料气/反应气换热器(EH-423) 预热,再经原料预热器(EH-424)预热到38℃,进入固定床反应器(ER-424A/B)。预热温度由温度控制器TIC1466通过调节预热器EH-424加热蒸汽(S3)的流量来控制。 ER-424A/B中的反应原料在2.523MPa、44℃下反应生成C2H6。当温度过高时会发生C2H4 聚合生成C4H8的副反应。反应器中的热量由反应器壳侧循环的加压C4冷剂蒸发带走。C4蒸汽在水冷器EH-429中由冷却水冷凝,而C4冷剂的压力由压力控制器PIC-1426通过调节C4蒸汽冷 凝回流量来控制,从而保持C4冷剂的温度。 本单元复杂控制回路说明： FFI1427:为一比值调节器。根据FIC1425（以C2为主的烃原料）的流量，按一定的比例，相适应的调整FIC1427（H2）的流量。 比值调节：工业上为了保持两种或两种以上物料的比例为一定值的调节叫比值调节。对于比值调节系统，首先是要明确那种物料是主物料，而另一种物料按主物料来配比。在本单元中，FIC1425（以C2为主的烃原料）为主物料，而FIC1427（H2）的量是随主物料（C2为主的烃原料）的量的变化而改变。 该单元包括以下设备： EH-423: 原料气/反应气换热器 EH-424: 原料气预热器

合成氨反应器及工艺流程的模拟计算

合成氨反应器及工艺流程的模拟计算 合成氨反应器是化学工业中最重要的反应器之一，用于通过合成气 （一氧化碳和氢气）和氮气的反应制备氨气。合成氨的生产过程具有高温、高压和剧烈的反应动力学过程，因此合成氨反应器的模拟计算对于反应器 的设计和优化具有重要意义。 一.合成氨反应器的工艺流程 1.原料气的准备：原料气包括合成气和氮气。合成气是由一氧化碳和 氢气按一定的比例混合而成，其理化性质对合成氨反应的效果有着重要的 影响。一氧化碳和氢气需要通过催化转化制备成合成气。 2.前处理步骤：合成气和氮气进入反应器之前需要经过一些前处理工艺，如去除杂质、调整温度和压力等。 3.反应步骤：合成气和氮气在反应器中通过一系列的反应和转化得到 氨气。反应器通常采用固定床或流化床的形式，其中固定床反应器比较常见。反应器内置有催化剂床层，催化剂通常是铁或铁钼。反应的主要反应 式是： N2+3H2->2NH3 该反应是一个放热反应，反应温度通常在350-550摄氏度之间。 4.分离步骤：反应产物中的氨气需要与未反应的氮气和副产物进行分离，常用的分离方法包括冷凝、吸附和升降塔等。 模拟计算的主要内容包括： 1.物料平衡：通过分析反应器的输入和输出物料进行物料平衡计算， 确定反应器中各组分的流量和浓度分布。

2.能量平衡：考虑反应器中的能量转移和反应产生的热量，计算反应 器的温度分布和热量平衡。 3.动力学模型：建立反应的动力学模型，描述反应速率和反应机理， 确定反应速率常数和反应级数。 4.催化剂模型：考虑催化剂的物理特性和反应机理，建立催化剂活性 和失活的模型。 5.反应器设计和优化：通过模拟计算，可以调整反应器的操作条件， 如温度、压力、空速等，以实现合成氨反应的最佳效果和工艺参数。 三.模拟计算的应用和挑战 然而，合成氨反应器的模拟计算也存在一些挑战。首先，合成氨反应 是一个复杂的多相反应过程，涉及多个物理和化学因素的相互作用。其次，反应器中催化剂的活性和失活过程对反应效果和生产周期有着重要影响， 但催化剂的性质和行为往往是难以确定和预测的。 因此，合成氨反应器的模拟计算需要进行多层次、多尺度的建模和计算，结合实验和经验数据，不断优化和验证模型的准确性和可靠性。 总之，合成氨反应器的模拟计算是反应器设计和工艺优化的重要工具，可以有效预测和优化反应的效果和工艺参数。然而，模拟计算仍然需要不 断完善和发展，以实现对复杂多相反应过程的准确描述和预测。

反应设备知识

加氢反应器 一、固定床反应器 固定床反应器是指在反应过程中，气体和液体反应物流经反应器中的催化剂床层时催化剂床层保持静止不动的反应器。 固定床反应器按照反应物料流动状态的不同又分为鼓泡式，滴流式和径向反应器，相应的分别称为鼓泡床。滴流床和径向反应器。 （一）概述 1、鼓泡反应器 在鼓泡反应器中气体通过气体分布器在液相中鼓泡，产生气、液相接触界面和湍动。这类反应器结构简单，造价低，特别适用于少量气体和大量液体（高持液量）的反应。在鼓泡床反应器中流体流向以并流为多。 鼓泡床反应器因有很高的液-气体积比，所以单位反应器体积的气-液接触比其它类型反应器的大，由于气泡运动导致液体充分混合，促使整个反应器内的温度较为均匀，这一点对温度敏感的反应系统控制收率是合适的。 鼓泡床反应器在设计时，一般按等温过程处理，并进行物料衡算。在设计计算时，需考虑气-液两相的流动形式，一般可分为： ①气相为活塞流，液相为全混流； ②气、液两相均为全混流； ③气、液两相按扩散模型处理。 显然，鼓泡式反应更适合应用于悬浮床反应器中，故真正用到固定床反应器中的较少。 2、滴流床反应器 在滴流床反应器中，气体和液体反应物通过分配器向处于下部的静止固体催化剂均匀喷洒，并在流经催化剂的过程中发生化学反应，生成所需的目的产品。滴流床反应器结构简单，造价低，在石油加氢装置上大量采用，在滴流床反应器中，液体流向是以气、液两相并流向下运动的。滴流床反应器一般被看作为绝热、活塞流反应过程。转化率随床层下移而增加，其温度也逐渐升高（放热反应）或下降（吸热反应）。 在石油加工领域，固定床滴流反应器大量应用在馏分油、石蜡、润滑油的加氢精制、蜡油的加氢裂化和大部分的渣油加氢处理上。影响滴流床加氢效果的因素很多，在工程设

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,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。

文举主编.大气污染控制工程.高等教育,2006.11.