38 第七章 气态污染物控制技术基础.ppt

第1页：设计基础

设计基础

• 设计基础
• 停留时间
• 决定反应的转化率
• 由催化床的空间体积、物料的体积流量和流动方式决定VR－催化剂体积,m3Q－反应气体的实际体积流量,m3/hε－催化床空隙率,%

第2页：反应器的流动模型

反应器的流动模型

• 设计基础
• 反应器的流动模型
• 活塞流、混合流
• 实际流态介于两者之间
• 反应器内每一点的流态各不相同，停留时间各异
• 不同停留时间的物料在总量中所占的分率具有相应的统计分布－停留时间分布函数
• 工业上，连续釜式反应器－理想混合反应器；径高比大的固定床－活塞流反应器

第3页：空间速度

空间速度

• 设计基础
• 空间速度
• 单位时间通过单位体积催化床的反应物料体积VR－催化剂体积,m3QN－标态下反应气体体积流量,m3/h
• 接触时间－空间速度的倒数

第4页：经验计算法

经验计算法

• 经验计算法
• 将催化床作为一个整体
• 利用经验参数设计
• 通过中间实验确定最佳工艺条件VR－催化剂体积,m3QN－标态下反应气体体积流量,m3/hWSP－空间速度，1/h
• 催化剂装量

第5页：数学模型法

数学模型法

• 数学模型法
• 反应的动力学方程＋物料流动方程＋物料衡算＋热量衡算
• 反应热效应小的催化床－等温分布计算VR－催化剂体积,m3Q－气体体积流量,m3/h－反应体系中各种气体分子的总摩尔数

第6页：转化率较高的工业反应器

转化率较高的工业反应器

• 数学模型法
• 转化率较高的工业反应器，温度分布具有明显的轴向温差
• 轴向等温分布计算－反应的热效应,kJ/molN0－总的衡分子流量,mol/h－混合气体的平均定压比热,kJ/(mol
• K)yA0－物料A的初始摩尔分率

第7页：固定床反应器

固定床反应器

• 最主要的气固相催化反应器
• 优点:
• 流体接近于平推流，返混小，反应速度较快
• 固定床中催化剂不易磨损，可长期使用
• 停留时间可严格控制，温度分布可适当调节，高选择性和转化率
• 缺点:
• 传热差(热效应大的反应，传热和温控是难点)
• 催化剂更换需停产进行

第8页：单层绝热反应器

单层绝热反应器

固定床反应器

• 单层绝热反应器
• 结构简单，造价低廉，气流阻力小
• 内部温度分布不均
• 用于化学反应热效应小的场合

第9页：多段绝热反应器

多段绝热反应器

固定床反应器

• 多段绝热反应器
• 相邻两段之间引入热交换(a)直接换热(b)间接换热

第10页：列管式反应器

列管式反应器

固定床反应器

• 列管式反应器
• 用于对反应温度要求高，或反应热效应很大的场合
• 其他反应器
• 径向反应器
• 薄层床反应器
• 自热式反应器

第11页：反应器类型的选择

反应器类型的选择

• 根据反应热的大小和对温度的要求，选择反应器的结构类型
• 尽量降低反应器阻力
• 反应器应易于操作，安全可靠
• 结构简单，造价低廉，运行与维护费用经济

第12页：固定床的阻力计算

固定床的阻力计算

• 颗粒固定床，欧根（Ergun）公式：ΔP－床层阻力,PaH－床高,mv－空床流速,m/sμ－气体粘度,Pa
• sρ－气体密度,kg/m3ds－颗粒体积表面积平均直径,μmε－空床孔隙率,%

第13页：实际计算应根据温度和流量的变化

实际计算应根据温度和流量的变化

固定床的阻力计算

• 实际计算应根据温度和流量的变化，将床层分段计算
• 阻力与床高和空塔气速的平方成正比，即与截面积的三次方成反比
• 与粒径成反比
• 与孔隙率的三次方成反比