第6章-固定床反应器4.ppt

6.2.3 固定床中的传热 床层的传热性能直接决定了床内的温度分布，从而对反应速率和产物的组成分布都具有十分重要的影响。 传热方式： 导热、对流传热、热辐射。 传热途径： 粒内传热、颗粒与流体间传热、床层与器壁间传热。 固定床的径向传热方式 床层空隙内部流体的传热 颗粒之间通过接触的传热 颗粒表面附近流体中的传热 空隙内部流体的辐射传热 流体混合所引起的径向对流传热 颗粒表面之间的热辐射传热 一、颗粒与流体间传热系数 1、传热因子 适用范围 颗粒与流体间的传（给）热系数hp dp可用dv代 注意：在参考其他教材时，给热系数多以α表示。 6.2.2 床层压降 床层压降是固定床反应器设计的重要参数，要求床层压降不超过床内压力的15%。 气体流动通过催化剂床层的压力降厄根(Ergun)方程计算式： 摩擦系数 修正雷诺数： um —— 平均流速(空床气速)； L —— 床层高度； ρ、μ—— 流体的密度和粘度； ds —— 比表面当量直径。 Rem10，层流，上式中右边第二项可忽略； Rem1000，湍流，上式中右边第一项可忽略。 式中：dp —— 体积相当直径； —— 质量流速。 fm和n可由图6-11查取。 常用的Δp计算公式： 图6-11 固定床的摩擦系数 推导在化工原理中： de：当量床层直径 dp/dl：床层高向的压强变化 ρ：流体密度 u：实际流速，通常以空塔气速um=u/εB表示 影响固定床压力降的因素 流体 流体的密度 流体的粘度 流体的质量流率 床层 床层的高度 床层的空隙率 流通截面积 颗粒 颗粒的形状 颗粒的粒度 颗粒的表面粗糙度 颗粒的物理特性 床层直径与颗粒直径之比 dt / ds 8 时应考虑壁效应对固定床压力降的影响。用下列关联式： 床层压降计算 例：在内径为50mm的管内装有4m高的催化剂层，催化剂的粒度分布如下表。催化剂为球体，空隙率?B＝0.44。在反应条件下的气体密度?=2.46kg/m3，粘度?=2.3?10-5kg/(m?s)，气体的质量流速G =6.2kg/(m2?s)。求床层压降。 粒度 ds/mm 3.40 4.60 6.90 质量分率 w 0.60 0.25 0.15 一、颗粒直径的表示方法 1、表示方法 　　体积相当直径 　　面积相当直径 　　比表面相当直径 式中：SV=ap/Vp， ——颗粒的比表面积 　　　ap ——与非中空颗粒等外表面积的圆球外表面积 　　　Vp ——非中空颗粒等体积的圆球体积 注意：三种方法的计算结果不同 颗粒床层的特性 (1) 床层空隙率 ① 定义：床层中，空隙所占体积分率。 表明： 床层堆积的松散程度； ε↑，空隙越大，床层越松散； ε对流体流过床层的阻力影响很大。 L u 3、固定床的径向流速分布 尽管在近壁处空隙率较大，但壁摩擦阻力使流速将低到接近0。一般工程上认为当床层直径与颗粒直径之比dt / ds=8 时，可不计壁效应。 空管内层流 空管内湍流 填充层内液体流动 填充层内气体流动 1 0 2 颗粒视密度又称颗粒密度。即单个颗粒的密度。若单个催化剂颗粒质量为m，颗粒体积为V粒，则视密度ρp=m/V粒 床层堆积密度 是单位体积颗粒床层的固体质量，颗粒床层体积是颗粒体积与颗粒之间空隙的总和。若催化剂质量为m，堆体积为VB，则堆密度ρB=m/VB。 同一种颗粒，其真密度不变，但当床层的空隙率不同时，颗粒床层的堆密度不同。 固定床的空隙率是颗粒物料层中颗粒间自由体积与整个床层体积之比，它是固定床的重要特性之一。空隙率对流体通过床层的压力降、床层的传热都有重大的影响。 颗粒形状、颗粒的粒度分布、充填方式、颗粒直径与容器直径之比都影响空隙率。固定床中同一截面上的空隙率也不相同，近壁处较大，中心处较小。一般工程上认为当床层直径与颗粒直径之比达 8 时，可不计壁效应。 壁效应影响是指靠近器壁的空间结构与其他部分有很大差别，器壁处的流动状况、传质、传热状况与主流体中也有很大差别。当采用实验规模的小型设备研究传质、传热、反应的规律时，器壁的影响远比大型设备为大。 修正雷诺数： um —— 平均流速(空床气速)； L —— 床层高度； ρ、μ—— 流体的密度和粘度； ds —— 比表面当量直径。 影响固定床压力降的因素 流体 流体的密度 流体的粘度 流体的质量流率 床层 床层的高度 床层的空隙率 流通截面积 颗粒 颗粒的形状 颗粒的粒度 颗粒的表面粗糙度 颗粒的物理特性 床层压降计算 例：在内径为50mm的管内装有4m高的催化剂层，催化剂的粒度分布如下表。催化剂为球体，空隙率