一个化过程的实现,似括化及其作条的确,集化验的,计参数F为气体的体积流量,m3/b,F为反应器内催化剂床层的断面积,或按尺寸计算的截面积与单元数的乘积,2了类似于吸收过程的“空塔速度”,代表气流流过催化剂断面的速度,它是庆定反应器在反应区停留时间的重要参数Ay=V,/(pCm3/(h·m2)或m为催化剂的体积,m,为单位催化剂体积的表面积或称体积比表积,32述气旅过催化剂表面的速度,其定义是催化剂几何形体的单位表面的气体说甲位时间内,气体体积与催化剂的几何表面积之比,显然,这就引入了表空间速度Sv=V/V.(h-或s1)度的定义是单位体积的催化剂在单位时间内所能处理的气体积,换之,单信时剂的气体积与催化剂体积之比:这就进一步空释了锯化当气条所表达的就是时间概念,即接触时间,Sv是催化剂的重要性能参点。实际上主要决定于催化剂的性能。因此,每种催化剂都有其***佳Sy值,由试验测知,空间速催化反应器的主要的设计参数,由于气体体积随温度、压强的变化丽变化,所以气体体A要算成标准状态下的体积,并以反应前标态气体体积流量(初始流量)为基准来计算空根据前述定义,空间速度为:(35-4)式中,Vp为初始体积流量,m3/s;V。为催化剂床层体积,m2Sv为空间速度空间速度的倒数即为接触时间:(355)式中,为接触时间,s般说,V/T系催化剂的***佳Sv值介于6000-700h-1之间(1.7~2.0s-1),所以按照空间速度考虑,接触时间约为0.5~0.6s。需要注意的是,接触时间和停留时间概念不一样,反应物通过催化床层的时间称为停留时停留时间决定了物料在催化剂表面化学反应的转化率。气体在固定床的停留时间可按下式来式中,t为停留时间,s。在设计实践中,应保证停留时间大于由Sv计算的接触时间,即t为催化床空隙率,%;V催化剂床层体积,m2;V为反应气体实际体积流量,m3/h算反应速率时,需要各组分瞬时摩尔流量。但实测各组分的瞬时流量有困难,因此常用转转化率与反应速率对于据塞流流动系统,将组分A的转化率定文为化事计算反应速率式中,NA为组分A初始流量,kmol/sNA为组分A某一瞬时流量,kNANAO(I-aA)在流动系中,组分A的反应速率A可用单位体积中该组分摩尔流量的减少表示将上式微分将式(357)代入式(3-58)中得由式(354)和式(35-5)可知:V.-VaIN将式(3-5-10)代人式(3-5-11)得式中,cA为相当于标准状况下的初始浓度,kmol/m3二、催化反应器计算(-)因定床居体积的计算气固相催化反应器的设计有三种计算方法:一是经验计算法;二是数学模型法;三是理论(1)数学模型法是借助于反应动力学方程、物料流动方程、物料热量衡算方程,通过则联立求解,求出在指定反应条件下达到规定转化率所需要的催化剂体积。而这些基础方程的立一般要通过对反应的物理和化学过程做必要的简化,***后通过实验测定完成。实际上数学法是建立在对化学反应深入实验研究的基础上的尽管固定床催化反应器很接近理想活塞流反应器,它的数学模型计算相对简化,但要建立靠的动力学方程,获得准确的化学反应基本数据(如反应热)和质、热传递过程数据,一般仍不开实验测定。因此数学模型的实际应用受到限制。以实验模拟为基础的经验计算法反而显得简便与可靠,因而得到普遍的应(2)经验计算法是把整个催化床作为一个整体,利用生产的经验参数设计新的反应器,或通过中间试验测得***佳工艺条件参数(如反应温度、空间速度等)和***佳操作参数(如空床气速和许可压降等),在此基础上求出相应条件下的催化剂体积和反应床截面积及高度。经验计算法要求设计条件符合所借鉴的原生产工艺条件或中间试验条件,在反应物温度、度、空间速度和催化床层温度和气流分布等方面尽量保持一致。因此,不宜高倍放大。中间试的规模要足够大,否则误差大(3)理论计算法用催化法净化气态污染物,由于废气中污染物浓度低,放热量较少,反应速率不高,可近似视为绝热过程。同时为简化计算,可将固定床反应器看成理想置换反应器,可采用拟均相一维理想流动基础模型进行理论计算。理想置换反应器的初始流量为Va,组分A的入口浓度为cAN,入口转化率为a8,出浓度为4B,出口转化率为a。在反应器内取微元体V,其两端面的转化率分别为a和分反应量为xAdv下元内的物料平衡关系为VooNAnN(I-aA)-VeNcAIN(1-ax-dan-rAdV,中,为达到一定催化程度所需的反应床层体积7上式可知,只有已知总反应速率mA与反应转化率a△之间的关系后,才能计算催化床层的(3b17)应道率八中的反应速率常数k与温度有关,若为等温反应,为常数反应,k与温度T有关,还要联立热量衡算式,建立k与F化反应过程在不同的控制阶段,总反应速率不同,分述如的关系要积分即可化学动力学控制过程受化学动力学控制时,总反应速率与化学反应速率相等,即学反应速率为应率为da(35-19)图为上式中aA与温度有关,(daa/din)也与温度有关,aA与温度互为函数关系,其关系由热量算式确定。气体带人热量q1+反应放出热量=气体带出热量q2+向外界传出的热量dgsNr***T+NroYAodaa(-AHR)=Nrep(T+dT)+dqB式中,N7为进入微元段的气体混合物流量,kmol/s;Nm为初始状态下气体混合物流量ls;YA为初始状态下气体混合物中反应组分A的摩尔分率;-△Hg为反应热,kJ/mol气体的平均定压热容,kJ/(kmol·K);q1、q2、dgB分别为气体带入热量、气体带出热量给外界的热量,kJ/sn热情况下,dqB=0,则上式化简为NrcadT=NroYAodaA(-AHR)(3-5-23)NroYaodaa(-△h(35-24))