第07章_催化法凈化氣態(tài)污染物

1、第七章第七章 催化法凈化氣態(tài)污染物催化法凈化氣態(tài)污染物l氣體催化凈化氣體催化凈化催化作用和催化劑氣固催化反應動力學氣固相催化反應器的設計氣體催化凈化氣體催化凈化l催化轉化：是指含有污染物的氣體通過催化床催化轉化：是指含有污染物的氣體通過催化床層發(fā)生催化反應，使其中的污染物轉化為無害層發(fā)生催化反應，使其中的污染物轉化為無害或易于處理與回收利用的物質的凈化方法或易于處理與回收利用的物質的凈化方法l應用應用工業(yè)尾氣和煙氣去除SO2和NOx有機揮發(fā)性氣體VOCs和臭氣的催化燃燒凈化汽車尾氣的催化凈化該法與其他凈化法的區(qū)別在于，該法與其他凈化法的區(qū)別在于，化學反應發(fā)生在氣流與催化劑化學反應發(fā)生在氣流與催

2、化劑接觸過程中，反應物和產(chǎn)物無接觸過程中，反應物和產(chǎn)物無需與主氣流分離，因此避免了需與主氣流分離，因此避免了其他方法可能產(chǎn)生的二次污染，其他方法可能產(chǎn)生的二次污染，使操作過程大為簡化。使操作過程大為簡化。另一特點是對不同濃度的污染另一特點是對不同濃度的污染物均有較高的去除率。物均有較高的去除率。一、催化作用和催化劑一、催化作用和催化劑1。催化作用。催化作用 能加速化學反應趨向平衡而在反應前后其化學組成和數(shù)能加速化學反應趨向平衡而在反應前后其化學組成和數(shù)量不發(fā)生變化的物質叫催化劑（或稱觸媒），催化劑使反應量不發(fā)生變化的物質叫催化劑（或稱觸媒），催化劑使反應加速加速的作用稱為催化作用。的作用稱為催

3、化作用。 由于催化劑參加了反應，由于催化劑參加了反應，改變了反應的歷程，降低了反改變了反應的歷程，降低了反應總的活化能應總的活化能，使反應速度加大，使反應速度加大，提高反應速率提高反應速率，但催化劑但催化劑的數(shù)量和結構在反應前后并沒有發(fā)生變化。的數(shù)量和結構在反應前后并沒有發(fā)生變化。 兩者的關系用阿累尼烏斯方程表示：兩者的關系用阿累尼烏斯方程表示： exp()EKART式中：K反應速度常數(shù)； A頻率因子，單位與K相同。 E活化能，kj/mol； R氣體常數(shù)，8.314J/(mol.K) T絕對溫度，K.氣體催化凈化氣體催化凈化由上式可見，反應速度是隨活化能的降低而呈指數(shù)增長。由上式可見，反應速度

4、是隨活化能的降低而呈指數(shù)增長。催化作用具有兩個基本特性：催化作用具有兩個基本特性： （1）對任意可逆反應，催化作用既能加快正反應速度，）對任意可逆反應，催化作用既能加快正反應速度，也能加快逆反應速度，而不改變該反應的化學平衡。也能加快逆反應速度，而不改變該反應的化學平衡。 （2）特定的催化劑只能催化特定的反應，即催化劑的）特定的催化劑只能催化特定的反應，即催化劑的催化性能具有選擇性。催化性能具有選擇性。2. 催化劑催化劑l凡能加速化學反應，而本身的化學組成在反應前后保凡能加速化學反應，而本身的化學組成在反應前后保持不變的物質持不變的物質稱為催化劑稱為催化劑l特點：能降低該反應的活化能，使反應進

5、行得比均想特點：能降低該反應的活化能，使反應進行得比均想時更快，但它并不影響化學反應的平衡。時更快，但它并不影響化學反應的平衡。l（1）催化劑的組成）催化劑的組成 活性組分（主體）活性組分（主體）+助催化劑助催化劑+載體載體表表 凈化氣態(tài)污染物所用的幾種催化劑的組成凈化氣態(tài)污染物所用的幾種催化劑的組成能單獨對化學反應起催化作用，可作為催化劑單獨使用。 本身無活性，但具有提高活性組分活性的作用。 其承載活性組分的作用，是催化劑具有合適形狀與粒度從而增加表面積、增大催化活性、節(jié)約活性組分用量，并有傳熱、稀釋和增強機械強度作用。（2）催化劑的性能）催化劑的性能l衡量催化劑催化性能的指標主要有衡量催化

6、劑催化性能的指標主要有活性活性、選擇性選擇性和和穩(wěn)定性穩(wěn)定性。 催化劑的活性和失活催化劑的活性和失活 在工業(yè)上，催化劑的活性常在工業(yè)上，催化劑的活性常用單位體積用單位體積( (或質量或質量) )催化劑在一定條件催化劑在一定條件( (溫度、壓力、空溫度、壓力、空速和反應物濃度速和反應物濃度) )下，單位時間內所得的產(chǎn)品量來表示。下，單位時間內所得的產(chǎn)品量來表示。 催化劑使用一段時間后，由于各種物質及熱的作用，催化劑的組成及結構漸起變化，導致活性下降及催化性能劣化，這種現(xiàn)象稱為催化劑的失活催化劑的失活。發(fā)生失活的原因主要有沾污、熔結、熱失活與中毒。RtmmA 催化劑的性能催化劑的性能l 催化劑的選

7、擇性催化劑的選擇性 l 催化劑的選擇性是指當化學反應在熱力學上有幾個反應方向時，一種催化劑在一定條件下只對其中的一個反應起加速作用的特性。它用B表示，即l活性與選擇性是催化劑本身最基本的性能指標，是選擇和控制反應參數(shù)的基本依據(jù)。二者均可度量催化劑加速化學反應速度的效果，但反映問題的角度不同，活性指催化劑對提高產(chǎn)品產(chǎn)量的作用，而選擇性則表示催化劑對提高原料利用率的作用。%100B了的反應物摩爾數(shù)通過催化劑床層后反應數(shù)反應所得目的產(chǎn)物摩爾n選擇性選擇性-對于某一化學反應在理論上有幾個方向時，催化劑只對其中一個方向其加速作用，稱為催化劑的選擇性n例如：O24252HHCOHHC（乙烯）O212122

8、5252HOHCOHHC（乙醚）23522HCHOCHOHHC（乙醛）Cu250200CCOAl36035032CPOH14043催化劑的性能催化劑的性能l 穩(wěn)定性穩(wěn)定性包含：熱穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性表示方法：壽命影響使用壽命的因素：老化、中毒老化l活性組分的流失、燒結、積炭結焦、機械粉碎等活性組分的流失、燒結、積炭結焦、機械粉碎等中毒l對大多數(shù)催化劑，毒物：對大多數(shù)催化劑，毒物：HCN、CO、H2S、S、As、Pbl影響穩(wěn)定性的因素1）老化催化劑在正常工作條件下逐漸失去活性的過程，一般溫度越高，老化速度越快2）中毒微量外來物質的存在使得催化劑的活性和選擇性大大降低，外來物質稱為催化劑

9、毒物 暫時性中毒-用水蒸氣吹洗再生中毒中毒 永久性中毒-活性中心被破壞，無法修復老化的本質老化的本質-活性組分活性組分l1）含塵氣流的沖刷作用，使得催化劑表面磨損，活性組分流失l2）局部溫度過熱，使得催化劑多孔結構被熔毀燒結；低熔點的活性組分流失l3）內部雜質向表面遷移，阻礙活性組分與反應物的接觸l4）在冷熱交替的作用下機械粉碎l5） 積炭中毒的本質？中毒的本質？l引起催化劑中毒的化學本質是由于活性組分對毒物有更強的親和力1）暫時性中毒，親和力較弱，通過水蒸氣就可以將毒物驅離催化劑表面，使其恢復活性2）永久性中毒，親和力強，無法將毒物驅離催化劑再生催化劑再生l再生是指催化劑在使用一段時間之后由

10、于催化劑的暫時性中毒或者老化，使催化劑失去了活性或者活性降低了，我們需要經(jīng)過一系列的工藝處理來恢復活性，這就是再生，比如燒焦、水蒸汽及溶劑沖洗等。催化劑壽命催化劑壽命l壽命壽命-催化劑投入運行后，到中毒和老化失去活性需要更換的時間理論上，壽命是無限的實際上，由于受外界條件的影響，其表面和內部結構發(fā)生變化，從而失去活性催化劑的制備催化劑的制備l1.1.基本原料的選擇基本原料的選擇l2.2.雜質的去處雜質的去處l3.3.提純后的物質通過反應轉變?yōu)榛衔?，化合物為顆提純后的物質通過反應轉變?yōu)榛衔?，化合物為顆?；蛘弑∧睿练e在多孔性載體上?；蛘弑∧睿练e在多孔性載體上化學浸漬法將活性組分制成溶液

11、，浸漬已成型的載體，再經(jīng)干燥和灼燒制成的催化劑；制備催化劑的最簡便方法， 活性組分多數(shù)情況下僅僅分布在載體表面上，利用率高、用量少、成本低混捏法：將活性組分和載體采用物理的方法混捏在一起，處理成型后制的催化劑，活性組分利用率低2.催化劑載體催化劑載體什么是載體？什么是載體？催化劑僅在厚度為20-30nm處起作用，因此常把催化劑負載在具有較大表面積的惰性物質上-稱為載體為什么要使用載體？為什么要使用載體？1.使用載體可以節(jié)約催化劑，提高活性組分的分散度和有效表面積，提高其活性2.載體增強催化劑的機械強度3.使催化在使用過程中，不會出現(xiàn)體積收縮4.避免催化劑活性組分在高溫下的燒結，延長其使用壽命載

12、體使用前經(jīng)過什么處理？載體使用前經(jīng)過什么處理？載體在使用前要經(jīng)過酸洗/堿洗，水洗和煅燒，去除雜質并使催化劑在使用溫度條件下具有一定的穩(wěn)定性。n載體的選擇原則？1）考慮載體組分可能具有催化活性2）考慮載體組分的多孔性和表面積大小3）考慮載體的導熱性能-局部過熱，產(chǎn)率下降4）考慮載體的機械強度-固定床，流化床5）載體在反應條件下的穩(wěn)定性-不分解，不變形，不反應n可以做載體的都有哪些物質？n通常采用具有巨大表面積的惰性材料作為載體，如氧化鋁、陶土、活性炭、硅藻土等環(huán)境領域環(huán)境領域 對催化劑的要求：對催化劑的要求：l在環(huán)境領域對催化劑的性能都有哪些要求？1）要求處理后有害物質含量降到ppm或ppb級，

13、催化劑具有較高的去處效率2）被處理氣體或液體中，含有粉塵、重金屬。硫化物等，催化劑應具有較高的抗毒性，高化學穩(wěn)定性3）要求處理氣體或液體量大，催化劑要能承受流體沖刷和壓力降4）催化設備結構簡單，催化劑可再生性能強二二 催化反應類型催化反應類型l根據(jù) 利用催化反應將有害物氧化或是還原的不同，催化轉化法可分為催化氧化法和催化還原法在催化劑的作用下，利用氧化劑將廢氣中的有害物質氧化為無害物質或是更容易去除的物質l例如：1）一氧化氮不容易被水吸收，在活性炭催化劑的作用下，氧化為二氧化氮，通入吸收塔吸收處理2）冶金或電力行業(yè)中SO2濃度較低，不能直接制酸，采用濕式活性炭吸附尾氣中二氧化硫，吸附增加濃度的

14、同時，當有水蒸氣和氧氣存在的情況下，催化氧化為硫酸4222221SOHOHOSO2.催化還原法催化還原法l催化劑的作用下，利用還原劑（CH4/NH3/H2）將氣體中的有害物質還原為無害或更容易排放物質l例如：1）氮氧化物在催化劑和的CH4作用下，催化還原為氮氣2)氮氧化物在催化劑和的NH3作用下，催化還原為氮氣OHCONNOCHOHCOOCHOHCONNOCH2224222422224224222OHNNONHOHNNONH22322236561276二、氣固相催化反應過程及速率方程二、氣固相催化反應過程及速率方程 廢氣中污染物含量通常較低，用催化凈化法處理廢氣中污染物含量通常較低，用催化凈化

15、法處理時，往往有下述特點：時，往往有下述特點：（1）由于廢氣）由于廢氣污染物含量低污染物含量低，過程熱效應小，反應器，過程熱效應小，反應器結構簡單，多采用固定床催化反應器。結構簡單，多采用固定床催化反應器。（2）要處理的）要處理的廢氣量往往很大廢氣量往往很大，要求催化劑能承受流，要求催化劑能承受流體沖刷和壓力降的影響。體沖刷和壓力降的影響。（3）由于）由于凈化要求高凈化要求高，而廢氣的成分復雜，有的反應，而廢氣的成分復雜，有的反應條件變化大，故要求催化劑有高的選擇性和熱穩(wěn)定性。條件變化大，故要求催化劑有高的選擇性和熱穩(wěn)定性。 二、氣固催化反應動力學二、氣固催化反應動力學l氣固催化反應過程氣固催

16、化反應過程(1)反應物從氣流主體-催化劑外表面(2) 進一步向催化劑的微孔內擴散(3)反應物在催化劑的表面上被吸附(4)吸附的反應物轉為為生成物(5)生成物從催化劑表面脫附下來(6)脫附生成物從微孔向外表面擴散(7)生成物從外表面擴散到氣流主體(1),(7)：外擴散；：外擴散；(2),(6)內擴散內擴散 (3),(4),(5)：動力學過程：動力學過程 使得這些反應過程得以將進行的主要推動力是反應組分使得這些反應過程得以將進行的主要推動力是反應組分的濃度差。的濃度差。主氣流微孔固相催化劑粒子示意圖二、氣固催化反應動力學二、氣固催化反應動力學 在多孔催化劑上進行的催化反應過程，受到氣固在多孔催化劑

17、上進行的催化反應過程，受到氣固相之間的傳質、傳熱過程以及催化反應本身的影響。相之間的傳質、傳熱過程以及催化反應本身的影響。 整個氣固相催化反應過程的總速率不僅取決于催整個氣固相催化反應過程的總速率不僅取決于催化劑表面上進行的化學反應，還受到反應氣體的流化劑表面上進行的化學反應，還受到反應氣體的流動狀況，傳熱及傳質等物理過程的影響。動狀況，傳熱及傳質等物理過程的影響。 研究包括這些物理過程的化學反應動力學，稱作研究包括這些物理過程的化學反應動力學，稱作宏觀動力學宏觀動力學，而不考慮其影響的化學動力學稱作，而不考慮其影響的化學動力學稱作本本征動力學。征動力學。l 催化反應過程中反應物的濃催化反應過

18、程中反應物的濃度分布如圖。度分布如圖。l催化劑顆粒內部的催化反應速催化劑顆粒內部的催化反應速度取決于反應物的濃度和參與度取決于反應物的濃度和參與反應的內表面積的大小。反應的內表面積的大小。 l CAg，CAs，CAc分別表示反分別表示反應物應物A的氣相濃度、催化劑表面的氣相濃度、催化劑表面濃度與顆粒中心處濃度。濃度與顆粒中心處濃度。 lCA*顆粒溫度下的平衡濃顆粒溫度下的平衡濃度。度。催催化劑中的濃度分布化劑中的濃度分布催化劑反應動力學催化劑反應動力學 上述驟中，速度最慢（阻力最大）者，決定著整個過程的總反應速度，稱為控制步驟。見下圖 弄清了反應過程控制步驟，對選擇催化劑的結構（顆粒度、比表面

19、、孔徑分布等）及反應條件有很大幫助。2.2.表面化學反應速率方程表面化學反應速率方程1 1）反應速度表達式）反應速度表達式 反應速度可用單位反應體積中（或單位重量催反應速度可用單位反應體積中（或單位重量催化劑上、單位反應表面積上）某一反應物或產(chǎn)物化劑上、單位反應表面積上）某一反應物或產(chǎn)物的摩爾流量的改變來表示，即的摩爾流量的改變來表示，即 RiidVdNrdWdNrii RiidSdNr 催化反應動力學方程催化反應動力學方程l宏觀動力學方程宏觀動力學方程外擴散的傳質速率AGeaAGAS()vK SCCK KGG擴擴散散系系數(shù)數(shù)，擴擴散散系系數(shù)數(shù)，m/hm/hS Se e單單位位體體積積催催化化

20、劑劑的的外外表表面面積積，單單位位體體積積催催化化劑劑的的外外表表面面積積，mm2 2/m/m3 3a a催催化化劑劑的的有有效效表表面面系系數(shù)數(shù)；球球形形催催化化劑劑的的有有效效表表面面系系數(shù)數(shù)；球球形形a a1 1C CAGAG主主氣氣流流中中反反應應物物主主氣氣流流中中反反應應物物A A的的濃濃度度，的的濃濃度度，mol/mmol/m3 3C CASAS催催化化劑劑外外表表面面上上催催化化劑劑外外表表面面上上A A的的濃濃度度，的的濃濃度度，mol/mmol/m3 3AGeaAGAS()vK SCCK KGG擴擴散散系系數(shù)數(shù)，擴擴散散系系數(shù)數(shù)，m/hm/hS Se e單單位位體體積積催催

21、化化劑劑的的外外表表面面積積，單單位位體體積積催催化化劑劑的的外外表表面面積積，mm2 2/m/m3 3a a催催化化劑劑的的有有效效表表面面系系數(shù)數(shù)；球球形形催催化化劑劑的的有有效效表表面面系系數(shù)數(shù)；球球形形a a1 1C CAGAG主主氣氣流流中中反反應應物物主主氣氣流流中中反反應應物物A A的的濃濃度度，的的濃濃度度，mol/mmol/m3 3C CASAS催催化化劑劑外外表表面面上上催催化化劑劑外外表表面面上上A A的的濃濃度度，的的濃濃度度，mol/mmol/m3 3催化反應動力學方程催化反應動力學方程l宏觀動力學方程宏觀動力學方程內擴散反應速率AsiAS()vK S f CK Ks

22、 s反反應應速速率率常常數(shù)數(shù)反反應應速速率率常常數(shù)數(shù)催催化化劑劑有有效效系系數(shù)數(shù)催催化化劑劑有有效效系系數(shù)數(shù)S Si i單單位位體體積積催催化化劑劑的的內內表表面面積積單單位位體體積積催催化化劑劑的的內內表表面面積積, ,mm2 2/m/m3 3f f與與與與濃濃度度分分布布有有關關的的函函數(shù)數(shù)濃濃度度分分布布有有關關的的函函數(shù)數(shù)AsiAS()vK S f CK Ks s反反應應速速率率常常數(shù)數(shù)反反應應速速率率常常數(shù)數(shù)催催化化劑劑有有效效系系數(shù)數(shù)催催化化劑劑有有效效系系數(shù)數(shù)S Si i單單位位體體積積催催化化劑劑的的內內表表面面積積單單位位體體積積催催化化劑劑的的內內表表面面積積, ,mm2

23、2/m/m3 3f f與與與與濃濃度度分分布布有有關關的的函函數(shù)數(shù)濃濃度度分分布布有有關關的的函函數(shù)數(shù)*AAsisAccSKr內外擴散的影響內外擴散的影響l外擴散控制外擴散控制降低催化劑表面反應物濃度，從而降低反應速度表現(xiàn)因數(shù)：以濃度差為推動力的外擴散吸附系數(shù)KG消除方法l提高氣速，以增強湍流程度，減小邊界層厚度提高氣速，以增強湍流程度，減小邊界層厚度l氣速提高到一定程度，轉化率趨于定值，外擴散影氣速提高到一定程度，轉化率趨于定值，外擴散影響消除下限流速響消除下限流速內外擴散的影響內外擴散的影響l內擴散控制內擴散控制降低催化劑內反應物濃度，從而降低反應速度表現(xiàn)因數(shù)：消除方法l盡量減小催化劑顆粒

24、大小盡量減小催化劑顆粒大小l粒徑減小到一定程度，轉化率趨于定值，內擴散影粒徑減小到一定程度，轉化率趨于定值，內擴散影響消除響消除催化凈化工藝催化凈化工藝催化轉化可分為催化氧化和催化還原兩類。催化轉化可分為催化氧化和催化還原兩類。 催化氧化法催化氧化法，是使廢氣中的污染物在催化劑的作，是使廢氣中的污染物在催化劑的作用下被氧化。用下被氧化。 催化還原法催化還原法，是使廢氣中的污染物在催化劑的作，是使廢氣中的污染物在催化劑的作用下，與還原性氣體發(fā)生反應的凈化過程。用下，與還原性氣體發(fā)生反應的凈化過程。 四、催化凈化工藝與反應器設計四、催化凈化工藝與反應器設計段間冷卻的四層催化床第二級催化床預除塵和水

25、分填充床吸收塔填充床吸收塔來自冶煉廠或硫磺 燃 燒 的 富 含SO2的尾氣水含 有 約 為 初始進氣SO2濃度3%的尾氣含有約為初始進氣SO2濃度0.3%的尾氣水單級吸收工藝二級吸收工藝SO2單級和二級凈化工藝的流程圖催化反應：420550223SO1/2OSOVanadium 3224SOH OH SO催化凈化工藝催化凈化工藝催化劑：Pt (Pd,過渡金屬，稀土)/Al2O3 等VOCs的催化氧化催化凈化工藝催化凈化工藝NOxNH3 過過濾器濾器 燃燒器燃燒器混合器混合器反應器反應器NOx的選擇性催化還原（的選擇性催化還原（SCR）32228NH6NO7N12H O3224NH6NO5N6H

26、 O催化劑200300：Pt (Pd,Fe,Cu,Mn)/Al2O3(TiO2,V2O5)32228NH6NO7N12H O3224NH6NO5N6H O催化劑200300：Pt (Pd,Fe,Cu,Mn)/Al2O3(TiO2,V2O5)催化凈化工藝催化凈化工藝l車用催化轉化器車用催化轉化器排氣管 相變材料催化床可變導管真空絕熱波紋管三、催化反應器及其設計三、催化反應器及其設計（一）氣固催化反應器類型及選擇（一）氣固催化反應器類型及選擇 1 1、氣固催化反應器類型、氣固催化反應器類型 工業(yè)應用的氣固催化反應器工業(yè)應用的氣固催化反應器 按顆粒床層的特性可分按顆粒床層的特性可分為為固定床催化反應

27、固定床催化反應器器和和流化床催化反應器流化床催化反應器兩大類。其中環(huán)境工兩大類。其中環(huán)境工程領域采用最多的是固定床催化反應器。程領域采用最多的是固定床催化反應器。 按溫度條件和傳熱方式可分按溫度條件和傳熱方式可分為為絕熱式絕熱式與與連連續(xù)換熱式；續(xù)換熱式； 按反應器內氣體流動方向又可分為按反應器內氣體流動方向又可分為軸向軸向式式和和徑向式。徑向式。 它具有以下優(yōu)點：它具有以下優(yōu)點： 床層內流體的軸向流動一般呈理想置換流動，反應速度較床層內流體的軸向流動一般呈理想置換流動，反應速度較快，催化劑用量少，反應器體積?。豢?，催化劑用量少，反應器體積?。?流體停留時間可以嚴格控制，溫度分布可以適當調節(jié)，

28、因流體停留時間可以嚴格控制，溫度分布可以適當調節(jié)，因而有利于提高化學反應的轉化率和選擇性；而有利于提高化學反應的轉化率和選擇性； 催化劑不易磨損，可長期使用。但床層軸向溫度分布不均勻。催化劑不易磨損，可長期使用。但床層軸向溫度分布不均勻。2. 固定床催化反應器的選擇固定床催化反應器的選擇 對于固定床催化反應器，一般應遵循以下原則：對于固定床催化反應器，一般應遵循以下原則： （1）根據(jù)催化反應熱的大小及催化劑的活性溫）根據(jù)催化反應熱的大小及催化劑的活性溫度范圍，選擇合適的結構類型，保證床層溫度控度范圍，選擇合適的結構類型，保證床層溫度控制在許可的范圍內。制在許可的范圍內。 （2）床層阻力應盡可能

29、小，氣流分布要均勻。）床層阻力應盡可能小，氣流分布要均勻。 （3）在滿足溫度條件前提下，應盡量使單位體）在滿足溫度條件前提下，應盡量使單位體積反應器內催化劑的裝載系數(shù)大，以提高設備利積反應器內催化劑的裝載系數(shù)大，以提高設備利用率。用率。 （4）反應器應結構簡單，便于操作，造價低廉，）反應器應結構簡單，便于操作，造價低廉，安全可靠。安全可靠。1. 1. 停留時間與流體的流動模型停留時間與流體的流動模型連續(xù)式反應器有兩種理想流動模型，即活塞流反應器和完連續(xù)式反應器有兩種理想流動模型，即活塞流反應器和完全混流式反應器。在活塞流反應器中，物料以相同的流速沿全混流式反應器。在活塞流反應器中，物料以相同的

30、流速沿流動方向流動，而且沒有混合和擴散。而在理想混合流反應流動方向流動，而且沒有混合和擴散。而在理想混合流反應器中，物料在進入的瞬間即均勻地分散在整個反應空間，反器中，物料在進入的瞬間即均勻地分散在整個反應空間，反應器出口的物料濃度與反應器內完全相同。應器出口的物料濃度與反應器內完全相同。 固定床的停留時間可按下式來計算固定床的停留時間可按下式來計算 （二）氣固相催化反應器設計基礎（二）氣固相催化反應器設計基礎停留時間l決定反應的轉化率決定反應的轉化率l由催化床的空間體積、物料的體積流量和流動方由催化床的空間體積、物料的體積流量和流動方式?jīng)Q定式?jīng)Q定R/tVQV VR R催催化化劑劑體體積積催催

31、化化劑劑體體積積, ,mm3 3Q Q反反應應氣氣體體的的實實際際體體積積流流量量反反應應氣氣體體的的實實際際體體積積流流量量, ,mm3 3/h/h催催化化床床空空隙隙率率催催化化床床空空隙隙率率,%,%R/tVQV VR R催催化化劑劑體體積積催催化化劑劑體體積積, ,mm3 3Q Q反反應應氣氣體體的的實實際際體體積積流流量量反反應應氣氣體體的的實實際際體體積積流流量量, ,mm3 3/h/h催催化化床床空空隙隙率率催催化化床床空空隙隙率率,%,%（二）氣固相催化反應器設計基礎（二）氣固相催化反應器設計基礎2. 空間速度空間速度 在連續(xù)催化反應器中，常用空間速度在連續(xù)催化反應器中，常用空

32、間速度Vsp表示表示度量反應器的生產(chǎn)強度，其定義是度量反應器的生產(chǎn)強度，其定義是單位時間內，單位時間內，單位有效容積反應器處理的反應混合物的體積多單位有效容積反應器處理的反應混合物的體積多少。少。例如空間速度為例如空間速度為10h-1，則表示反應器每小時，則表示反應器每小時能處理能處理10倍于反應器有效容積的體積物料。對氣倍于反應器有效容積的體積物料。對氣固相反應過程則用固相反應過程則用單位時間內，單位催化劑床層單位時間內，單位催化劑床層體積處理的反應混合物體積體積處理的反應混合物體積來定義空間速度來定義空間速度WSP。 RspVQV0 為了比較和計算方便起見，還常將操作條件為了比較和計算方便

33、起見，還常將操作條件下反應混合物的初始體積流量換算為標準狀況下反應混合物的初始體積流量換算為標準狀況（273K，101.325kPa）下的初始體積流量來計算）下的初始體積流量來計算空間速度，即空間速度，即 RNspVQV03. 接觸時間接觸時間 空間速度的倒數(shù)稱為接觸時間，定義為空間速度的倒數(shù)稱為接觸時間，定義為 上式中如果用標準狀況下的體積流量來計算，上式中如果用標準狀況下的體積流量來計算，則得到標準接觸時間則得到標準接觸時間 0QVR0NRNQV（二）催化反應器的設計（二）催化反應器的設計l氣固相催化反應器設計，大致可以分為經(jīng)驗法與數(shù)學模型法氣固相催化反應器設計，大致可以分為經(jīng)驗法與數(shù)學模型法兩種。兩種。1。經(jīng)驗計算法 思路：a.將催化床作為一個整體；b.利用經(jīng)驗參數(shù)設計；c.通過中間實驗確定最佳工藝條件. （1）催化劑體積用量 若已知空間速度Vsp或接觸時間，則可算出催化劑體積VR為： （2）催化劑床層直徑和床層高 由對應的氣流空塔速度可得出反應器直徑