第10卷第5期 2010年10月
过程工程学报
The Chinese Journal of Process Engineering
气体流动条件下钴基催化剂固定床的传热
吴建民，马宏方，应卫勇，房鼎业
(华东理工大学大型工业反应器工程教育部工程研究中心，化学工程联合国家重点实验室，上海200237)
Vol.10 No.5 Oct.2010
摘要：在气体流量4~8Nm/h、气体分布器进口温度190~210℃、加热管整温约240℃的条件下，对气体流动时活性组分呈蛋壳型分布的钻基催化剂固定床的传热进行了实验研究，建立了二维拟均相传热模型，利用正交配置法和 Levenberg-Marquardt法对其求解，得到了钴基催化剂床层径向有效导热系数及壁给热系数的关联式，并将传热参数与由气体处于静态时周定床的有效导热系数计算而得的固定床传热参数值进行了比较，在气体入口温度范围内考察了
其对固定床传热参数的影响。结果表明，实验所得传热参数与文献值的最大偏差绝对值均在15%以内，关键调：钴基催化剂；固定床；径向有效导热系数；壁给热系数
中图分类号：TQ021.3 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009606X(2010)05-085606
床二维径向传热参数入er，αw与颗粒雷诺准数Re,的关联式，为工程计算、反应器的设计与放大提供理论依据，
管式固定床反应器广泛应用于具有强热效应的气固催化反应，固定床内传热参数是反应器设计及影响反应器操作性能的关键数据之一，沿反应器床层径向的传热及其温度分布直接关系着反应器的稳定操作和催化剂的活性.Fromentl认为，当传热参数变化较小时，传热过程对反应器内的温度和转化率影响不大，但传热参数增加10%，却可明显地改善反应器内的温度和转化率分布.因此，对固定床内传热的研究仍为反应工程界备受关注的重要课题，众多国内外研究者[2-7]从事此方面的研究
甘霖等3、樊暮蓉等围及朱继承等[例利用在 Hofimannl"0装置基础上改进的实验装置对异形多通孔、环柱状及无定形等催化剂固定床的传热参数进行了研究：Dixonl4则对低管径比条件下的单孔环柱形颗粒传热参数进行了探讨.但国内外研究至今大部分都是在壁冷条件下测定了固定床的传热参数，而对固定床中内置换热管床层被加热的实验研究报道不多，活性组分呈蛋壳型分布的钴基催化剂以活性稳定、使用寿命长、能有效解决反应中的传质问题、加快费托合成的速率及提高液态烃的选择性等特点成为费托合成的重要催化体系，因此，有必要对其填充床传热参数作专门的实验研究
本工作主要以中国科学院大连化学物理研究所提供的活性组分呈蛋壳型分布的费托合成钴基催化剂为填充物，对床层被加热情况下内置换热管的固定床中流体与管子呈平行流动的传热进行了实验研究，采用二维拟均相传热模型对床层中的传热进行模拟，获得了固定
2实验 2.1实验装置
实验装置如图1所示，是一个允许同时测定固定床内轴向和径向温度分布、获得床层内二维温度场的固定床装置.实验采用内径100mm，高500mm的固定床反应器，催化剂平均直径为2.5mm，床层高度与颗粒直径比大于100，因此，可不计床高对固定床有效导热系数和壁给热系数的影响。颗粒填充床中心置换热管，换热管由电加热棒和套在加热棒外的铜管组成，在铜管壁上沿轴向的铣槽内埋设测定壁温的微型热电偶，换热管的壁温可由温控仪控制，换热管外径为15mm.热电偶在床层截面上按渐开线方式分布以测定床层中沿轴向不同位置的温度，每个截面上的热电偶离散分布，位于不同的径向位置，并由温显装置进行实时采集，热电偶直径均为1mm，以力求减少其对床层中流体流动的影响.6个测温截面在500mm高度内等距分布，任一截面内热电偶的径向位置距反应器中心分别为12.5，25.0, 37.5及48.5mm在管壁的一条沟槽中安装了一根可沿轴向抽拉的热电偶，以便逐点检测壁温的恒定性.床层的周壁为厚10mm的真空层空腔，可通过真空泵实时进行控制，在真空层外壁文设置约20mm的保温层，之间有可调控的电加热装置，使真空层内横向温差小于 0.5℃，以达到床层绝热的实验要求，在反应器的进出口设有锥形气体分布器，以确保进、出床层的气体均匀分布，且在床层进、出口位置处分别另外加有保温棉保温
收稿日期：20100531，修回日期：20100926
作奢简介：吴建民(1981-)，男，江西省玉山县人，博士研究生，研究方向：催化反应工程，E-mail:jminwu@163.com：应卫勇，通讯联系人，
E-mail:wying@ecust.edu.cn 万方数据