工业上常见的气固催化反应是将催化剂颗粒填充在反应器中,气体反应物和产物从催化剂的空隙通道中间穿过反应器,此时反应器称为固定床反应器(fixed bed reactor)。固定床反应器中流体的湍动很大,流动方向改变很快,在床层截面方向有很好的流体混合。如果反应器尺寸比催化剂颗粒大得多,宏观流动特性与平推流接近。另外一种情形是在高气速下,利用气体流动的动能使催化剂在反应器中处于不断翻滚、流动状况的流化床反应器(fluidized bed reactor)。当流体的返混流动很大时,如在沸腾流化床中,由于气泡的并聚、颗粒的循环而引起流体和颗粒的剧烈返混,从宏观上可以看成是一个全混流反应器。
从宏观尺度观察固定床催化反应器,可以用平推流模型分析气体反应物随轴向反应器空间的变化情况。对于反应物A浓度从进口的cA0变化为出口的cAr,如果知道催化反应速率,便可利用平推流反应器设计方程计算反应器体积。在更小的尺度下观测床层某位置上的空间单元,单元内由若干催化剂颗粒堆积而成,气体反应物和产物从催化剂颗粒之间的空隙流过,此位置上反应物A的浓度为cA,该单元内的反应速率就是单元内所包含催化剂颗粒上反应的物质的量除以单元体积。尽管催化剂颗粒尺度下的反应速率是不连续的,但是,通过多颗催化剂颗粒上的反应速率平均化,可以得到均化的连续的床层反应速率。
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