化工反应设备PPT
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• 气速太高，反应液中气量增加，使反应器处理的液 体量减少，并可能引起液面及压力脉动，严重时导 致设备振动。
• 简单鼓泡塔结构简单、运行可靠，易于实 现大型化，适宜于加压操作。 • 但在简单鼓泡塔内不能处理密度不均一的 液体，例如悬浊液等。
2．气升管式Βιβλιοθήκη Baidu泡塔
• 其结构见图10—1(b) • 在塔内装有一根或几根气升管，气体由下部气体 分布器通入气升管。 • 气升管中气液混合物密度比环形空间中液体密度 小得多，引起液体在环形空间和气升管内作循环 流动，所以称为气升式鼓泡反应器。 • 气体在气升管内最大速度为2m／s，换算至整个 塔截面空塔气速其值小于1m／s。液体循环速度 可达1～2m／s。
• 除了考虑遵循化学反应动力学外，还必须 考虑流体动力学、传热和传质以及这些宏 观动力学因素对反应的影响。 • 只有综合考虑反应器内流动、混合、传热、 传质和反应诸因素，才能做到反应器的正 确选型、合理设计、有效放大和最佳控制 等。
第二节 反应器结构型式及分类
按结构型式分类，可分为釜式反应器、管式反应器、 塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。
化学反应通常要求适宜的反应条件： 例如：温度、压力、反应物组成等 特别是温度条件较为重要 温度过低，反应速度慢； 温度过高会使反应失去控制，使副反应增多， 收率下降。 • 但要维持最适宜的温度条件并不是一件容易的 事，因为化学反应一般均伴随有热效应，必须 采取有效的换热措施，及时移出或加入热量， 才能维持既定的温度水平。 • 因此，反应器内的过程不仅具有化学反应的特 征，而且具有传递过程的特征。 • • • • •
• 气液混合物在离桨翼不远处含气量最高， 传质速率也最快，反应器内的传质主要靠 这局部区域。当液层高度与槽直径之比大 于1.2以上时，反应器一般需要两层或多层 桨翼，有时桨翼间还要安置多孔挡板。 • 气体在搅拌槽中的通过能力受液泛限制， 超过液泛的气体不能在液体中分散，它们 只能沿槽壁纵向上升。液体流量由化学反 应时间决定，搅拌槽中的气泡由于浮力关 系，其运动和液体并不完全相同。
• 具有搅拌器的槽式反应器在槽下部装有搅拌器，主 要作用是用于分散气体，并使液体达到充分混合。 • 槽式反应器搅拌器型式很多，常用的有平桨、涡轮 桨。其中尤以圆盘涡轮桨为最好。 • 进气的方式可以是单管，放置在涡轮桨圆盘下方的 中心处，并接近桨翼。 • 由于圆盘的存在，气体不致短路而必须通过桨翼被 桨翼所击碎。 • 气量较大时，可采用环形多孔管分布器，环的直径 不大于桨翼直径的80%，反应器气泡喷出后就能被 转动桨翼刮碎并卷到翼片后面的涡流中而被粉碎， 同时被沿着半径方向迅速甩出，碰壁后又折向搅拌 器上下两处循环旋转。
◆ 1、釜式反应器
釜 式反应器也称槽式、锅式反应器。
◆2、 管式反应器
管式反应器主要用于气相、液相、气—液相连续反应过 程，由单根(直管或盘管)连续或多根平行排列的管子组成， 一般设有套管或壳管式换热装置。
管式反应器结构示意图
◆ 3、塔式反应器
鼓泡塔反应器结构示意图 1—分布格板；2—夹套；3—气体分布器；4—塔体；5—挡板； 6—塔外换热器；7—液体捕集器；8—扩大段
◆ 4、固定床反应器
固定床板反应器是指流体通过静止不动的固 体物料所形成的床层而进行化学反应的设备。 以气- 固反应的固定床反应器最常见。
◆ 5、流化床反应器
细小的固体颗粒具有像流体一样自由流动的 性质，此种现象称为固体的流态化。 把反应器和在其中呈流态化的固体催化剂颗 粒合在一起，成为流化床反应器。流化床反应 器多用于气- 固反应过程。
第一节 概述
反应设备的应用
◆ 反应设备 在化工生产过程中，为化学反应提供反应空间和 反应条件的装置. ◆ 反应设备的应用 * 通过对参加反应的介质的充分搅拌，使物料混合 均匀； * 强化传热效果和相间传质； * 使气体在液相中作均匀分散； * 使固体颗粒在液相中均匀悬浮； * 使不相容的另一液相均匀悬浮或充分乳化。
第三节 气液相反应器
一、鼓泡式反应器
• 特点：气相高度分散在液相中（持液量大、相 际接触面大、传质和传热效率高，适用于缓慢 反应和大量放热情况）； • 结构简单，操作稳定，费用低。 缺点：气相压降较大。
1．简单鼓泡塔
• 结构见图10一1(a) • 鼓泡塔为内盛液体的空心圆筒，底部装有气体分 布器，气体通过分布器上小孔鼓泡进入，液体可 以间歇或连续加入反应器，连续加入的液体可以 和气体并流或逆流（并流较为常见）。 • 气体在鼓泡塔中为分散相，液体为连续相。 • 为了提高气体分散程度，减少液体纵向循环，可 以在反应器中安置水平多孔隔板。吸收和反应进 行时，往往有热效应。
• 液泛 • 在逆流接触的气-液反应器或传质分离 设备中，气体从下往上流动。当气体的流 速增大至某一数值，液体被气体阻拦不能 向下流动，愈积愈多，最后从塔顶溢出， 称为液泛。 • 产生液泛时的气体速度或连续相速度 称为液泛速度；这种操作状态称为液泛点。 在设计设备时，必须使设备的操作不致发 生液泛。
第四节 气固相固定床催化反应器
• 反应物料呈气态，通过由静止的催化剂颗 粒构成的床层进行反应的装置，称为气固 相固定床催化反应器，简称固定床反应器。
• 气液的搅动比简单鼓泡塔激烈得多，因此，它能 处理不均一的液体。有时把气升管壁做成夹套式； 内通热载体，使气升管兼有换热的作用。
二、 具有搅拌器的槽式反应器
◆ 主要包括搅拌罐、搅拌装置、密封装置
搅拌罐—由罐体和传热装置组成。作用 是提供反应空间和反应条件。 搅拌装置—由搅拌器、搅拌轴、传动装 置组成。传动装置又由电动机、减速器、 联轴器及机座等组成。 密封装置—防止罐内介质泄漏或外界空 气进入罐内。
• 当热效应较小或设备尺寸不大时，采用设备外壳夹 套即可满足传热要求； • 在大型鼓泡塔中，进行强放热反应时，除利用外壳 夹套换热外，还需要在反应器内加设蛇管，或采用 器外换热器，使反应液体在反应器和外部换热器间 循环，有时也可以利用反应液体蒸发带走热量，简 单鼓泡塔中气体空塔速度不超过10cm／s。
• 简单鼓泡塔结构简单、运行可靠，易于实 现大型化，适宜于加压操作。 • 但在简单鼓泡塔内不能处理密度不均一的 液体，例如悬浊液等。
2．气升管式Βιβλιοθήκη Baidu泡塔
• 其结构见图10—1(b) • 在塔内装有一根或几根气升管，气体由下部气体 分布器通入气升管。 • 气升管中气液混合物密度比环形空间中液体密度 小得多，引起液体在环形空间和气升管内作循环 流动，所以称为气升式鼓泡反应器。 • 气体在气升管内最大速度为2m／s，换算至整个 塔截面空塔气速其值小于1m／s。液体循环速度 可达1～2m／s。
• 除了考虑遵循化学反应动力学外，还必须 考虑流体动力学、传热和传质以及这些宏 观动力学因素对反应的影响。 • 只有综合考虑反应器内流动、混合、传热、 传质和反应诸因素，才能做到反应器的正 确选型、合理设计、有效放大和最佳控制 等。
第二节 反应器结构型式及分类
按结构型式分类，可分为釜式反应器、管式反应器、 塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。
化学反应通常要求适宜的反应条件： 例如：温度、压力、反应物组成等 特别是温度条件较为重要 温度过低，反应速度慢； 温度过高会使反应失去控制，使副反应增多， 收率下降。 • 但要维持最适宜的温度条件并不是一件容易的 事，因为化学反应一般均伴随有热效应，必须 采取有效的换热措施，及时移出或加入热量， 才能维持既定的温度水平。 • 因此，反应器内的过程不仅具有化学反应的特 征，而且具有传递过程的特征。 • • • • •
• 气液混合物在离桨翼不远处含气量最高， 传质速率也最快，反应器内的传质主要靠 这局部区域。当液层高度与槽直径之比大 于1.2以上时，反应器一般需要两层或多层 桨翼，有时桨翼间还要安置多孔挡板。 • 气体在搅拌槽中的通过能力受液泛限制， 超过液泛的气体不能在液体中分散，它们 只能沿槽壁纵向上升。液体流量由化学反 应时间决定，搅拌槽中的气泡由于浮力关 系，其运动和液体并不完全相同。
• 具有搅拌器的槽式反应器在槽下部装有搅拌器，主 要作用是用于分散气体，并使液体达到充分混合。 • 槽式反应器搅拌器型式很多，常用的有平桨、涡轮 桨。其中尤以圆盘涡轮桨为最好。 • 进气的方式可以是单管，放置在涡轮桨圆盘下方的 中心处，并接近桨翼。 • 由于圆盘的存在，气体不致短路而必须通过桨翼被 桨翼所击碎。 • 气量较大时，可采用环形多孔管分布器，环的直径 不大于桨翼直径的80%，反应器气泡喷出后就能被 转动桨翼刮碎并卷到翼片后面的涡流中而被粉碎， 同时被沿着半径方向迅速甩出，碰壁后又折向搅拌 器上下两处循环旋转。
◆ 1、釜式反应器
釜 式反应器也称槽式、锅式反应器。
◆2、 管式反应器
管式反应器主要用于气相、液相、气—液相连续反应过 程，由单根(直管或盘管)连续或多根平行排列的管子组成， 一般设有套管或壳管式换热装置。
管式反应器结构示意图
◆ 3、塔式反应器
鼓泡塔反应器结构示意图 1—分布格板；2—夹套；3—气体分布器；4—塔体；5—挡板； 6—塔外换热器；7—液体捕集器；8—扩大段
◆ 4、固定床反应器
固定床板反应器是指流体通过静止不动的固 体物料所形成的床层而进行化学反应的设备。 以气- 固反应的固定床反应器最常见。
◆ 5、流化床反应器
细小的固体颗粒具有像流体一样自由流动的 性质，此种现象称为固体的流态化。 把反应器和在其中呈流态化的固体催化剂颗 粒合在一起，成为流化床反应器。流化床反应 器多用于气- 固反应过程。
第一节 概述
反应设备的应用
◆ 反应设备 在化工生产过程中，为化学反应提供反应空间和 反应条件的装置. ◆ 反应设备的应用 * 通过对参加反应的介质的充分搅拌，使物料混合 均匀； * 强化传热效果和相间传质； * 使气体在液相中作均匀分散； * 使固体颗粒在液相中均匀悬浮； * 使不相容的另一液相均匀悬浮或充分乳化。
第三节 气液相反应器
一、鼓泡式反应器
• 特点：气相高度分散在液相中（持液量大、相 际接触面大、传质和传热效率高，适用于缓慢 反应和大量放热情况）； • 结构简单，操作稳定，费用低。 缺点：气相压降较大。
1．简单鼓泡塔
• 结构见图10一1(a) • 鼓泡塔为内盛液体的空心圆筒，底部装有气体分 布器，气体通过分布器上小孔鼓泡进入，液体可 以间歇或连续加入反应器，连续加入的液体可以 和气体并流或逆流（并流较为常见）。 • 气体在鼓泡塔中为分散相，液体为连续相。 • 为了提高气体分散程度，减少液体纵向循环，可 以在反应器中安置水平多孔隔板。吸收和反应进 行时，往往有热效应。
• 液泛 • 在逆流接触的气-液反应器或传质分离 设备中，气体从下往上流动。当气体的流 速增大至某一数值，液体被气体阻拦不能 向下流动，愈积愈多，最后从塔顶溢出， 称为液泛。 • 产生液泛时的气体速度或连续相速度 称为液泛速度；这种操作状态称为液泛点。 在设计设备时，必须使设备的操作不致发 生液泛。
第四节 气固相固定床催化反应器
• 反应物料呈气态，通过由静止的催化剂颗 粒构成的床层进行反应的装置，称为气固 相固定床催化反应器，简称固定床反应器。
• 气液的搅动比简单鼓泡塔激烈得多，因此，它能 处理不均一的液体。有时把气升管壁做成夹套式； 内通热载体，使气升管兼有换热的作用。
二、 具有搅拌器的槽式反应器
◆ 主要包括搅拌罐、搅拌装置、密封装置
搅拌罐—由罐体和传热装置组成。作用 是提供反应空间和反应条件。 搅拌装置—由搅拌器、搅拌轴、传动装 置组成。传动装置又由电动机、减速器、 联轴器及机座等组成。 密封装置—防止罐内介质泄漏或外界空 气进入罐内。
• 当热效应较小或设备尺寸不大时，采用设备外壳夹 套即可满足传热要求； • 在大型鼓泡塔中，进行强放热反应时，除利用外壳 夹套换热外，还需要在反应器内加设蛇管，或采用 器外换热器，使反应液体在反应器和外部换热器间 循环，有时也可以利用反应液体蒸发带走热量，简 单鼓泡塔中气体空塔速度不超过10cm／s。