第六章-反应器设计

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反应器(化工设备操作维护课件)

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2023/10/13
表釜式反应器常见故障与处理方法
故障搅拌轴转数降低或停止转动
搪瓷搅拌器脱落出料不畅
产生原因皮带打滑皮带损坏电机故障被介质腐蚀
出料管堵塞压料管损坏
处理方法
调整皮带更换皮带修理或更换电机更换搪瓷轴或修补清理出料管修理或更换配管
2、特点：反应过程伴有传热、传质和反应物的流动过程。物理与化学过程相互渗透影响，反应过程复杂化。
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§1-2 反应器的类型
• 反应器的类型：釜式反应器管式反应器
操作方式材料操作压力绝热管式
换热管式
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b. 机械密封
机械密封结构较复杂，但密封效果甚佳。
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4、换热装置
换热装置是用来加热或冷却反应物料，使之符合工艺要求的温度条件的设备。
其结构型式主要有夹套式、蛇管式、列管式、外部循环式等，也可用回流冷凝式、直接火焰或电感加热。
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第六章反应器
第二节釜式反应器
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§2-1 反应釜基本结构
（一）基本结构：
壳体密封装置换热装置传动装置
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1、搅拌釜式反应器的壳体结构
壳体结构：一般为碳钢材料，筒体皆为圆筒型。釜式反应器壳体部分的结构包括筒体、底、盖（或称封头）、手孔或人孔、视镜、安全装置及各种工艺接管口等。

第六章酶反应器

3．流化床式反应器流化床式反应器(fluidized reactor，FBR)是一种装流化床式反应器(fluidized bed reactor，FBR)是一种装有较小颗粒的垂直塔式反应器(形状可为柱形、锥形等) 有较小颗粒的垂直塔式反应器(形状可为柱形、锥形等)。底物以一定速度由下向上流过，底物以一定速度由下向上流过，使固定化酶颗粒在浮动状态下进行反应。如图所示：态下进行反应。如图所示：
Section 2 酶反应器的发展
一、含有辅助因子再生的酶反应器许多酶反应都需要辅因子（如辅酶、辅基、许多酶反应都需要辅因子（如辅酶、辅基、能量供给体的协助，而这些辅因子的价格较贵。等）的协助，而这些辅因子的价格较贵。如采用简单的添加方法，经济上很不合算。因此，方法，经济上很不合算。因此，发展了含有辅因子再生的酶反应器，使辅因子能反复使用，降低生产成本。反应器，使辅因子能反复使用，降低生产成本。例如：①利用固定化的脱氢酶，可将固定化NADH再生例如：利用固定化的脱氢酶，可将固定化NADH再生为固定化NAD。而依靠半透膜，能将固定化NAD保留在反为固定化NAD。而依靠半透膜，能将固定化NAD保留在反应器内。这样，在反应过程中，固定化NAD不断变成固定应器内。这样，在反应过程中，固定化NAD不断变成固定 NADH，又不断再生为固定化NAD，以满足反应所需。化NADH，又不断再生为固定化NAD，以满足反应所需。美国的麻省理工学院有关人员设计的ATP再生酶反应器等再生酶反应器等。 ②美国的麻省理工学院有关人员设计的ATP再生酶反应器等。
2．填充床式反应器填充床式反应器(packed reactor，PCR)是把颗填充床式反应器(packed column reactor，PCR)是把颗粒状或片状固定化酶填充于填充床(也称固定床，粒状或片状固定化酶填充于填充床(也称固定床，床可直立或平放) 底物按一定方向以恒定速度通过反应床。或平放)内，底物按一定方向以恒定速度通过反应床。是一种单位体积催化剂负荷量多、效率高的反应器。种单位体积催化剂负荷量多、效率高的反应器。当前工业上多数采用此类反应器。如图所示：上多数采用此类反应器。如图所示：

化学反应工程第六章固定床反应器

一、颗粒层的若干物理特性参数
密度
– 颗粒密度ρp
• 包括粒内微孔在内的全颗粒密度；
– 固体真密度ρs
• 除去微孔容积的颗粒密度；
– 床层密度/堆积密度ρB
• 单位床层容积中颗粒的质量（包括了微孔和颗粒间的空隙）；
p s (1 p ) B p(1 B )
一、颗粒层的若干物理特性参数
i
Wi FA0
i
xi dx A
r xi1
i

也即
Z 0 Ti

xi x i 1
Ti
1 (
ri
)dx A

0
i 1,2, N
min
Z 0
xi

1 ri
xA xi

1 ri 1
xA xi
0
i 1,2, N 1
对 Z 0 的处理 Ti
Z
Ti Ti
xi dx A
r xi1
i
xi x i 1
Ti
1 (
ri
)dx A

0
i 1,2, N
按中值定理：
Z
Ti
xi x i 1
Ti

1 (
ri
)dx A
（xi

x
i
1
)

Ti
• 双套管式、三套管式
流体流向：轴向、径向
固定床反应器的数学模型
拟均相数学模型：
忽略床层中颗粒与流体之间温度和浓度的差别 –平推流的一维模型 –轴向返混的一维模型 –同时考虑径向混合和径向温差的二维模型

化学反应工程第六章非均相反应器(上)

流化床反应器62流化床反应器63固定床反应器61第六章非均相反应器其他非均相反应器简介6461固定床反应器611固定床反应器的特点固定床反应器无论塔式还是管式均垂直设置气体由顶部进入流动方向与重力方向一致这样可以防止气体冲动床层造成催化剂分布不均匀和催化剂的磨损带出同时有利于反应器中可能形成的液态物质的排除
6.1.5 固定床反应器的工艺计算
(4)管间采用道生油强制外循环换热。道生油进口温度 503K，出口温度508K,道生油对管壁给热系数α0可取 2717kJ／(m2·h·K)。 (5)催化剂为球形，直径dP为5mm，床层空隙率ε为0.48。 (6)年工作7200h，反应后分离、精制过程回收率为90％，第一反应器所产生环氧乙烷占总产量的90%。
6.1.2 固定床反应器的类型
气流不是沿轴向而是沿径向通过催化剂床层，这种流程可以解决床层过高、走轴向压力降过大的问题，该合成塔床层阻力小、可以采用大气量、小颗粒催化剂，利于减小内外扩散的阻力，强化传质，因此特别适用于大中型生产规模的场合。
图6-7 径向反应塔示意图
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
6.1.4.1 固定床中的传质内扩散控制过程发生的场合是，颗粒大，因而内扩散阻力大，内扩散速度小；温度高因而化学反应速度快；气速高
因而外扩散速度大。内扩散控制过程浓度分布特征是 CAg≈CAs>> CAc≈CAeq 。
外扩散的控制过程传质速度（外扩散速度）即为总反应速度。外扩散控制发生的场合是颗粒小，气速小、温度高。外扩散控制过程浓度分布的特征是
CO2 52.67+3.26=55.93kmol/h
N2
566.35kmol/h
C2H4O 3.16kmol/h

第六章生物反应器结构与设计计算

第六章生物反应器结构与设计计算由生物细胞或生物体组成参与的生产过程可统称为生物反应过程，利用生物催化剂进行反应的生物反应器在生产过程中，具有重要的作用，是实现生物技术产品产业化的关键设备，是连接原料和产物的桥梁。

在生物反应过程中，若采用活细胞（包括微生物、动植物细胞）为生物催化剂，称为发酵过程或细胞培养过程。

采用游离或固定化酶，则称为酶反应过程。

按照生物反应过程所使用的生物催化剂不同，生物反应器可分为酶反应器和细胞生物反应器。

根据反应器所需的能量的输入方式，微生物细胞反应器可以分为：通过机械搅拌输入能量的机械式、利用气体喷射动能的气生式和利用泵对液体的喷射作用而使液体循环的生物反应器等。

自上一世纪四十年代，青霉素大规模生产以来，出现了结构多异，性能和用途不同的多类生物反应器。

为配合生物加工过程，工艺条件需要对生物反应器的结构进行设计和计算，以获得较高的产率和规模化生产。

一个良好的生物反应器应满足下列要求：1）结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐蚀性能好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响；2）有良好的气-液-固接触和混合性能和高效的热量、质量、动量传递性能；3）在保持生物反应要求的前提下，降低能耗；4）有良好的热量交换性能，以维持生物反应最适温度；5）有可行的管路比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化控制。

第一节机械搅拌式生物反应器机械搅拌式生物反应器是发酵工厂最常用的类型之一。

它是利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合，促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵和代谢产物所需要的氧气。

一、机械搅拌式生物反应器的结构机械搅拌通风发酵罐主要有罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传动装置、冷却管、消泡器、人孔、视镜等。

下面做简要的介绍。

1．罐体罐体由圆筒体和椭圆形或碟形封头焊接而成，材料以不锈钢为好。

为满足工艺要求，罐体必须能承受一定压力和温度，通常要求耐受130℃和0.25MPa（绝压）。

化学反应工程第六章非均相反应器(上)

图6-5 氨合成塔催化床层结构示意图
6.1.2 固定床反应器的类型
自热式反应器在开车时需要外部热源，而且由于大量换热管的存在，减少了催化剂的装载量，影响到反应器的生产能力，因此近年来的大型装置采用中间冷激的多段绝热床，其结构与气体的流向，如图6-6所示。
图6-6 多段冷激式大型合成氨反应器一例
6.1.1 固定床反应器的特点
固定床反应器无论塔式还是管式均垂直设置，气体由顶部进入，流动方向与重力方向一致，这样可以防止气体冲动床层、造成催化剂分布不均匀和催化剂的磨损带出，同时有利于反应器中可能形成的液态物质的排除。
图6-1 固定床反应器
6.1.2 固定床反应器的类型
6.1.2.1绝热式固定床反应器 (1) 单段绝热式反应器单段绝热式反应器是在一个中空圆筒的底部放置搁板(支承板)，在搁板上堆积固体催化剂。
6.1.2 固定床反应器的类型
6.1.2.2 换热式固定床反应器 (1)对外换热式固定床反应器以各种载热体为换热介质的对外换热式反应器多为列管式结构，如图6-4所示，类似于列管式换热器。
图6-4 列管式固定床反应器
6.1.2 固定床反应器的类型
(2) 自热式固定床反应器以原料气为换热介质，利用反应后的高温气体预热原料，使其达到反应温度，本身得到冷却，这种反应器称为自热式固定床催化反应器，有的氨合成塔和甲醇合成塔属于这种类型。
6.1.4.1 固定床中的传质内扩散控制过程发生的场合是，颗粒大，因而内扩散阻力大，内扩散速度小；温度高因而化学反应速度快；气速高
图6-2 绝热式固定床反应器 1-矿渣棉 2-瓷环 3-催化剂
6.1.2 固定床反应器的类型
(2)多段绝热式反应器多段绝热床中，反应气体通过第一段绝热床反应至一定的温度和转化率而离可逆放热单一反应平衡温度曲线不太远时，将反应气体冷却至远离平衡温度曲线的状态再进行下一段的绝热反应。

第六章固定床反应器的工艺设计 ppt课件

(6-14)
在达到转化率分数xA后:
NT = NA + NB + NP + NQ
= NAo (1-xA) + NBo – (b/a)NAoxA + (p/a)NAoxA + (q/a)NAoxA
= NTo – NToyoxA·((a+b-p-q)/(a+b))·(a+b)/a
(6-15)
令 d’ = (a+b-p-q)/(a+b)
第六章固定床反应器的工艺设计
6.1恒温反应器
一般的设计过程
反应速率方程,
R = ηrv = ηAexp(-E/RT)CaαCbβ 式中, R—表观反应速率，kmo1／(s m3) rv一本征反应速率 kmo1／(s m3) η一相内效率因子，无因次 C—反应物或产物的克分子浓度：kmol/m3 A—频率因子 E—活化能，kJ／kmoI； R—气体常数＝8.314kJ／(kmol．K) T—绝对温度，K
假定P＝1.0 bar，
• 如反应器内径为1cm，则反应器高度将为 89.1 cm。
6.2 绝热气体反应器
定义绝热反应器是一种和周围没有热交换的反应器。因此，如果放热反应是在绝热固定床反应器中进行，则气流的温度将沿着入口到出口的方向增加。另一方面，如果吸热反应是在同样的反应器中进行，则气流的温度将会沿着反应器的长度降低。
(6-8)
压降方程开始可计算出∆P／z值，而后在每一步进行适当的压力校正。
第六章固定床反应器的工艺设计
H2C＝CH2十H2 → CH3一CH3
（6-9）
这是一个放热反应，但它可在很小的恒温反应器中进行。
铜—氧化镁为催化剂，把这些催化剂装在一个内径为

第六章_固定床反应器详解

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3.熔盐：温度范围300℃～400℃，由无机熔
盐KNO3、NaNO3、NaNO2按一定比例组成，在一定温度时呈熔融液体，挥发性很小。但高温下渗透性强，有较强的氧化性。 4.烟道气：适用于600～700℃的高温反应。
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6.2 固定床的传递特性
• 气体在催化剂颗粒
之间的孔隙中流动，
较在管内流动更容
补充水
产物
4. 自热式反应器
采用反应放出的热量来预热新鲜的进料，
达到热量自给和平衡，其设备紧凑，可用
于高压反应体系。
但其结构较复杂，操作弹性较小，启动反
应时常用电加热。
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6.1.3 传热介质
•传热介质的选用根据反应的温度范围决定，其温度与催化床的温差宜小，但又必须移走大量的热，常用的传热介质有： 1.沸腾水：温度范围100~300℃。使用时需注意水质处理，脱除水中溶解的氧。 2.联苯醚、烷基萘为主的石油馏分：粘度低，无腐蚀，无相变，温度范围200~ 350℃

如图 (b) 所示。径向反应器的结构较轴向反应器复杂，催化剂装载于两个同心圆构成的环隙中，流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动。

径向反应器的优点是流体流过的距离较短
，流道截面积较大，床层阻力降较小。
轴向反应器与径向反应器
(a)
(b)
2.多段绝热式固定床反应器

热效应大，常把催化剂床层分成几段(层)，段间采用间接冷却或原料气（或惰性组分）
8
原料气
绝热式
催化剂
固定床反应器
产物
9
绝热式固定床反应器可分为轴向反应器和
径向反应器。 (1)轴向绝热式固定床反应器

第6章生物反应器

第6章生物反应器生物反应器就是指提供适宜细胞生长和产物形成的各种条件，促进细胞的新陈代谢，在低消耗下获得高产量的一种反应设备。

一个优良的发酵罐应具备的条件：1)结构简单;2)不易染菌;3)良好的液体混合性能;4)较高的传质传热速率;5)单位时间单位体积的生产能力高;6)同时还应具有配套而又可靠的检测和控制仪表。

工业生产用的发酵罐趋向大型化和自动化。

6.1 通风发酵罐一、通用式发酵罐又称机械搅拌通气式发酵罐，使之既有机械搅拌装置，又有压缩空气分布装置的发酵罐。

1、工作原理是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，提高发酵液的溶解氧。

一个好的通用式发酵罐的基本条件：1)具有适宜的径高比；通常H/D = 2～4，罐身长有利于氧的溶解2)能承受一定压力；水压试验压力为工作压力的1.5倍，即0.38MPa3)搅拌通风装置要能使气泡分散细碎，气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧，提高氧的利用率4)具有足够的冷却面积；5)罐内应抛光，尽量减少死角，使灭菌彻底，避免染菌；6)搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。

2、结构特点发酵罐主要部件包括罐身、搅拌器、轴封、消泡器、联轴器、空气分布器、挡板、冷却装置、人孔及视镜等。

1) 罐体罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢2) 搅拌器和搅拌轴其作用一是打碎空气气泡，增加气－液接触界面，以提高气－液间的传质速率；二是为了使发酵液充分混和，液体中的固形物料保持悬浮状态。

3) 挡板其作用是为防止发酵液随搅拌器运转而产生旋涡，以提高混合效果。

4) 空气分布器其作用是将无菌空气引入到发酵液中同时初步分散气泡。

5) 冷却装置在发酵过程中，细胞呼吸和机械搅拌都将产生一定热量，为了保证发酵在一定温度下进行，必须将这些热量及时移去，因此需要设置冷却装置。

6) 消泡器分耙式消泡器和半封闭涡轮消泡器二、机械搅拌自吸式发酵罐利用机械搅拌的高速旋转而吸入空气的一种发酵罐。

第六章固定床反应器的工艺设计

第六章固定床反应器的工艺设计固定床反应器是一种常见的反应器类型，广泛应用于化工、石油化工等领域。

在固定床反应器的工艺设计中，需要考虑反应器的尺寸、材料选择、催化剂的选择和补给方式等因素。

本文将从这些方面介绍固定床反应器的工艺设计。

固定床反应器的尺寸设计包括反应器的长度、直径和体积等方面。

尺寸的选择应该根据反应物的性质、反应速率以及保持良好的传质和传热效果来确定。

通常情况下，反应器的直径在0.3-2米之间，体积在0.1-1000立方米之间。

反应器的长度一般要大于反应床的一层，以保证反应物在床层中有足够的停留时间和接触时间。

在材料的选择上，固定床反应器应选用耐高温、耐腐蚀和具有良好物理性能的材料。

常见的材料有不锈钢、镍基合金、钛合金等。

尤其对于高温反应和腐蚀性反应，选择合适的材料对保证反应器的使用寿命和安全性非常重要。

催化剂的选择对于固定床反应器的工艺设计来说也是至关重要的。

催化剂的性质直接影响着反应速率和产品选择性。

选用合适的催化剂可以提高反应效率和产物纯度。

常见的催化剂有金属催化剂、氧化物催化剂、分子筛催化剂等。

催化剂的选择要综合考虑反应物性质、反应条件以及经济因素。

对于固定床反应器的补给方式，常见的有逆流填料法、上升流填料法和下降流填料法等。

逆流填料法是指反应物和催化剂的进气方向相反，有利于反应物的分散和接触。

上升流填料法是指反应物和催化剂沿床层一同向上流动，适用于液相反应和气相-液相反应。

下降流填料法是指反应物和催化剂沿床层一同向下流动，适用于气相反应。

补给方式的选择要根据反应物的性质和反应条件来确定，以获得最佳的反应效果。

固定床反应器的工艺设计还需要考虑反应器的加热和冷却方式。

一般情况下，可以通过外部加热和冷却设备，如蒸汽、冷却水等来实现反应器的加热和冷却。

加热方式有直接加热和间接加热两种。

直接加热是指将加热介质（如蒸汽）直接送入反应器中进行加热，适用于高温反应。

间接加热是指通过换热器将加热介质与反应物进行热交换，适用于低温反应。

第六章流化床反应器

当： Rep 2 10 时 CD 0.43 500
5
这样，可得到ut计算式：
当Rep 0.4时 ut
2 gd p ( s f )
18
0.5 ep
2d p ( s f ) gR 当0.4 Rep 500时 ut 15 f

流化床反应器的缺点
由于流态化技术的固有特性以及流化过程影响因素的多样性，对于反应器来说，流化床又存在粉明显的局限性： ①由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动，无论气相或固相都存在着相当广的停留时间分布，物料的流动更接近于理想混合流，返混较严重。导致不适当的产品分布，降低了目的产物的收率；为了限制返混，常采用多层流化床或在床内设置内部构件。反应器体积比固定床反应器大，并且结构复杂。对设备精度要求较高； ②反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了反应转化率； ③由于固体催化剂在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使催化剂加速粉化，加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量细粒催化剂的带出，造成明显的催化剂流失； ④床层内的复杂流体力学、传递现象，使过程处于非定常条件下，难以揭示其统一的规律，也难以脱离经验放大、经验操作。
式中：Lmf—临界流化床高;εmf—临界流化床的空隙率;
ρp和ρg—分别为颗粒及流体的密度
二、特征流速
1、临界流化速度也称起始流化速度、最低流化速度，是指刚刚能够使颗粒流化起来的气体空床流速（也叫表观速度）。也即颗粒层由固定床转为流化床时流体的气体空床流速，用umf表示。实际操作速度常取临界流化速度的倍数（又称流化数）来表示。临界流化速度对流化床的研究、计算与操作都是一个重要参数，确定其大小是很有必要的。确定临界流化速度最好是用实验测定，也可用经验公式计算。

第六章酶反应器案例

固定化酶膜式应器
（4）中空纤维膜反应器
4 ❖特点：可承受较高的操作压力，表面积
膜
大，但易发生浓度极化或孔堵塞。
反
应
器
❖中空纤维酶膜反应器连续制备异麦芽低聚糖
❖ 以淀粉为原料（木薯淀粉或玉米淀粉）。采用中空纤维酶膜反应器,
❖ 先用α－淀粉酶和异淀粉酶糖化制备麦芽低聚糖; ❖ 后用α－葡萄糖苷酸和真菌淀粉酶转苷制得异麦芽低聚糖。 ❖ 本发明大大缩短糖化、转苷的反应周期,酶用量省,产品质量
器 ❖ 操作：游离酶、固定化酶放入反应器内，底物与气体从底部
的类
通入。气体经过分散板得到充分分散，气泡提供混合作用。
型 ❖ 优点：适用于有气体吸收的生物反应。
及
特
点
❖啤酒连续发酵塔型固定化活菌体反应器
5.喷射式反应器
❖特点：利用高压蒸汽的喷射作用，实现酶与底物的混
合，进行高温短时催化反应的反应器。 ❖ 催化反应速度快，效率高，可在短时间完成催化反应。
特
下一批反应。
点
连续流式搅拌罐式反应器：
向反应器中投入固定化酶和底物溶液，不断搅拌，反应平衡后，以恒定流速连续流入底物，以相同流速输出产物。
1、搅拌罐式反应器
6.1 ❖优点：结构简单，易操作；酶与底物混合充分均
酶匀；传质速度快，反应能迅速达到稳态；能处理
反应
胶体状底物、不溶性底物。
器的
❖ 缺点：反应效率低，搅拌动力消耗；由于搅拌剪
固定化酶膜式反应器
（4）中空纤维酶膜反应器
4 ❖结构：由外壳和数以千计的醋酸纤
膜
维制成的中空纤维组成。中空纤维：
反
内层紧密、光滑，可截留大分子物
应

第六章固定床催化反应器设计-化学反应工程

第六章气-固相催化反应器设计本章核心内容：本章讨论的气固相催化反应反应器包括固定床反应器和流化床反应器。

在固定床反应器部分，介绍了气固相催化反应器的各种类型和固定床层的流动特性，给出了固定床反应器的两种设计方法：经验或半经验法和数学模型法。

在流化床反应器部分，在对固体颗粒流态化现象和流态化特征参数介绍的基础上，讨论了流化床反应器的分类和工业应用。

6-1 固定床反应器的型式反应器内部填充有固定不动的固体催化剂颗粒或固体反应物的装置，称为固定床反应器。

气态反应物通过床层进行催化反应的反应器，称为气固相固定床催化反应器。

这类反应器除广泛用于多相催化反应外，也用于气固及液固非催化反应，它与流化床反应器相比，具有催化剂不易跑损或磨损，床层流体流动呈平推流，反应速度较快，停留时间可以控制，反应转化率和选择性较高的优点。

工业生产过程使用的固定床催化反应器型式多种多样，主要为了适应不同的传热要求和传热方式，按催化床是否与外界进行热量交换来分，分为绝热式和连续换热式两大类。

另外，按反应器的操作及床层温度分布不同来分，分为绝热式、等温式和非绝热非等温三种类型；按换热方式不同，分为换热式和自热式两种类型；按反应情况来分，分为单段式与多段式两类；按床层内流体流动方向来分，分为轴向流动反应器和径向流动反应器两类；根据催化剂装载在管内或管外、反应器的设备结构特征，也可以对固定床催化反应器进行分类。

图6-1、6-2、6-3分别是轴向流动式、径向流动式和列管式固定床反应器结构示意图。

其中，图6-1和图6-2所示的反应器为绝热式，图6-3所示的反应器为连续换热式。

图6-1 轴向流动式图6-2径向流动式图6-3列管式固固定床反应器固定床反应器定床反应器6-1-1 绝热式固定床反应器绝热式固定床催化反应器有单段与多段之分。

绝热式反应器由于与外界无热交换以及不计入热损失，对于可逆放热反应，依靠本身放出的反应热而使反应气体温度逐步升高；催化床入口气体温度高于催化剂的起始活性温度，而出口气体温度低于催化剂的耐热温度。

第六章气固相催化固定床反应器

对于固定床反应器，一般有以下模型：一维拟均相平推流模型一维拟均相带有轴向返混的模型二维拟均相模型二维非均相模型二维非均相带有颗粒内梯度的模型 …………
一维：参数只随轴向位置而变。二维：参数随轴向和径向位置而变。拟均相：流相和固相结合，视为同一相。非均相：流相和固相分别考虑。平推流：不考虑轴向返混。带有轴向返混的模型：在平推流模型的基础上叠加了轴向返混。
调用最优化程序，就可以求得W最小值？可以，但很困难。进一步数学处理：在任意一段内，当xin及xout确定之后，应选取适当的进口温度Tin，使催化剂量最小。
xout dx 1 r x, T 2 dx 0 r x, T xin r Tin xout W dx xin r x, T FA 0
将三个方程联立：
dxA RA 1－ B dl u 0 cA 0
4 RA 1 B H U T Tr di dT dl ucp g
2 u dp 150 1 B g m 1 . 75 3 d dl Re m B s
d sum g
l：床层高度
g : 气体密度
B：床层空隙率
可用来计算床层压力分布。如果压降不大，在床层各处物性变化不大，可视为常数，压降将呈线性分布（大多数情况）。
例6.1 在内径为50mm的管内装有4m高的催化剂层，催化剂的粒径分布如表所示。 3.40 4.60 6.90 粒径 d /mm
2绝热：若绝热，则T=Tr，或者认为U=0。此时，将物料衡算式与热量衡算式合并，可得：
dT H u0cA 0 Ai FA 0 H dx ucp g Ai mcp

第六章生物反应器结构与设计计算

在生物反应过程中，若采用活细胞（包括微生物、动植物细胞）为生物催化剂，称为发酵过程或细胞培养过程。

采用游离或固定化酶，则称为酶反应过程。

按照生物反应过程所使用的生物催化剂不同，生物反应器可分为酶反应器和细胞生物反应器。

自上一世纪四十年代，青霉素大规模生产以来，出现了结构多异，性能和用途不同的多类生物反应器。

为配合生物加工过程，工艺条件需要对生物反应器的结构进行设计和计算，以获得较高的产率和规模化生产。

第一节机械搅拌式生物反应器机械搅拌式生物反应器是发酵工厂最常用的类型之一。

它是利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合，促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵和代谢产物所需要的氧气。

一、机械搅拌式生物反应器的结构机械搅拌通风发酵罐主要有罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传动装置、冷却管、消泡器、人孔、视镜等。

下面做简要的介绍。

1．罐体罐体由圆筒体和椭圆形或碟形封头焊接而成，材料以不锈钢为好。

为满足工艺要求，罐体必须能承受一定压力和温度，通常要求耐受130℃和0.25MPa（绝压）。

化学反应工程第六章气-液反应及反应器

KG ( pG p*) KL (C *CL )
电流过程与双膜传质过程的类似
Ci Hpi
U1
U2
G
L
I U1 U2 U2 U3
R1
R2
U1 U2 U1 U2
R1 R2
R0
R0 R1 R2
U3
pG
Ci
pi
CL
GL
N pG pi Ci CL pG pi Ci CL
G / DG L / DL 1/ kG
M H（a或φ）准数数值大小的含义：
Ci pG
δg
δL
pi
GL
G
L
M （H或a φ）准数数值大小的含义：
M或φ数值越大，反应越快于传质，浓 CL 度分布越显著。
M H（a或φ）准数数值大小的含义：
Ci pG
δg
δL
pi
GL
G
L
M （H或a φ）准数数值大小的含义：
M或φ数值越大，反应越快于传质，浓 CL 度分布越显著。
三、M准数的判据
M准数：液膜中化学反应与传递之间相对速率的大小
条件反应类别反应进行情况
M 0 反应可忽略液膜液相的反应均可忽略
M 1 慢反应
反应在液相主体中进行
M 1 中速反应反应在液膜和液相中进行
M 1 快反应
反应在液膜中进行完毕
M 瞬间反应反应在膜内某处进行完毕
瞬
快
间
反
反
应
假设：扩散组分在气－液界面处达到气液相平衡。
双膜理论
Ci pG
δg
δL
pi
GL
G
L
CL
JG
DG

第六章_固定床反应器

2
SS da π
29
• 比表面积当量直径： (非球形颗粒折合成相同比表面积的球形颗粒应当具有的直径）
SS πd 2 6 VS 6 SV dS 6 3 VS πd d SV SS 6 • 混合粒子的平均直径：（各不同粒径的粒
子直径的加权平均，xi 是直径为d i 的粒子的 1 质量分率）。 d m xi di
如体积、外表面积、比表面积当量直径。28
• 体积当量直径：(非球形颗粒折合成同体积的球形颗粒应当具有的直径）
π 3 球形体积：VS d 6
6VS dV π
1
3
• 外表面积当量直径： (非球形颗粒折合成相同外表面积的球形颗粒应当具有的直径）
球形外表面积：SS πd
1.898 10 Pa
5
40
甲醇制烯烃项目：
改性的 ZSM-5 催化剂其中催化剂的比表面积为 300~600m2/g，孔容体积为 0.3~0.8cm3/g
反应器结构的计算
• 1 催化剂的填充量
• 反应管长度的计算
• 管束尺寸和反应管的排列
pb u 2 fm o H dp
1 b b
39
③ 计算床层压降
150 um g 1 B p L 3 Re 1.75 d B m S
2
150 G 2 1 B L 3 Re 1.75 d m S g B
2 150 6 . 2 1 0.44 1.75 4 3 3 1903 3.96 10 2.46 0.44
冷激，以控制反应温度在一定的范围内。

图 (c) 是用于 SO2 转化的多段绝热反应器，

第六章-反应器设计

反应器(化工设备操作维护课件)

第六章 酶反应器

化学反应工程 第六章 固定床反应器

化学反应工程第六章非均相反应器(上)

第六章 生物反应器结构与设计计算

化学反应工程第六章非均相反应器(上)

第六章固定床反应器的工艺设计 ppt课件

第六章_固定床反应器详解

第6章 生物反应器

第六章固定床反应器的工艺设计

第六章 流化床反应器

第六章酶反应器案例

第六章固定床催化反应器设计-化学反应工程

第六章 气固相催化固定床反应器

第六章 生物反应器结构与设计计算

化学反应工程 第六章 气-液反应及反应器

第六章_固定床反应器

第六章酶反应器

化学反应工程第六章固定床反应器

第六章生物反应器结构与设计计算

第6章生物反应器

第六章流化床反应器

第六章气固相催化固定床反应器

第六章生物反应器结构与设计计算

化学反应工程第六章气-液反应及反应器