反应器的设计

反应器的设计
1.反应器选型
反应器设计为本设计的重点，因影响因素较多，则选择文献与软件模拟同时参考，确保设计数据的准确可靠。

本设计以羰基合成反应器为例采用全混釜式反应器。

设计使用全混釜式反应器进行动力学模拟。

丙烯与合成气反应生成丁醛的主反应是在HRh CO TPP3催化下的一个放热反应，反应操作压强1.8-1.9MPa，操作温度90℃。

为保持反应的平稳进行，采取外部措施进行恒温处理
全本设计采用全混釜式反应器，相比较其它反应器而言，混釜式反应器适用性大，操作弹性也较大，在连续搅拌操作时，全混釜式反应器内物料达到完全混合状态，组成和温度均匀且容易控制，产品质量均一。

但同时全混釜式反应器在保持高转换率时，反应容器容积较大。

现以羰基合成反应器为例进行设计示例，其设计思路是首先在实验数据的基础上得到在特定条件和催化剂下反应的转化率，进而通过Aspen 平衡反应器得到反应平衡时的焓，进而通过Aspen 全混流模
型反应器得到反应的动力学模型，得出反应器的设计参数。

再由理论推导和软件模拟得到实际情况的模型优化，再进行强度的校核与优化，最终得到反应
2.催化剂选择
羰基合成反应催化剂为配位体三苯基膦的铑膦络合物即
（HRh CO TPP3），溶剂为丁醛的三聚物。

3.反应器设计方程的建立
（1）热力学条件
主反应：丙烯与合成气在HRh CO TPP3催化下反应生成丁醛的主反应为：
CH3CH=CH2+CO+H2−−→CH3CH2CH2CHO(正，异丁醛) △H0298K＝
-123.8KJ/mo1
催化剂为：是配位体三苯基膦的铑膦络合物（HRh CO TPP3）该反应在任何温度下平衡常数均很大，实际上可视为一个不可逆反应，因此反应的进行不受热力学条件的限制，反应主要由动力学因素控制。

（2）动力学条件
运用动力学方程的一般式：
−r A=k c C A x C B y C C z
式中：C A，C B，C C：A，B，C组分的浓度mol/m3
x，y，z：A，B ，C组分的反应级数；x+y+z为此反应的总级数
k c：为以浓度表示的反应速率常数，随反应级数的不同有不同的因次。

k c：是温度的函数，在一般情况下，符合阿累尼乌斯关系。

对于全混釜式反应器做物料衡算可得：
F A0−F A−−r A V=0即得到：F A0x A=−r A V
整理得到τ=V
V0=C A0x A
−r A
V0=F A0
C A0
由于全混釜反应器用于液相恒容系统，故简化为τ=V
V0=C A0−C A
−r A
视A、B、C均为一级反应，x=y=z=1，则τ=x A
kC A021−x A3
又有V0=F A0
C A0，根据PV=nRT，可得出V0=F A0
P A0
RT
4.反应器体积计算
根据Aspen 模拟得到的反应器（R101）数据如下表
由动力学方程式可知：
V0=F A0
P A0
RT
=
422
610612
8.314×363
=2.08m3/min
根据文献查得反应的空速为1ℎ−1
则反应器的有效的容积为V r=V0τ=2.08×60=124.8m3
而实际取反应器体积为175m3，停留时间为60min，取反应器高度与直径比为1.5，经过圆整的到反应器的直径为5.3m，高度为8m。