化学反应器设计操作与控制共44页文档
反应器操作规程
反应器操作规程
《反应器操作规程》
一、目的
反应器是化学反应进行的设备，为了保障操作人员的安全，维护设备的正常运转，制定本规程。
二、操作程序
1. 操作前应检查设备是否完好，包括管路、阀门、压力表等，确保设备正常运转。
2. 操作人员应穿着相应的防护服，佩戴安全帽和防护眼镜。
3. 操作人员应熟悉反应器的运转原理和操作流程，严格按照操作规程进行操作。
4. 操作人员应严格遵守操作规程的各项要求，禁止违章操作。
5. 操作过程中，如遇到异常情况应立即报告，及时处理。
三、安全注意事项
1. 操作人员严禁单人单独操作，必须两人以上配合操作。
2. 操作人员应遵守设备的安全操作规程，严禁违规操作或随意更改操作流程。
3. 操作人员应熟悉应急处理程序，如遇紧急情况应迅速采取措施。
4. 操作人员应认真学习相关安全知识，提高安全意识，做到预防在前，保障在先。
四、设备维护
1. 操作人员应对设备进行定期维护和检修，确保设备的正常运
转。
2. 设备维护过程中，操作人员应穿戴相应的防护用品，注意安全。
3. 维护过程中应遵守相关规程，严禁违规操作。
4. 维护完毕后应对设备进行试运转和检测，确保设备的正常运转。
五、附则
本规程由设备管理部门负责制定和更新，操作人员应严格遵守规程内容。
对违规操作者将给予相应的处罚。
《反应器操作规程》是保障设备正常运转和操作人员安全的重要文件，希望全体操作人员严格遵守，并将规程内容落实到实际操作中，共同维护设备的正常运转和操作人员的安全。
化学反应器设计、操作与控制
压力控制
压力是化学反应的重要参数，通过调节进料流量和压力调 节系统，将压力控制在适当的范围内，以保证反应的顺利 进行。
流量控制
进料流量对化学反应的影响较大，通过流量计和调节阀， 精确控制进料流量，以保证反应物料的均匀投入。
反应过程监控
温度监测
实时监测反应器内的温度变化 ，确保温度在预设范围内波动
。
研究反应的动力学性质，如反应速率 常数、活化能等，以优化反应过程。
02 化学反应器操作
操作参数控制
温度控制
保持反应器内的温度稳定，是实现化学反应的重要条件。 通过加热和冷却系统，将温度控制在适宜的范围内，以获 得最佳的反应效果。
液位控制
保持反应器内的液位稳定，对于化学反应的稳定性和安全 性至关重要。通过液位传感器和调节阀，实时监测和控制 液位高度。
反应器材料选择
根据反应条件选择耐 腐蚀、耐高温、耐高 压的材料。
对于特殊反应，如强 氧化、还原等，需选 用具有特殊性能的材 料。
考虑材料的机械性能、 加工性能和经济性。
反应器热力学与动力学基础
分析反应的热力学性质，如反应平衡 常数、熵变等，以确定最佳反应条件。
利用热力学和动力学数据，进行反应 器模拟和优化。
预防措施
加强设备维护和巡检，制定应急预案，提高员工安全意识。
案例分析
某化工厂反应器爆炸事故的调查与预防措施。
05 未来展望与挑战
新材料与新技术的应用
新材料的研发
随着科技的发展，新型的高性能材料如纳米材料、复合材料 等在化学反应器中的应用越来越广泛。这些新材料具有优异 的物理和化学性能，可以提高反应器的效率、降低能耗和减 少环境污染。
环保要求
严格控制三废（废气、废水和固 废）的排放，采用环保材料和工 艺，降低能耗和资源消耗，实现 绿色生产。
反应器操作与控制基础知识—反应器的操作方式
①是一非定态过程，反应器内物系组 成随时间而改变
②适合于小批量、多品种的产品生产
③不易实现自动化控制，劳动力多
④设备简单
⑤设备利用率低
二、操作方式的特点—— 2.连续操作的特点
二、操作方式的特点——2.连续操作的特点
连续操作的一般流程
01
连续进料
02
03
连续反应
连续出料
温度等的控制
二、操作方式的特点——2.连续操作的特点
连连续式式 操操作作方方 式式
的的特特 点点
①多属于定态操作，反应器内各种物系参数 不随时间而变，但随位置而变
②适合于大规模生产
③便于实现自动化控制，品质量均一
④设备结构复杂
⑤设备利用率高
二、操作方式的特点——3.半连续（半间歇）操作的特点
原料与产物只要其中的一种为连续输入或输出而其余则为分 批加入或卸出的操作均属半连续操作，相应的反应器称为半连续反 应器或半间歇反应器。
《化学反应器操作与控制》
非理想流动
非理想流动模型
理想流动模型
理想置换模型
(a) 间接换热式
二、操作方式的特点——1.间歇操作的特点
二、操作方式的特点——1.间歇操作的特点
间歇操作的一般流程
01
02
03
04
05
06
准备
投料
升温
反应
出料
清洗
关键步骤
二、操作方式的特点——1.间歇操作的特点
间歇式 操作方式
半连续操作具有连续操作和间歇操作的某些特征： 有连续流动的物料，也有分批加入或卸出的物料，因此半连
续反应器的反应物系组成必然既随时间而改变，也随反应器内的位 置而改变。
7.2化学反应器控制方案
《过程控制工程》课程组
典型反应器控制方案举例
聚合反应釡的温度－压力串级控制
PC P TC T1
T1, sp
冷却水
《过程控制工程》课程组
典型反应器控制方案举例
3、具有压力补偿的聚合釜内温控制
TC Tc P
温度补偿 RY
T1
a P 微分 环节
× +
T1 冷水
+
一阶滤波 环节 ( a ) 控制方案 ( b ) 温度补偿装置
化学反应器控制方案
6、反应器的分段控制
目的：使反应沿着最佳温度曲线进行
TC 冷却剂 TC
y
第
冷却剂 TC 冷却剂
三
床
层 冷却 层
冷却
第
二
床
第
床 一
层
T
固定床反应器的温度分段控制
《过程控制工程》课程组
典型反应器控制方案举例
聚合反应釡的温度控制
T1, sp T1C T2C T1 T2 出料
冷却水 蒸汽 TC Tf 热水 热水阀 冷水 冷水阀 进料 冷却器 加热器
《过程控制工程》课程组
化学反应器控制方案
1、反应器入口温度控制
TC
进料 TC
进料
出料
出料
方案1
方案2
方案1：控制快速，滞后小，但存在进料混合不均匀，影响催化剂活性。
方案2：控制滞后大，但能避免方案1的情况。
《过程控制工程》课程组
化学反应器基本控制方案
2、反应器温度的单回路控制
TC
TC
出料
出料
冷却剂 进料
进料 冷却剂
方案1
方案2
方案1：冷却剂流量较小，釡温与冷却介质温差大，当反应物搅拌 不均匀时，易造成釡内物料局部过热或过冷。 方案2：冷却剂强制循环，冷却剂流量大，釡温与冷却介质温差小。
化学工程中的反应器设计和操作
化学工程中的反应器设计和操作达力（银川）污水处理有限公司摘要：反应器设计和操作是化学工程中的核心领域，它关乎化学反应的有效性、安全性和可持续性。
本文深入探讨了反应器设计的基础原理，包括物质平衡、热力学分析和动态响应等关键概念。
我们还研究了材料选择、耐压性和可持续性考虑对反应器设计的重要性。
了解了这些基础知识后，化学工程师能够更好地选择适当的反应器类型、优化操作条件，并确保反应过程的高效运行。
反应器设计与操作的成功不仅关系到化学产品的生产，还关系到资源利用和环境保护。
通过持续改进和创新，化学工程师可以在这一领域取得更大的成就，推动可持续和绿色化学工程的发展。
关键词：化学工程；反应器设计；操作过程引言本文旨在深入研究反应器设计和操作的关键原理和实践，涵盖了从基本的物质平衡和热力学分析，到材料选择、耐压性和可持续性考虑的各个方面。
我们将探讨如何优化反应条件、选择合适的反应器类型，并通过过程控制实现所需的产品产率和质量。
反应器设计和操作的成功不仅推动了化学工程领域的技术进步，还对社会和环境产生深远影响。
它们为实现可持续生产和资源利用提供了重要支持，也为创新和绿色技术的发展创造了机遇。
通过深入理解和应用反应器设计和操作原理，我们能够更好地应对未来的挑战，实现更加可持续和环保的化学工程实践。
一、反应器设计基础（一）反应器的定义与分类反应器是化学工程中的核心装置，用于实现化学反应过程。
它是一个封闭的系统，可以控制温度、压力和其他操作条件，以促使化学反应发生。
根据其结构和功能，反应器可以分为多种类型，如批量反应器、连续流动反应器、固定床反应器等。
不同类型的反应器适用于不同的反应条件和目标，选择合适的反应器对于化学工程的成功至关重要（二）反应器设计原则反应器设计的关键原则之一是确保安全性。
这包括在设计中考虑化学品的特性，避免不稳定或危险的反应条件，并采取措施来应对可能的事故。
此外，反应器设计还要考虑产品的纯度、产率和选择合适的催化剂或催化剂支持体。
化学工程的反应器设计资料
化学工程的反应器设计资料一、引言反应器是化学工程中最关键的设备之一，它是化学反应过程中进行反应物转化和生成产物的地方。
反应器设计的合理性直接影响到化学工程的效率和产品质量。
本文将介绍化学工程中反应器设计的基本原理、设计要点以及相关的设计资料。
二、反应器设计原理1. 反应器类型常见的反应器类型包括批次反应器、连续流动反应器和半批次反应器。
批次反应器适用于小规模生产和实验室研究，连续流动反应器适用于大规模连续生产，而半批次反应器则结合了两者的优点。
2. 反应动力学反应动力学是反应器设计的基础，通过研究反应速率方程、反应物浓度变化以及温度、压力等因素对反应速率的影响，确定反应器的尺寸和工艺参数。
3. 反应器尺寸反应器尺寸的确定需要考虑反应物的摩尔质量、摩尔流量以及理想反应转化率。
同时，反应器的尺寸还受到传热和传质的限制。
三、反应器设计要点1. 反应器材料选择反应器材料的选择要考虑到反应物的性质、温度、压力以及反应物对材料的腐蚀性。
一般常用的反应器材料包括不锈钢、玻璃钢和塑料等。
2. 反应器搅拌搅拌是为了保持反应物的均匀分布和提高反应效率。
根据反应物不同的物理性质，可以选择机械搅拌、涡轮搅拌或气泡搅拌等不同搅拌方式。
3. 反应器传热反应过程中的热量传递对反应速率和产物分离都有很大影响。
常见的传热方式包括对流传热、导热和辐射传热等。
4. 反应器安全反应器设计中的安全性是一个重要考虑因素。
需要考虑反应过程中可能产生的高温、高压、有毒物质等危险因素，确保设备和操作人员的安全。
四、反应器设计资料的收集与整理1. 反应物性质的调查和记录，包括摩尔质量、密度、粘度等。
2. 反应动力学研究资料，包括反应速率方程、反应物浓度变化等实验数据。
3. 反应器材料的选择和性能参数资料，包括不同材料的耐腐蚀性、耐压性等指标。
4. 反应器传热和传质的资料，包括传热系数、传质系数等。
5. 相关的安全设计资料和规范，确保反应器设计过程中符合相关法规和标准要求。
反应器操作与控制流程介绍
反应器操作与控制流程介绍下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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1. 反应器启动。
确保反应器系统清洁、完整无损。
化学反应器设计、操作与控制
反应器温度检测及控制方案的确定
• 精细1111班 • 第二组
换热装置及热载体的分析选择
换热装置---夹套
• 双卫控制系统结构简单、成本低、容易实现，但 质量控制较差，大多应用于允许被控制变量上下 波动的场合。如原料储罐、恒温箱、空调、电冰 箱中的温度控制，为气动仪表提供气源的压缩空 气罐中的压力控制等。 • 利用浮球阀控制水箱水位的控制系统也属于双卫 控制。
• 2、比例（P）控制 • 如果控制系统能使执行机构的行程变化与被控制变量偏差 的大小成一定比例关系的话，就可能使上述贮槽的物料流 入量等于流出量，从而使液位能稳定在某一值上，即系统 在连续控制下达到平衡状态。这种控制器输出的变化与输 入控制器的偏差大小成比例关系的控制规律，称为比例控 制规律。 • 比例控制规律 • 控制器输出变化与输入偏差成正比。 • 在时间上没有延迟。 • 在相同的偏差下，Kc越大，输出也越大，因此Kc是衡量比 例作用强弱的参数。 • 工业上用比例度来表示比例作用的强弱。 • 单纯的比例控制适用于扰动不大、滞后较小、负荷变化小、 要求不高、允许有一定余差存在的场合。
乙酸丁酯反应器用测温仪表
• 选用压力式温度仪表 • 理由：乙酸丁酯反应温度在120℃左右，在压力式 温度仪表（—50~600℃）测量范围之内，具有价 廉，最易就地集中监测的优点。
自动控制系统组成及其分类
• 自动控制系统主要由：控制器，被控对象，执行 机构和变送器四个环节组成 • 分类方法 • 自动控制系统有几种分类方法 • 按控制原理的不同，自动控制系统分为开环 控制系统和闭环控制系统。 • 开环控制系统 • 在开环控制系统中，系统输出只受输入的控 制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。开环 控制系统中，基于按时序进行逻辑控制的称为顺 序控制系统；由顺序控制装置、检测元件、执行 机构和被控工业对象所组成。主要应用于机械、 化工、物料装卸运输等过程的控制以及机械手和 生产自动线。
乙酸丁酯反应器的设计、操作与控制
反应器的计算内容和基本方程式
（3）描述压力变化的动量衡算式 动量衡算式以动量守恒与转化定律为基础，计算反应 器压力变化。当气流流动反应器的进出口压差很大，以致 影响到反应组分浓度时，就要考虑流体的动量衡算。一般 情况下，反应器的计算不考虑此项。 （4）描述反应速率变化的动力学方程式 对于均相反应，需要本征动力学方程； 对于非均相反应，应该包括相传递过程在内的宏观学 方程
示，则：
解析法计算反应器的体积
2、已知每小时处理物料体积V0与操作周期 备的总容积为: ，则需要设
求得设备总容积后，可查得系列设备标准选用决定设备的容 积V和个数n。 ③：任务计算： 1.计算反应时间： 乙酸和丁酯的相对分子质量分别为60和74，故得乙酸的初始 浓度：C0乙酸=1×750/1×60+5×74=1.7 kmol/m³将反应速率 常数k=0.0174 m³ /（kmol.min）和乙酸的转化率0.5代入， 得反应时间为：1/0.0174×1.7×0.5/1-0.5=34min
反应器的计算内容和基本方程式
（2）描述温度变化的能量衡算式 依据：能量守恒定律 基准：取温度、浓度等参数保持不变的单元体积和单 元时间作为空间基准和时间基准。 衡算式：在单元时间ΔT、单元体积ΔV内（以放热反应 为例）[积累的热量]=[原料带入的热量]+[反应产生的热量][出量带走的热量]-[传热环境或热载体的热量] 目的：给出温度随反应器内位置或时间变化的函数关 系
乙酸丁酯反应器的设计、操作 与控制
第一组:单康康 陈林健 陈霞 李洋 盛夏 卞凯翔 制作：单康康
壹
反应器的计算内容和基 本方程式 解析法计算反应器的体 积 图解法计算反应器的体 积
贰
叁
反应器的计算内容和基本方程式
化学反应器的控制
第13章 化学反应器的控制13.1 概述一、化学反应器的类型1.按反应器的进出物料状况分： 间歇式和连续式。
2.从物料流程的排列来分： 单程与循环。
3.从反应器的结构形式分：釜式、管式、塔式、固定床、硫化床等。
4.从传热情况分：绝热式和非绝热式。
二、化学反应器的控制要求1.物料平衡控制 2.能量平衡控制 3.约束条件控制 4.质量控制举例 丙烯聚合反应釜的控制流程13.4 反应器的基本控制方案化学反应器的种类很多，控制上的难易程度也相差很大。
较为容易的控制与一个换热器相似，而对一些反应速度快、热效应强烈的反应器，控制难度就比较大。
化学反应器的控制要求，除了保证物料、热量平衡之外，还需要进行质量指标的控制，以及设置必要的约束条件控制。
关于反应器的质量指标控制，与精馏塔的质量指标选取类似。
反应器的质量指标控制的选取：一种是直接的质量指标，常用出料的成分或转化率等作为质量控制的被控变量； 另一种以反应器的工艺状态参数作为被控变量，其中温度是最常用的间接质量指标。
反应器的基本控制方案是从热稳定性出发，主要是为了建立一个稳定的工作点，使反应器的气氢气 丙烯 乙烯 乙烷热量平衡。
同时，让反应过程工作在一个适宜的温度上，以此温度间接反映质量指标的要求，并满足约束条件。
一、绝热反应器的控制 绝热反应器由于与外界没有热量的交换。
因此，要对反应器的温度进行控制，只能通过控制物料的进口状态来实现。
所谓的物料进口状态的控制，即控制物料的进口浓度x 0、进料温度θf 、和负荷量G 。
1、进口浓度x 0的控制以进口浓度x 0作为操纵变量来控制反应器温度，它的机理可从绝热反应器的热量平衡式中得出：式中：G —反应物的质量流量，kg/s ；ρ—反应物的密度，kg/m 3 ； x 0 —反应物的浓度，mol/m 3 ；H —每摩尔的反应热，J/mol ； y —转化率。
当θf 不变时，随着x 0的增大（放热Q 1增大），反应器温度θ也增大。
化学工程行业反应器设计技术手册
化学工程行业反应器设计技术手册一、引言化学反应器是化学工程行业中十分重要的设备，用于进行化学反应，生产各种化学产品。
本手册旨在为化学工程师提供关于反应器设计的技术指导与建议，以确保反应器的高效运行和产品质量的稳定性。
二、反应器基本原理1. 反应器类型常见的反应器类型包括批量反应器、连续流动反应器和半批量反应器。
每种类型都具有各自的适用场景和设计要点，工程师应根据具体反应的要求选择合适的反应器类型。
2. 反应器设计参数反应器设计中需要考虑的关键参数包括反应物输送、反应动力学、反应热学和物料的混合与分离等。
合理地确定这些参数可以有效地提高反应器的产能和效率。
三、反应器设计步骤1. 反应物性质分析在设计反应器之前，必须对反应物的性质进行全面的分析，包括反应速率、温度、压力、浓度和相变等。
这些数据对于确定反应器的尺寸、加热和冷却方式等具有重要意义。
2. 反应器尺寸确定反应器的尺寸设计是保证产能和反应效果的关键因素。
根据反应物性质和反应动力学数据，可以通过数学模型来估计反应器的尺寸，并确定合适的反应装置。
3. 反应器搅拌设计搅拌是反应器中必不可少的步骤，对于混合均匀和反应速率有着重要影响。
反应器搅拌系统的设计应考虑搅拌速率、搅拌器类型和搅拌功率等参数。
4. 反应器传热设计反应器中的传热对于控制温度和反应速率至关重要。
传热系统的设计应考虑传热面积、传热介质选择和传热效率等因素，以确保反应器能够在适宜的温度范围内运行。
5. 反应器安全设计反应器设计中的安全问题是至关重要的，包括防爆装置、泄压装置和溢流装置的设置等。
合理的安全设计可有效预防事故和保护工作人员的生命和财产安全。
四、反应器运行与维护1. 反应器调试与操作反应器的调试和操作应遵循相应的工艺流程和操作规范，确保反应物的准确加入和产物的有效采集。
操作人员应熟悉设备的操作原理和安全规定，遵循操作程序并做好相应的记录。
2. 反应器维护与保养定期对反应器进行维护和保养是确保其正常运行和延长其使用寿命的重要举措。
化学反应器的控制
间接指标：温度、压力、温差等。
（2）根据工艺过程特性，确定控制手段 单回路、串级、前馈等
一般情况下，取温度为被控变量，载热体流量为操纵变量，构成相应 的控制系统。
《过程控制工程》课程组
化学反应器控制方案
1、反应器入口温度控制
TC
进料 TC
进料
出料
出料
方案1
方案2
方案1：控制快速，滞后小，但存在进料混合不均匀，影响催化剂活性。
《过程控制工程》课程组
典型反应器控制方案举例
3、具有压力补偿的聚合釜内温控制
TC Tc P
温度补偿 RY
T1
a P 微分 环节
× +
T1 冷水
+
一阶滤波 环节 ( a ) 控制方案 ( b ) 温度补偿装置
Tc
《过程控制工程》课程组
典型反应器控制方案举例
F-201
FC
反应油气
PdC
OFG 烟气
TF
方案2：控制滞后大，但能避免方案1的情况。
《过程控制工程》课程组
化学反应器基本控制方案
2、反应器温度的单回路控制
TC
TC
出料
出料
冷却剂 进料
进料 冷却剂
方案1
方案2
方案1：冷却剂流量较小，釡温与冷却介质温差大，当反应物搅拌 不均匀时，易造成釡内物料局部过热或过冷。 方案2：冷却剂强制循环，冷却剂流量大，釡温与冷却介质温差小。
催化裂 化反应 再生系 统的控 制
原料油RF
TC
反 应 器 LRA TRA
TC LC
再 生 器
TRG
瓦斯气
FC
回炼油浆
FC
LS
8化学反应器的控制
8.2
化学反应器的特性
3．除热线的影响： 除热线斜率：FPCP 除热线截距：-FPCPΘi 它们的数值影响除热线的位置，并影响工作点 有三个交点，只有一点是不稳定点 4．放热线的影响 ●放热线与停留时间有关：停留时间增加，放热线右移 – 绝热反应 – 非绝热反应
8.2
化学反应器的特性
绝热状态下放热反应的热稳定性 停留时间τc不变，入口温度Θi变化： 放热线位置不变 除热线斜率不变，截距变化，除热线位置左右平移 只改变初始工作点，不影响系统的热稳定性 但当入口温度过低时，几乎不发生反应 停留时间τc变化，入口温度Θi不变化： 停留时间变化，表示处理量F变化 它一方面，使放热线位置左右平移 另一方面，除热线斜率和截距也因F变化而变化 因此，对热稳定性有影响 例如处理量F↑,则τc↓，放热线右移（成黑线） 除热线斜率增大，截距增大，使转化率降低 结论：对绝热状态下的放热反应，调整处理量和入口温度 对系统热稳定性影响不大，但处理量不能过大，温度不能过低
8.1 概述
3．按传热情况分类 绝热：与外界不进行热量交换 非绝热：反应物与未反应物间进行热量交换 4．按物料流程分类 单程：物料经反应后不再进行循环。例如，硝酸生产的氨氧化反应 循环：反应的转化率较低时，反应后，未反应物料经分离后 循环使用，它与新鲜物料混合再进入反应器进行反应 循环：反应转化率高，为抑制副反应，进料中加入不参加反应的物料 采用循环流程，不断排除不参加反应物料。如合成氨生产的循环气 循环：反应中所需的溶剂循环使用 5．按反应器结构分类
α
β
γ
8.2
化学反应器的特性
反应深度对化学反应速度的影响 ●对可逆反应，随着化学反应的进行，反应物浓度↓，正反应速度↓ 生成物浓度↑，逆反应速度↑，因此，虽反映深度增加，总的反应速度↓ ●反应深度用转化率y表示： 对可逆反应：A+B→C； 转化率y = nAo − nA × 100%