化工反应器设计及类型介绍PPT(66张)
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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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2023/10/13
§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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2023/10/13
2023/10/13
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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2023/10/13
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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2023/10/13
第六章 反应器
第二节 釜式反应器
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2023/10/13
§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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2023/10/13
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。
化工生产中常见反应器
操作简便，易于控 制
广泛应用于化工、 制药等领域
流化床反应器的应用
流化床反应器在化工生产中主要用 于实现固体催化剂与液体原料的接 触和反应
在石油工业中，流化床反应器主要 用于烃类裂化反应，生产高质量的 汽油和柴油等产品
添加标题
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流化床反应器具有高效、节能、环 保等优点，广泛应用于石油、化工、 制药等领域
流化床反应器具有较好的混合效果， 能够使物料在反应器内均匀混合， 提高反应效率。
添加标题
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流化床反应器具有较高的传热效率， 能够实现快速反应和高效能量利用。
流化床反应器易于实现连续化、规 模化生产，能够提高生产效率和降 低生产成本。
反应器的应用
釜式反应器的应用
适用于多种化工生产过程，如聚合、缩合、烷基化等 可用于高温、高压、高粘度、高流速的化工生产环境 适用于大规模生产，能够提高生产效率和降低成本 操作简单，易于控制，能够实现自动化生产
管式反应器的应用
适用于高温、高压和高流速的反应 适用于大规模生产，产量高 适用于多种反应类型，如放热、吸热、气体和液体的反应 适用于高粘度、高固体含量的反应
塔式反应器的应用
适用于大规 模生产
分离和提纯 效果好
可用于多种 化学反应
操作简便， 易于控制
固定床反应器的应用
适用于大规模生产
可用于多种化学反 应
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特点：管式反应器通常由一组直管组成，反应物料在管内流动，通 过加热或冷却外部管壁实现温度控制。
应用范围：管式反应器广泛应用于石油、化工、制药等领域，适用 于气相、液相或固液混合相的反应。
反应器基本理论课件
反器基本理
• 反应器概述 • 反应器的基础理论 • 反应器的类型与选择 • 反应器的操作与优化
反器概述
01
反应器的定义和分类
分类
连续反应器（Continuous Reactor）：反应物以稳定流速连 续加入，产物也连续流出。
定义：反应器是一种用于进行化 学反应的设备或系统，通过控制 反应条件来促进化学反应的进行， 并获取所需的产物。
批式反应器（Batch Reactor）： 反应物一次性加入，反应完成后 产物一次性取出。
半连续反应器（Semi-Batch Reactor）：反应物一部分连续加 入，一部分批次加入。
反应器在化工流程中的地位
01
02
03
核心设备
反应器是化工流程中的核 心设备之一，直接影响产 品质量和生产效率。
反应条件控制
评估指标
评估反应器性能的主要指标包括反应器的转化率、选择性、产率等。此外，还需关注反应器的能耗、设备寿命、 操作稳定性等方面的指标。在实际应用中，需根据具体反应体系和需求，综合权衡各方面因素，选择最适合的反 应器类型和设计参数。
04
反器的操作
化
反应器的稳态操作
稳态操作定义
指的是反应器在连续、稳 定的状态下进行操作，各 参数不随时间变化。
适用场景
非均相反应器适用于涉及固-液、固气等反应体系的反应过程，如催化裂 化、气体吸附等。
反应器的选择与评估
选择因素
在选择反应器时，需要考虑反应物的性质、反应条件、产物要求等因素。例如，对于快速反应，宜选择均相反应 器；对于慢反应，宜选择非均相反应器。同时，还需考虑反应器的传热、传质性能，设备的投资与运行成本等因 素。
非理想流动模型
分析实际反应器中可能出现的非理想流动现象，如返混、死区等， 以及这些现象对反应器性能的影响。
• 反应器概述 • 反应器的基础理论 • 反应器的类型与选择 • 反应器的操作与优化
反器概述
01
反应器的定义和分类
分类
连续反应器（Continuous Reactor）：反应物以稳定流速连 续加入，产物也连续流出。
定义：反应器是一种用于进行化 学反应的设备或系统，通过控制 反应条件来促进化学反应的进行， 并获取所需的产物。
批式反应器（Batch Reactor）： 反应物一次性加入，反应完成后 产物一次性取出。
半连续反应器（Semi-Batch Reactor）：反应物一部分连续加 入，一部分批次加入。
反应器在化工流程中的地位
01
02
03
核心设备
反应器是化工流程中的核 心设备之一，直接影响产 品质量和生产效率。
反应条件控制
评估指标
评估反应器性能的主要指标包括反应器的转化率、选择性、产率等。此外，还需关注反应器的能耗、设备寿命、 操作稳定性等方面的指标。在实际应用中，需根据具体反应体系和需求，综合权衡各方面因素，选择最适合的反 应器类型和设计参数。
04
反器的操作
化
反应器的稳态操作
稳态操作定义
指的是反应器在连续、稳 定的状态下进行操作，各 参数不随时间变化。
适用场景
非均相反应器适用于涉及固-液、固气等反应体系的反应过程，如催化裂 化、气体吸附等。
反应器的选择与评估
选择因素
在选择反应器时，需要考虑反应物的性质、反应条件、产物要求等因素。例如，对于快速反应，宜选择均相反应 器；对于慢反应，宜选择非均相反应器。同时，还需考虑反应器的传热、传质性能，设备的投资与运行成本等因 素。
非理想流动模型
分析实际反应器中可能出现的非理想流动现象，如返混、死区等， 以及这些现象对反应器性能的影响。
化学反应器设计基础学习PPT教案
理想反应器
连续式完全混合（返混程度最大）
平推流反应器 （无返混）
非理想反应器
间歇反应器
• 间歇操作的充分搅拌槽式反应器（简称间歇反应器）。在反应器中物料被充分混合，但由于所有物料均为 同一时间进入的，物料之间的混合过程属于简单混合，不存在返混。
平推流反应器
• 理想置换反应器（又称平推流反应器或活塞流反应器）。在连续流动的反应器内物料允许作径向混合（属 于简单混合）但不存在轴向混合（即无返混）。典型例子是物料在管内流速较快的管式反应器。
t
• (3)空间时间τ 其定义为反应器有效容积VR与流体特征体积流率V0之比值。 即
VR
V • 空间时间是一个人为规定的参量，它表示处理在进口条件下一个反应器体积
的流体所需要的时间。
0
• 空间时间不是停留时间
空时为2h意思为每2个小时处理的物料量相当于一个反应器的体积
• (4)空间速度SV
• 有空速和标准空速之分。空速的一般定义为在单位时间内投入单位有效反应 器容积内的物料体积。即：
2
1 kcA0
xAf 1 xAf
• xA=0.6 tr=3.18h
•
•
xA=0.8 xA=0.9
t t
r= r=
8 1
.5 9.
h
0trh
1.97
1 10
3
4
0.5 1 0.5
1 2.10 60
h
• (2)反应器体积的计算 • xA= 0.8时：tt=tr+t’=8.5+1=9.5h • 每小时己二酸进料量FA0，己二酸相对分子质量为146，则有：
设计计算过程
• 对于给定的生产任务，即单位时间处理的原料量FA[kmol.h-1]以及原料组成CA0[kmol.m-3]、达到的产品要 求xAf及辅助生产时间t’、动力学方程等，均作为给定的条件，设计计算出间歇反应器的体积。
连续式完全混合（返混程度最大）
平推流反应器 （无返混）
非理想反应器
间歇反应器
• 间歇操作的充分搅拌槽式反应器（简称间歇反应器）。在反应器中物料被充分混合，但由于所有物料均为 同一时间进入的，物料之间的混合过程属于简单混合，不存在返混。
平推流反应器
• 理想置换反应器（又称平推流反应器或活塞流反应器）。在连续流动的反应器内物料允许作径向混合（属 于简单混合）但不存在轴向混合（即无返混）。典型例子是物料在管内流速较快的管式反应器。
t
• (3)空间时间τ 其定义为反应器有效容积VR与流体特征体积流率V0之比值。 即
VR
V • 空间时间是一个人为规定的参量，它表示处理在进口条件下一个反应器体积
的流体所需要的时间。
0
• 空间时间不是停留时间
空时为2h意思为每2个小时处理的物料量相当于一个反应器的体积
• (4)空间速度SV
• 有空速和标准空速之分。空速的一般定义为在单位时间内投入单位有效反应 器容积内的物料体积。即：
2
1 kcA0
xAf 1 xAf
• xA=0.6 tr=3.18h
•
•
xA=0.8 xA=0.9
t t
r= r=
8 1
.5 9.
h
0trh
1.97
1 10
3
4
0.5 1 0.5
1 2.10 60
h
• (2)反应器体积的计算 • xA= 0.8时：tt=tr+t’=8.5+1=9.5h • 每小时己二酸进料量FA0，己二酸相对分子质量为146，则有：
设计计算过程
• 对于给定的生产任务，即单位时间处理的原料量FA[kmol.h-1]以及原料组成CA0[kmol.m-3]、达到的产品要 求xAf及辅助生产时间t’、动力学方程等，均作为给定的条件，设计计算出间歇反应器的体积。
反应器基础知识课件(原创)
反应器基础知识
主 要 内 容
概述 反应器的种类 反应器的一般结构及优缺点 反应器的操作条件 反应器的选型
概述
反应器 用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、 气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌（机械搅拌、 气流搅拌等）装置。在高径比较大时，可用多层搅拌 桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应 器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外 循环进行换热。 反应器的应用始于古代，制造陶器的窑炉就是一 种原始的反应器。近代工业中的反应器形式多样,例如: 冶金工业中的高炉和转炉；生物工程中的发酵罐以及 各种燃烧器，都是不同形式的反应器。
釜式反应器
搅拌器 除聚合过程外，还有许多其他化工过程需 要搅拌器。 按工艺过程搅拌器可分为混合、搅动、悬 浮和分散四种。 按型式，搅拌器有推进器式、透平式、浆式、 锚式、螺轴式、螺带式以及有刮壁作用的搅拌 器。前三种适用于高速搅拌低粘稠流体，后几 种适用于低速搅拌高粘稠流体。
釜式反应器
传热装置 聚合反应往往严格控制聚合温度， 要求反应物料纯净不被污染，加之粘度 高易结垢，要求传热装置传热效率要高， 结构要简单，避免有容易挂胶的粗糙表 面和导致结垢的死角，并便于清洗。
釜式反应器的高径比为1-2，在石化行业 中，除用于液相均相、液相非均相或气 相反应外，主要用于聚合反应，即将小 分子变为大分子，使反应物具有可塑、 成纤、成膜、高弹等特性。很多釜内含 有搅拌器和换热装置。大部分反应釜由 釜体、搅拌器、减速器、密封装置、换 热装置和挡板组成。
釜式反应器
釜体 釜体是一个压力容器，其内壁有的 要求镜面，有的无此要求。
塔式反应器
气升式鼓泡塔 气升式鼓泡塔塔内装有一根或几根气升管， 气体从下部的气体分布器进入气升管。在气升 管中，气液混合物密度比环形空间中的液体密 度小得多，引起液体在环形空间和气升管内做 循环流的，故称为气升式鼓泡反应器。苯乙烯 装置中的烃化/烃化转移反应器就是这种结构。
主 要 内 容
概述 反应器的种类 反应器的一般结构及优缺点 反应器的操作条件 反应器的选型
概述
反应器 用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、 气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌（机械搅拌、 气流搅拌等）装置。在高径比较大时，可用多层搅拌 桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应 器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外 循环进行换热。 反应器的应用始于古代，制造陶器的窑炉就是一 种原始的反应器。近代工业中的反应器形式多样,例如: 冶金工业中的高炉和转炉；生物工程中的发酵罐以及 各种燃烧器，都是不同形式的反应器。
釜式反应器
搅拌器 除聚合过程外，还有许多其他化工过程需 要搅拌器。 按工艺过程搅拌器可分为混合、搅动、悬 浮和分散四种。 按型式，搅拌器有推进器式、透平式、浆式、 锚式、螺轴式、螺带式以及有刮壁作用的搅拌 器。前三种适用于高速搅拌低粘稠流体，后几 种适用于低速搅拌高粘稠流体。
釜式反应器
传热装置 聚合反应往往严格控制聚合温度， 要求反应物料纯净不被污染，加之粘度 高易结垢，要求传热装置传热效率要高， 结构要简单，避免有容易挂胶的粗糙表 面和导致结垢的死角，并便于清洗。
釜式反应器的高径比为1-2，在石化行业 中，除用于液相均相、液相非均相或气 相反应外，主要用于聚合反应，即将小 分子变为大分子，使反应物具有可塑、 成纤、成膜、高弹等特性。很多釜内含 有搅拌器和换热装置。大部分反应釜由 釜体、搅拌器、减速器、密封装置、换 热装置和挡板组成。
釜式反应器
釜体 釜体是一个压力容器，其内壁有的 要求镜面，有的无此要求。
塔式反应器
气升式鼓泡塔 气升式鼓泡塔塔内装有一根或几根气升管， 气体从下部的气体分布器进入气升管。在气升 管中，气液混合物密度比环形空间中的液体密 度小得多，引起液体在环形空间和气升管内做 循环流的，故称为气升式鼓泡反应器。苯乙烯 装置中的烃化/烃化转移反应器就是这种结构。
釜式反应器--化工ppt课件
的概念
5
3.1 概述
※反应的特点及其对反应器的要求
化学反应复杂 反应物料的相态多样性：如固相反应就
难于在搅拌反应器中进行连续操作；非 均相反应要求传质效果要好。
许多反应过程的热效应大 工艺条件变化范围宽 反应介质的腐蚀性
6
3.1 概述
※反应器开发的三个任务 根据反应动力学特性，选择合适的反应
器形式 结合动力学和反应器特性，确定操作方
式和优化操作条件 根据产量，设计反应装置，确定反应器
的几何尺寸，并进行评价。
7
※反应器的特性： 是指器内反应流体的流动状态、混合状 态以及器内的传热性能等，它们又将随 反应器的几何结构和几何尺寸而异。
※均相反应的特点： 反应过程中不存在相间传递过程，影响 反应速率物理因素只有物料的混合和流 动状态两个方面。
8
3.1 概述
※ 均相反应器按物料的混合状态分类
反应器
间歇反应器BR 完全混合型
反应器
全混流反应器
活塞流反应器
CSTR
PFR
9
完全混合反应器的定义 是指器内反应流体处于完全混
合状态，在反应器内的混合是瞬间 完成的，以致在整个反应器内各处 物料的浓度和温度完全相同。且等 于反应器出口处物料浓度和温度， 返混达最大限度。
由图可见，t ↑，CA↓，而CP↑、CQ↑。
29
图3-3 平行反应组成随时间的变化关系 30
由图可见，t ↑，CA↓，而CP↑、CQ↑，而
且
。
CP k1 CQ k2
由于两个反应均是一级，而且反应方程形 式完全相同，否则不成立，如例题3.2，由 于产物P是目的产物，希望k1>k2。
例题3.2—P62~63，自学。
5
3.1 概述
※反应的特点及其对反应器的要求
化学反应复杂 反应物料的相态多样性：如固相反应就
难于在搅拌反应器中进行连续操作；非 均相反应要求传质效果要好。
许多反应过程的热效应大 工艺条件变化范围宽 反应介质的腐蚀性
6
3.1 概述
※反应器开发的三个任务 根据反应动力学特性，选择合适的反应
器形式 结合动力学和反应器特性，确定操作方
式和优化操作条件 根据产量，设计反应装置，确定反应器
的几何尺寸，并进行评价。
7
※反应器的特性： 是指器内反应流体的流动状态、混合状 态以及器内的传热性能等，它们又将随 反应器的几何结构和几何尺寸而异。
※均相反应的特点： 反应过程中不存在相间传递过程，影响 反应速率物理因素只有物料的混合和流 动状态两个方面。
8
3.1 概述
※ 均相反应器按物料的混合状态分类
反应器
间歇反应器BR 完全混合型
反应器
全混流反应器
活塞流反应器
CSTR
PFR
9
完全混合反应器的定义 是指器内反应流体处于完全混
合状态，在反应器内的混合是瞬间 完成的，以致在整个反应器内各处 物料的浓度和温度完全相同。且等 于反应器出口处物料浓度和温度， 返混达最大限度。
由图可见，t ↑，CA↓，而CP↑、CQ↑。
29
图3-3 平行反应组成随时间的变化关系 30
由图可见，t ↑，CA↓，而CP↑、CQ↑，而
且
。
CP k1 CQ k2
由于两个反应均是一级，而且反应方程形 式完全相同，否则不成立，如例题3.2，由 于产物P是目的产物，希望k1>k2。
例题3.2—P62~63，自学。
27种反应器的结构及原理（图文并茂），你想了解的都在这里了
27种反应器的结构及原理（图文并茂），你想了解的都在这里了化学反应器是化工生产的核心设备，其技术的先进程度对化工生产有着重要的影响，直接影响装置的投资规模和生产成本。
也是化工生产过程的心脏，从原料经过反应器到我们想要的产品。
反应器的类型反应器的类型很多，如果按反应器的工作原理来分,可以概括为以下几种类型：一、管式反应器在化工生产中，连续操作的长径比较大的管式反应器可以近似看成是理想置换流动反应器（平推流反应器，Plug flow reactor，简称PFR）。
它既适用于液相反应，又适用于气相反应。
由于PFR能承受较高的压力，用于加压反应尤为合适。
具有容积小、比表面大、返混少、反应参数连续变化、易于控制的优点，但对于慢速反应，则有需要管子长，压降大的不足。
管式反应器类型1水平管式反应器由无缝钢管与U形管连接而成。
这种结构易于加工制造和检修。
高压反应管道的连接采用标准槽对焊钢法兰，可承受1600-10000kPa 压力。
如用透镜面钢法兰，承受压力可达10000-20000kPa。
2立管式反应器立管式反应器被应用于液相氨化反应、液相加氢反应、液相氧化反应等工艺中。
3盘管式反应器将管式反应器做成盘管的形式，设备紧凑，节省空间。
但检修和清刷管道比较困难。
4U形管式反应器U形管式反应器的管内设有多孔挡板或搅拌装置，以强化传热与传质过程。
U形管的直径大，物料停留时间增长，可应用于反应速率较慢的反应。
5多管并联管式反应器多管并联结构的管式反应器一般用于气固相反应，例如气相氯化氢和乙炔在多管并联装有固相催化剂的反应器中反应制氯乙烯，气相氮和氢混合物在多管并联装有固相铁催化剂的反应器中合成氨。
6活塞流反应器性能特点：① 反应器的长径比较大。
②假设不同时刻进入反应器的物料之间不发生逆向混合（返混）。
③反应物沿管长方向流动，反应时间是管长的函数，其浓度随流动方向从一个截面到另一个截面而变化。
二、釜式反应器釜式反应器也称槽式、锅式反应器，它是各类反应器中结构较为简单且应用较广的一种反应器。
生化反应器ppt课件
rP
max
(1
P Pmax
)[(P P0 ) YP/ X
X0]
代入积分得： 分 反馈回反应器的入口，
t 2）带循环时的 X1，S1，rXr，Dcr，Xr，XF
状态参数与操作变量的关系
max r
6 管式反应器CPFR
Pt
Pmax P0 YP/ X X 0
ln
X t (Pmax X 0 (Pmax
而
力学，，有则 效因子与转化率， 无关，因此
令：
，
2）带循环时的 X1，S1，rXr，Dcr，Xr，XF
，
K 当为单底物无抑制时，且酶无失活，将米氏方程代入L积分得m：
t r
(1 )r L max
ln S0 St
3、微生物反应
• 微生物反应过程以对数生长期和减速期的时间作为反应时
间，tr tr1 tr2，若对数期开始时细胞浓度为X0,指数期末为X1，减速期
若微生物的生长符合Monod方程，且YX/S为常数，则代入积分得
输入量＝输出量+反应量+累积量
响反应速率的因素，均能影响反应时间tr,即反应时间只与动
力学有关，而与反应器大小无关。
体积的计算
• 反应器的有效体积VR：是物料所占有的体积，是由物料的处理量决定 的，也就是说是由设计生产能力决定的，若单位时间内物料的处理量
P0 ) Pt )
2）带循环时，因为
，
，所以 ， ，
实际生产过程中有产物抑制时产物浓度的最佳值为 理想的微生物生长是菌量相对于时间以指数规律增加，所以可以使流加的物料以时间的指数函数增加，即指数流加。
为什么同一个反应过程，在其他条件均相同的条件下，采用BSTR所需的反应时间要小于CSTR中的反应时间？
反应器设计最基本的内容
热力学第二定律
熵增原理，用于判断反应自发性和热力学可行 性。
平衡常数
描述反应达到平衡时反应物和产物浓度的关系。
传递过程基础
1 2
流动模型
描述反应物在反应器内的流动特性，如平推流、 全混流等。
传热模型
计算反应过程中的热量传递，如导热、对流和辐 射等。
3
传质模型
描述反应物和产物在反应器内的浓度分布和传递 过程。
应用
广泛应用于石油、化工等领域中 的气固相非催化反应。
02
反应器设计基础
化学反应动力学
反应速率方程
描述反应速率与反应物浓度的关系。
反应机理
确定反应过程中的基元反应和反应路径。
动力学参数
通过实验测定反应速率常数、活化能等动力学参 数。
热力学基础
热力学第一定律
能量守恒定律，用于计算反应过程中的能量变 化。
广泛应用于石油、化工、环保等领域 中的气固相催化反应。
特点
固定床反应器具有较高的空速和较低 的反应压力，适用于气固相催化反应， 催化剂可重复使用。
流化床反应器
定义
流化床反应器是一种填充有固体 催化剂的反应器，用于实现气固
相非催化反应。
特点
流化床反应器具有较高的空速和 较大的接触面积，适用于气固相
非催化反应，操作稳定。
塔式反应器
定义
塔式反应器是一种塔状反 应器，内部装有填料或塔 盘，用于实现气液或液液 反应。
特点
塔式反应器具有较大的接 触面积和较长的停留时间， 适用于气液传质和液液传 质，操作稳定。
应用
广泛应用于石油、化工、 环保等领域中的气液反应 和液液反应。
固定催化 剂的反应器，用于实现气固相催化反 应。
《化学反应釜设计》PPT课件
厚度为0.58mm,加上腐蚀裕量1 mm ,所以名义厚度δn =3mm.
夹套选择
采用U型夹套,它是 一个薄壁筒体,套在搅拌 釜外部.夹套所包围的筒 体表面积即为传热面积.
夹套的特点是结构 简单,制造方便,基本不 需要检修.一般U型夹套 可以使用于2.5MPa以 下,压力高时可以采用蜂 窝式夹套.
夹套设计
反应器的选择与设计
有机化学
目录
反应器的分类 反应器的选择 反应器的设计
反应器分类
釜式反应器 管式反应器
高度与直径比约为2～3内设搅拌装置和 档板 均相、多相反应过程均可
长度远大于管径,内部没有任何构件
多用于均相反应过程
底层内部装有不动的固体颗粒,固体颗粒可
固定床反应器 以是催化剂或是反应物
用于多相反应系统
V0 = ηV η 取0.8
V4D12H14D13
H1 D1
4V
D1 3 i
Vo=1200L D1=1137mm 取1200mm H1=1478mm 取1500mm
釜体的厚度
设计参数：根据设计压力p=0.1013MPa, 设计温度 t=75℃ 根据设计压力和液柱静压力确定计算压力：
P=ƿgh ƿ=1.42g/ml
流化床反应器
反应器内部有固体颗粒的悬浮和循 环运动,提高反应器内液体的混合性 能
多相反应体系,可以提高传热速率
实验
OH + OHC-CO2H
O O
HO
+ H2O
△H=20KJ/mol
以二对叔丁基苯酚和乙醛酸为原料,二氯乙烷为溶剂,在对甲苯磺酸的催化作用下 缩合得到单边缩合产物.
实验特点
常压反应,反应温度70℃-80℃ 反应物、催化剂均溶于溶剂的均相反应 反应过程需要搅拌,反应时间短 产品不析出,蒸干溶剂,经重结晶得到产品
夹套选择
采用U型夹套,它是 一个薄壁筒体,套在搅拌 釜外部.夹套所包围的筒 体表面积即为传热面积.
夹套的特点是结构 简单,制造方便,基本不 需要检修.一般U型夹套 可以使用于2.5MPa以 下,压力高时可以采用蜂 窝式夹套.
夹套设计
反应器的选择与设计
有机化学
目录
反应器的分类 反应器的选择 反应器的设计
反应器分类
釜式反应器 管式反应器
高度与直径比约为2～3内设搅拌装置和 档板 均相、多相反应过程均可
长度远大于管径,内部没有任何构件
多用于均相反应过程
底层内部装有不动的固体颗粒,固体颗粒可
固定床反应器 以是催化剂或是反应物
用于多相反应系统
V0 = ηV η 取0.8
V4D12H14D13
H1 D1
4V
D1 3 i
Vo=1200L D1=1137mm 取1200mm H1=1478mm 取1500mm
釜体的厚度
设计参数：根据设计压力p=0.1013MPa, 设计温度 t=75℃ 根据设计压力和液柱静压力确定计算压力：
P=ƿgh ƿ=1.42g/ml
流化床反应器
反应器内部有固体颗粒的悬浮和循 环运动,提高反应器内液体的混合性 能
多相反应体系,可以提高传热速率
实验
OH + OHC-CO2H
O O
HO
+ H2O
△H=20KJ/mol
以二对叔丁基苯酚和乙醛酸为原料,二氯乙烷为溶剂,在对甲苯磺酸的催化作用下 缩合得到单边缩合产物.
实验特点
常压反应,反应温度70℃-80℃ 反应物、催化剂均溶于溶剂的均相反应 反应过程需要搅拌,反应时间短 产品不析出,蒸干溶剂,经重结晶得到产品
化工反应器设计及类型介绍PPT(66张)
3)对于气体在液体中分散或气体的吸收: 要求良好的容积循环和剪切作用,选用涡轮式搅拌器。 a:当液层深度大时，宜用多层搅拌桨，釜内也应有挡板，
通气管应插入在搅拌桨下面，气体则由搅拌釜下的中央管口或 环形分布管口排山。 b:为促进釜内物料和釜壁间的传热，以及需除占粘附于釜壁 的沉淀或粘稠液体，则可采用锚式或框式搅拌釜.
定常态条件下，固定床中进行绝热催化反应，其物料衡算式 、热量衡算式和动量衡算式如下:
5-21 5-22 5-23
其中:ε为催化剂床层空隙率, f ` 为摩擦系数,量纲为1.
式中:
为修正的雷诺数,代入5-23得:
(up2)(dLs)1 (3)1 Re5M01.75
5-24
上述数学模型为固定床反应器的设计方程。在设计时数学模 型的运算并不困难，如果用机算机，则更为方便，可以求出 不同工艺条件和不同工艺要求时的催化剂床层高度和床层体 积。
应大于30。 塔式反应器：高大的圆筒体内安装塔板或填料。 固定床反应器：管式反应器或塔式反应器内填充催化剂固体颗粒。 流化床反应器：将细小催化剂颗粒在管式或塔式反应器内借流体自
下而上的鼓动作用，使之悬浮在反应器中。
二、按反应物料的相态分类 有均相反应器和非均相反应器
三、按操作方法分： 间歇操作、连续操作和半间歇操作
的物质传递和反应过程是串联的。
连续反应器：物料以一定流速连中加入物料，但连续续送入 反应器，同时反应产物又连续从反应器中流出。
§5.2间歇操作搅拌釜
主要是进行恒温恒容反应的反应器。其特征：反应过程中， 反应物浓度随时间变化。
反应时间是设计反应器的重要依据
一、等温间歇操作的反应时间
反应的转化率和反应时间的关系：
通气管应插入在搅拌桨下面，气体则由搅拌釜下的中央管口或 环形分布管口排山。 b:为促进釜内物料和釜壁间的传热，以及需除占粘附于釜壁 的沉淀或粘稠液体，则可采用锚式或框式搅拌釜.
定常态条件下，固定床中进行绝热催化反应，其物料衡算式 、热量衡算式和动量衡算式如下:
5-21 5-22 5-23
其中:ε为催化剂床层空隙率, f ` 为摩擦系数,量纲为1.
式中:
为修正的雷诺数,代入5-23得:
(up2)(dLs)1 (3)1 Re5M01.75
5-24
上述数学模型为固定床反应器的设计方程。在设计时数学模 型的运算并不困难，如果用机算机，则更为方便，可以求出 不同工艺条件和不同工艺要求时的催化剂床层高度和床层体 积。
应大于30。 塔式反应器：高大的圆筒体内安装塔板或填料。 固定床反应器：管式反应器或塔式反应器内填充催化剂固体颗粒。 流化床反应器：将细小催化剂颗粒在管式或塔式反应器内借流体自
下而上的鼓动作用，使之悬浮在反应器中。
二、按反应物料的相态分类 有均相反应器和非均相反应器
三、按操作方法分： 间歇操作、连续操作和半间歇操作
的物质传递和反应过程是串联的。
连续反应器：物料以一定流速连中加入物料，但连续续送入 反应器，同时反应产物又连续从反应器中流出。
§5.2间歇操作搅拌釜
主要是进行恒温恒容反应的反应器。其特征：反应过程中， 反应物浓度随时间变化。
反应时间是设计反应器的重要依据
一、等温间歇操作的反应时间
反应的转化率和反应时间的关系：
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。
化工反应器类型
反应器的温度低于正常温度：反应不完全, 其未反应的生煤将进入后续单元, 给后续单元造成更大的操作负荷和难度;反应器的温度过高：则容易使液化油气化, 导致操作不稳定, 油收率降低, 也容易导致反应器结焦, 减少了反应器的有效体积和物料在反应器内的停留时间, 甚至导致反应中断。
反应器的类型：自从1913年德国的Berg ius发明煤直接液化技术以来, 德国、美国、日本、前苏联等国家已经相继开发了几十种煤液化工艺, 所采用的反应器的结构也各不一样。
总的来说, 迄今为止, 经过中试和小规模工业化的反应器主要有3种类型:鼓泡式反应器鼓泡床反应器结构简单, 其外形为细长的圆筒, 其长径比一般为18~ 30, 里面除必要的管道进出口外, 无其他多余的构件。
为达到足够的停留时间,同时有利于物料的混合和反应器的制造, 通常用几个反应器串联。
氢气和煤浆从反应器底部进入, 反应后的物料从上部排出。
由于反应器内物料的流动形式为平推流(即活塞流) , 理论上完全排除了返混现象, 实际应用中大直径的鼓泡床反应器液相有轻微的返混, 因此也有称该种反应器为活塞流反应器。
日本液化工艺和德国液化工艺鼓泡床反应器是典型的液化鼓泡床反应器, 其结构如图1和图2所示。
德国在二战前的工艺( IG ) 和新工艺( IGOR )、日本的NEDOL工艺、美国的SRC和EDS以及俄罗斯的低压加氢工艺等都采用了这种反应器。
相对而言它是3种反应器中最为成熟的一种。
日本新能源开发机构组织了10家公司合作开发了NEDOL液化工艺, 在日本鹿岛建成了150t /d中试厂[ 8 ] 。
该厂于1996 年7 月投入运行, 至1998年完成了1个印尼煤种和1个日本煤种的连续运行试验。
NEDOL 工艺反应器底部为半球形,由于长期运转后, 反应器底部有大颗粒的沉积现象, 因此反应器底部有定期排渣口, 定期排除沉积物。
德国IG 公司二战前通过工业试验发现, 用某些褐煤做液化试验时, 第一反应器运行几个星期后, 反应器就会因为堵塞而停下来, 里面积聚了大量的2~ 4 mm 的固体。
环氧丙烷反应器的设计PPT课件
9
TS-1质量分数的影响
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10
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11
反应温度的影响
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结论
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对于反应取上述反应条件时，其动力学 方程为：
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15
平推流反应器的设计方程
c
A0
xA 0
dxA rA
当反应温度为60℃时
r 0.0179 H2O2
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用Aspen模拟时的物流进料参数
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21
环氧丙烷反应器的设计
➢环氧丙烷的制备方法 ➢HPPO法环氧丙烷的动力学研究 ➢设计反应器的原理及思路 ➢反应器操作方法
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1
环氧丙烷的制备方法
环氧丙烷PO的生产工艺较多，目前国内外已 工业化的主要有：氯醇化法、共氧化法和过 氧化氢氧化法(简称HPPO法)，其中共氧化法 又可以分为乙苯法和异丁烷法两种。根据 2007年世界PO生产能力统计，氯醇化法占总 生产能力的40.3%，共氧化法占51.5%，HPPO 法占5%。在共氧化法中，乙苯法占世界总生 产能力的24.9%，异丁烷法占26.6%。
氧化法
腐蚀；废水量小，环境污染小；
无联产品；装置投资少
过氧化
工程流程简单；产品收率
须解决过氧化氢的供应问题
氢 直 接 氧 化 高；无副产品；无污染，属环
法
境友好工艺
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3
HPPO法环氧丙烷动力学研究
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4
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5
反应压力的影响
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6
2021021
8
2021
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表 5-1 氯醇法、共氧化法、CHP 法和 HPPO 法技术优缺点对比
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式搅拌釜长。用推进式螺旋桨，也可取得相同的搅拌效果.
2)固液悬浮液或固体在液体中溶解:
应促使物料的容积循环，可用涡轮式搅拌釜。
a: 如果固体的相对密度与液体的相对密度相近，则固体
不容易沉降，当固体的质量分数和液体的粘度都较小时，则 用推进式螺旋桨.
b: 当固、液相对密度较大，若只要求固体离开釜底而不要求均 匀悬浮时，应安装底挡板；如果要求均匀悬浮，则应同时安装 底挡板和壁挡板；
应大于30。 塔式反应器：高大的圆筒体内安装塔板或填料。 固定床反应器：管式反应器或塔式反应器内填充催化剂固体颗粒。 流化床反应器：将细小催化剂颗粒在管式或塔式反应器内借流体自
下而上的鼓动作用，使之悬浮在反应器中。
二、按反应物料的相态分类 有均相反应器和非均相反应器
三、按操作方法分： 间歇操作、连续操作和半间歇操作
3)对于气体在液体中分散或气体的吸收: 要求良好的容积循环和剪切作用,选用涡轮式搅拌器。 a:当液层深度大时，宜用多层搅拌桨，釜内也应有挡板，
通气管应插入在搅拌桨下面，气体则由搅拌釜下的中央管口或 环形分布管口排山。 b:为促进釜内物料和釜壁间的传热，以及需除占粘附于釜壁 的沉淀或粘稠液体，则可采用锚式或框式搅拌釜.
1) 对于两种液体物料的均匀混合，在设计搅拌器时，可取大小两 个搅拌系统叶轮末相速度相等的准则。即：
2) 或者采用单位容积(v)投入的搅拌功率(P)相等(P/v，又称之为搅
拌强度)的准则，即：
（2）当搅拌釜放大时，依靠釜壁夹套作为传热面积，不会
随釜的体积的放大而按相同比例增大；相反，其单位体积所 具有的釜壁传热面积相应会减小，则不一定符合要求.可在釜 内可安装蛇形管,但会形成阻力,此时可对搅拌叶轮大小和转 速作适当调整.
XA 0
dxA (rA )
对间歇操作搅拌器进行设计计算时，必须确定处理每一批 物料所需的操作时间。包括：反应时间t，装料、卸料和清洗等 作业消耗的辅助时间t’（由经验确定）。 当已知单位时间应处 理的物料的体积流量（生产任务）qV,则可计算出所需反应器的
有效容积（装料容积）VR，即: VR qV(tt')
4 从宏观看，实际的化学反应速率，除反应系统温度和 反应物料浓度的影响外，还受物料在反应器内的停留时 间及其分布的影响。
§5.1工业反应器的基本类型
一、按反应器的构型特征分类 可分为：釜式、管式、塔式、固定床和流化床式。
釜式反应器的结构分为： (1) 釜体：高径比较小的圆筒体 (2) 搅拌器：由电动机驱动的安装有浆叶的搅拌轴组成 (3) 换热器：有壳壁夹套和釜内安装蛇管两种形式 管式反应器：为一个细长的直管或由多管组成的列管，管子长径比
间歇反应器：反应物料一次加入反应器内，反应到一定时间 后，将反应物料全部卸出，清洗设备后，重新进行加料重复操 作。
半间歇反应器：将反应物料中的一种或几种物料一次加入反 应器，而将另 一种物料以一定速率连续加入反应器，直至反 应过程完成后，停止进料，同时卸出全部物料. 另一种半间歇操作是分批向反应器将反应产物蒸出。
第五章 反应器的类型及设计
1 反应器的设计是针对化学反应过程进行的，如反应器 的选型、条件的优化和放大。
2 反应器放大，应考虑反应器放大前后保持转化率或收 率相等，而反应的转化率和收率是由化学平衡和反应速 率决定的，其中反应速率是根据生产规模计算所需反应 器有效容积的依据。
3 从微观看，平衡常数K和反应速率常数k只与反应系统 的温度和压强有关；不会因反应器的构型和大小的不同 而改变。
其外部边缘与釜壁和釜底的形状一致，易刮动粘附于釜 底和釜壁的物料, 提高传热效果，但液体随搅拌釜作水 平方向旋转、搅动并不激烈。转速一般只有20—80转/ 分。
4) 高粘度液体的搅拌: 这种液体不能依靠搅拌釜使液体翻腾而产生容积循
环,它们的混合必须依靠搅拌釜转动搅混整个液体。故 不能用推进式搅拌釜, 可采用锚式(或框式)、螺带式、 螺杆式等型式。
通常间歇搅拌釜的有效容积为釜总体积的75%-85%。如 果反应过程发生起泡或沸腾等现象，装料系数η应减小 至0.4-0.6。搅拌釜的总体积为：
V VR /
二、间歇操作搅拌釜放大应注意的问题
（1）在满足了生产能力所需搅拌釜体积的前提下，必须注意搅拌 系统所达到的釜内物料的混合状态应与实验时所采用的小釜内物料 的混合状态相同。比如:
连续反应器：物料以一定流速连中加入物料，但连续续送入 反应器，同时反应产物又连续从反应器中流出。
§5.2间歇操作搅拌釜
主要是进行恒温恒容反应的反应器。其特征：反应过程中， 反应物浓度随时间变化。
反应时间是设计反应器的重要依据
一、等温间歇操作的反应时间
反应的转化率和反应时间的关系：
t
c A, 0
§5.3管式反应器
一、活塞流反应器的数学模型
根据活塞流模型的概念，物料通过反应器内任一体积微
元dv的物料衡算关系，如图5-3 所示。
则物料衡算式可写为:
5-9
设反应物组分A的初始摩尔流量为 q n , A ,0 ,则有:
5-9 可写成 dxA
设计搅拌釜传热面积：
先根据热量衡算求出所需的加热（或冷却）的热量，然
后根据加热介质的进出口温度计算介质的用量和传热面积。
（3）对于不同物料系统和工艺要求的混合，应选择不同形 式的搅拌釜。
1) 低粘度互溶液体的混合:
采用涡轮式搅拌釜, 当转速较低时，也可采用平直桨式
搅拌釜、这种搅拌釜的功率消耗量较低，但混匀时间比涡轮
qn,A,0
xA,0 (rA)
令qv.0,为反应物料的初始体积流量，则
5-10 5-11
则有
VR
qv, 0
cA,0
xA dxA xA,0 (rA)
5-12
对于绝热非等温系统，应考虑温度改变对反应速率所产生 的影响。通过热量衡算可以求出转化率变化与温度变化的关系：
TT0yA,0C (p, mHr)(xAxA,0)