反应器类型
生物反应器的原理及类型
总体流动的湍动程度决定漩涡的尺寸和强度，而不同尺寸和 强度的漩涡对液团又有着不同的破碎作用。
通常，总体湍流的湍动程度越高，漩涡的尺寸越小，强度越 高，数量越多。
漩涡尺寸越小，破碎作用越大，所产生的液团也越小。大 尺度的漩涡只能产生较大尺寸的液团，因为尺寸较小的液团 将被大漩涡卷入与其一起旋转而不是被破碎。
总体流动的流行相当复杂，不同形式的搅拌器各不相同。最 典型的螺旋桨式搅拌器和涡轮式搅拌器所形成的流型结构。 两者相比，螺旋桨式搅拌器可提供更大的流量，特别适用于 要求大尺度混合均匀的搅拌。
2）小尺度混合机理
A、互溶液体的混合机理
总体流动可将混合液体中的一种流体破碎成较大的液团，并 同时将液团带至容器的各处，造成宏观上的均匀。但是，但 是总体流动不足以将液团破碎到很小尺寸。尺寸很小的液团 是有总体流动中的湍动造成的，湍流可以看成是由平均流动 与大量不同尺寸、不同强度的漩涡运动叠加而成的。总体流 动中高速旋转的漩涡与液体微团之间会产生很大的相对运动 和剪切力，液团正是在这种剪切力的作用下被破碎的更加小
价的原料被升值了。因此，生物反应器的设计和
操作，是生物工程中一个及其重要的问题，它对
产品的成本和质量有很大影响。
产物
产品提取或液化 副产物
废物
一 般 生 化 反 应 过 程
第一节 生物反应器原理
质量传递 培养液的流变学性质
生物反应器的混合 剪切力
一、生物反应器中的质量传递 混合物中某一组分从其高浓度区域向低浓度 区域方向迁移的过程 .与动量传递、热量传 递并列为三种传递过程。质量传递可以在一 相内进行，也可能在相际进行。
为表示生物反应器中的剪切力，人们提出了多种表示 方法，通常有以下几种。
桨叶尖速度
反应器(化工设备操作维护课件)
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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。
化工设备基础知识
化工设备基础知识1. 引言化工设备是化学工业生产过程中的核心部分，它们扮演着将原料转化成产品的重要角色。
了解化工设备的基础知识对理解化学工业生产过程以及维护和管理化工设备都十分关键。
本文将介绍化工设备的基本概念、常见类型以及其工作原理和应用。
化工设备是指用于进行化学反应、混合物分离、质量传递或能量传递的设备。
它包括了各种容器、管道、反应器、分离器、换热器以及其他配套设备。
化工设备通常由耐腐蚀的材料制成，如不锈钢、玻璃钢和塑料等。
3.1 反应器反应器是进行化学反应的核心设备，可以用于合成新化合物、转化原料或达到其他化学目的。
常见的反应器类型包括：•批量反应器：适用于小规模实验室研究以及小批量生产。
•连续流动反应器：适用于大规模连续生产，具有高效性和稳定性。
•固定床反应器：反应物在固定的催化剂床上进行反应。
•搅拌式反应器：通过搅拌装置将反应物混合并提供充分的反应接触。
3.2 分离器分离器用于将混合物中的组分分离出来。
常见的分离器类型包括：•蒸馏塔：利用不同组分的沸点差异，通过蒸馏将混合物分离成纯组分。
•萃取塔：利用不同组分在溶剂中的溶解度差异，通过溶剂的流动将混合物分离。
•结晶器：通过调节温度和压力，使溶液中的某些组分结晶从而分离出来。
•过滤器：通过过滤设备将固体颗粒从流体中分离出来。
3.3 换热器换热器用于将热能从一个介质传递到另一个介质。
常见的换热器类型包括：•管壳式换热器：具有管束和外壳两部分，通过管道将热能传递给另一个介质。
•板式换热器：由一系列平行的金属板组成，通过板间流动的介质进行热量交换。
•空气冷却器：利用空气对介质进行冷却，常用于冷却剂回收或冷却过程中的热量排放。
4. 化工设备的工作原理和应用化工设备的工作原理和应用与其类型密切相关。
以下是一些常见化工设备的工作原理和应用举例。
4.1 批量反应器的工作原理和应用批量反应器是一种适用于小规模化学反应的设备。
它的工作原理是将反应物加入到反应器中，然后进行反应，最后将产物取出。
第二章 反应器的类型和操作方式
3．包含递降分解的连串反应： ．包含递降分解的连串反应：
A→ R → S
小孔径催化剂对生成R的选择性比无孔催化剂或 小孔径催化剂对生成 的选择性比无孔催化剂或 大孔催化剂的选择性差
2.4 反应器类型及传热方式
低反应热及低活化能)： （1）对热不敏感的反应 低反应热及低活化能 ： ）对热不敏感的反应(低反应热及低活化能 采用带预热器的绝热反应器。 采用带预热器的绝热反应器。产物可以用来提供预热用 的部分热量。 的部分热量。 中等反应热及活化能)： （2）对热中等敏感的反应 中等反应热及活化能 ： ）对热中等敏感的反应(中等反应热及活化能 应该首先考虑绝热反应器。 应该首先考虑绝热反应器。 高反应热及活化能)： （3）对热高度敏感的反应 高反应热及活化能 ： ）对热高度敏感的反应(高反应热及活化能 在整个反应过程的同时均应采用热交换。 在整个反应过程的同时均应采用热交换。在活塞流反应 器中可使用多根小直径管子。这样做， 器中可使用多根小直径管子。这样做，比采用一个大的带夹 套的反应器所能提供的有效传热量要大得多。 套的反应器所能提供的有效传热量要大得多。 对于极快的反应，例如冷焰(Cool-flame)烃氧化，设计 烃氧化， 对于极快的反应，例如冷焰 烃氧化 人员除了采用绝热系统外别无它法。 人员除了采用绝热系统外别无它法。 (4) 其它 在某些反应系统中， 在某些反应系统中，等温操作是极有利于取得最高产 率的。搅拌—槽式连续反应器将能做到这一点 槽式连续反应器将能做到这一点。 率的。搅拌 槽式连续反应器将能做到这一点。对于处理中 等吸热系统的管式反应器， 等吸热系统的管式反应器，有可能采用多管式反应器以达到 等温操作。 等温操作。
(2) 催化剂孔结构对选择性的作用
1．对于一个约定的催化剂，不同化合物对同一 ．对于一个约定的催化剂， 活性表面的竞争： 活性表面的竞争：
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。
反应器选型与设计
反应器选型与设计一、反应器类型反应器设备种类很多，按结构型式分，大致可分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。
1.1釜式反应器：反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应器出口物料的浓度和温度。
物料质点在反应器内停留时间有长有短，存在不同停留时间物料的混合，即返混程度最大。
应器内物料所有参数，如浓度、温度等都不随时间变化，从而不存在时间这个自变量。
优点：适用范围广泛，投资少，投产容易，可以方便地改变反应内容。
缺点：换热面积小，反应温度不易控制，停留时间不一致。
绝大多数用于有液相参与的反应，如：液液、液固、气液、气液固反应等。
1.2 管式反应器①由于反应物的分子在反应器内停留时间相等，所以在反应器内任何一点上的反应物浓度和化学反应速度都不随时间而变化，只随管长变化。
②管式反应器具有容积小、比表面大、单位容积的传热面积大，特别适用于热效应较大的反应。
③由于反应物在管式反应器中反应速度快、流速快，所以它的生产能力高。
④管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。
⑤和釜式反应器相比较，其返混较小，在流速较低的情况下，其管内流体流型接近与理想流体。
⑥管式反应器既适用于液相反应，又适用于气相反应。
用于加压反应尤为合适。
1.3 固定床反应器固定床反应器的优点是：①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。
②催化剂机械损耗小。
③结构简单。
固定床反应器的缺点是：①传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。
②操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。
固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。
目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。
1. 4 流化床反应器（1）流化床反应器的优点①由于可采用细粉颗粒，并在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大（可16400m2/m3），有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。
反应器
换热可在反应区进行，如通过夹套进行换热的搅拌釜，也可在反应区间进行，如级间换热的多级反应器。
操作条件
主要指反应器的操作温度和操作压力。温度是影响反应过程的敏感因素，必须选择适宜的操作温度或温度序 列，使反应过程在优化条件下进行。例如对可逆放热反应应采用先高后低的温度序列以兼顾反应速率和平衡转化 率（见化学平衡）。
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操作方式
反应器按操作方式可分为：
①间歇釜式反应器,或称间歇釜。
操作灵活，易于适应不同操作条件和产品品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。间歇釜 的缺点是：需有装料和卸料等辅助操作，产品质量也不易稳定。但有些反应过程，如一些发酵反应和聚合反应， 实现连续生产尚有困难，至今还采用间歇釜。
选型
对于特定的反应过程，反应器的选型需综合考虑技术、经济及安全等诸方面的因素。
反应过程的基本特征决定了适宜的反应器形式。例如气固相反应过程大致是用固定床反应器、流化床反应器 或移动床反应器。但是适宜的选型则需考虑反应的热效应、对反应转化率和选择率的要求、催化剂物理化学性态 和失活等多种因素，甚至需要对不同的反应器分别作出概念设计，进行技术的和经济的分析以后才能确定。
除反应器的形式以外，反应锅的操作方式和加料方式也需考虑。例如,对于有串联或平行副反应的过程,分段 进料可能优于一次进料。温度序列也是反应器选型的一个重要因素。例如，对于放热的可逆反应，应采用先高后 低的温度序列，多级、级间换热式反应器可使反应器的温度序列趋于合理。反应器在过程工业生产中占有重要地 位。就全流程的建设投资和操作费用而言，反应器所占的比例未必很大。但其性能和操作的优劣却影响着前后处 理及产品的产量和质量，对原料消耗、能量消耗和产品成本也产生重要影响。因此，反应器的研究和开发工作对 于发展各种过程工业有重要的意义。
制药工程中的反应器设计注意事项
制药工程中的反应器设计注意事项反应器是制药工程中最核心的设备之一，其设计合理与否直接影响着制药过程的效率和产品质量。
在制药工程中，反应器的设计需要考虑许多因素，包括反应物性质、反应条件、反应动力学、安全性等。
下面将介绍制药工程中反应器设计的一些重要注意事项。
1. 反应物性质的了解：在进行反应器设计前，首先需要充分了解反应物的性质，包括化学性质、物理性质、热力学特性等。
这些信息有助于选择合适的反应器类型以及设定合适的操作条件。
2. 反应条件的选择：根据反应物性质以及反应目的，选择适当的反应温度、压力和pH值。
反应条件的选择直接影响反应速率和产物质量。
在选择反应条件时，需充分考虑反应物的稳定性、溶解度、热稳定性等因素。
3. 反应器类型的选择：根据反应物性质、反应条件以及产物要求，选择合适的反应器类型。
常见的反应器类型包括批式反应器、连续流动反应器和搅拌槽反应器等。
批式反应器适用于小规模试验和中间体生产，连续流动反应器适用于大规模连续生产，而搅拌槽反应器则更适合于快速反应和固体悬浮。
4. 反应器尺寸的确定：根据反应物的反应动力学以及所需的产量，确定反应器的尺寸。
反应器尺寸的选择需要考虑热量和物质传递的效率，以及操作和维护的便利性。
过大或过小的反应器将影响反应效果，并会增加生产成本。
5. 搅拌系统的设计：搅拌系统在反应器设计中起着关键作用，它能够提供充足的反应物和反应物之间的混合，从而加速反应速率。
因此，搅拌系统的设计需要考虑搅拌速度、搅拌方式以及搅拌器的形状。
合理设计搅拌系统可以提高反应效率并确保均匀的反应物分布。
6. 热量平衡与冷却系统：反应过程中常常会产生大量热量，因此，反应器设计需要充分考虑热量平衡和冷却系统的设计。
合理的冷却系统可以有效地控制反应温度，确保反应的顺利进行，并保护反应器不过热。
7. 安全性的考虑：制药工程中的反应器设计必须注重安全性。
防爆装置、溢流阀、温度、压力和液位监测器等安全设备的配置对于预防事故和保护操作人员至关重要。
化工行业设备
化工行业设备化工行业设备是指用于化工生产过程中的各类设备，包括反应器、分离器、蒸馏塔、干燥机、加热器、冷却器、搅拌器等等。
化工行业设备在化学反应的过程中扮演着重要的角色，不仅能够提高反应效率，还能保证反应质量和产品性能。
下面从以下五个方面详细介绍化工行业设备的特点和应用。
1. 反应器反应器是进行化学反应必不可少的设备。
化工行业中常见的反应器类型有批量反应器、连续反应器、半连续反应器等等。
批量反应器是最常见的反应器类型，适合小批量生产，而连续反应器适合大规模生产，能够持续进行反应。
反应器的材料通常选择不锈钢，可以防止反应器受到腐蚀。
2. 分离器分离器用于将化学反应后生成的不同物质分离开来。
化工行业中常见的分离器有萃取塔、萃取柱、膜分离器等等。
例如，蒸汽蒸馏是常用的分离技术，它可以用来分离液体混合物中的各种组分。
3. 干燥机干燥机主要用于将物料中的水分或其它液态溶剂等挥发出去，以达到要求的干燥水平。
常见的干燥机有气流干燥机、真空干燥机、喷雾干燥机等等。
干燥机的选择应该根据物料性质、设备成本、生产规模等因素来进行。
4. 蒸馏塔蒸馏塔是一种可以分离混合物中不同组分的设备，广泛应用于化工、制药等行业。
常见的蒸馏塔包括板式蒸馏塔、填料式蒸馏塔等等。
蒸馏塔可以使用不同的工作原理，如真空蒸馏、吸附蒸馏、气相色谱蒸馏等。
5. 搅拌器搅拌器通常用于将反应物混合均匀，促进化学反应的进行。
搅拌器种类繁多，有机械搅拌器、气体搅拌器、超声波搅拌器等。
选择合适的搅拌器应该根据反应需求、物料特性、设备维护成本等因素来进行。
总结起来，化工行业设备种类繁多，不同的设备具有不同的特点和应用范围。
化学反应的进行离不开这些设备的支持，同时他们的合理使用也能够提高反应效率、保证产品质量，从而为化工行业的发展带来更大的推动力。
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。
化学反应器的类型
用于多相反应过程
底层内部装有不动的固体颗粒，固体颗粒可以是催化剂 或是反应物
用于多相反应系统
反应过程中反应器内部有固体颗粒的悬浮和循环运动， 多相反应体系，可以提高传热
提高反应器内液体的混合性能
速率
固体颗粒自上而下作定向移动与反应流体逆向接触
用于多相体系，催化剂可以连 续再生
是固定反应器的一种，但反应物还包括气液两种
化学反应器的类型
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：
种类 管式反应器 釜式反应器
塔式 (填料塔板式塔)
固定床
流化床
移动床 滴流床
特点
应用范围
长度远大于管径,内部没有任何构件
多用于均相反应过程
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
高度远大于直径，内部设有填料、塔板等以提高相互接 触面积
化学反应器的操作方式
(2)连续操作的特征是连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地从反应器流 出。采用连续操作的反应器叫做连续反应器或流动反应器。
大规模工业生产的反应器绝大部分都是采用连续操作，因为它具有产品质量稳定， 劳动生产率高，便于实现机械化和自动化等优点。
(3)半间歇(或半连续)操作特点是一种物料一次加入,另一种物料连续加入，可以 控制反应速度、反应温度。兼有以上两种过程的特点，情况比较复杂。
属于固定床的一种，用于使用 固体催化剂的气液反应过程
化学反应器的类型
(a)管式反应器
(b)规整填料塔反应器 (c)喷雾塔式反应器
(d)板式塔反应器
(e)鼓泡塔反应器
(f)气液搅拌釜式反应器
(g)循环式浆态反应器 (h)半连续浆态床反应器 (i)机械搅拌浆态床反应器
连续流反应器的类型
随着社会不断进步，人们生活水平持续提高，人们对于产品的要求也在不断提高。
而在化工医药领域连续流反应器可以通过强化化工生产过程来实现更高效、优质、环保的的生产。
一、微反应器类型微反应器有多种分类方法，按操作模式可分为问歇微反应器、半连续微反应器和连续微反应器，其中间歇微反应器的报道较少，而半连续微反应器未见有报道；按用途可分为试验用微反应器和生产用微反应器，其中试验用微反应器主要用在药物筛选、催化剂性能测试及工艺开发优化等；按反应物的相态可分为液液相微反应器、气液相微反应器、气固相催化微反应器和气液固三相微反应器。
1、管式反应器一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。
这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。
反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。
通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200(液体)，物料的流动可近似地视为平推流(见流动模型)(见彩图)。
管式反应器返混小，因而容积效率(单位容积生产能力)高，对要求转化率较高或有串联副反应的场合尤为适用。
此外，管式反应器可实现分段温度控制。
其主要缺点是，反应速率很低时所需管道过长，工业上不易实现。
2、固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。
固体物通常呈颗粒状，粒径2~15mm左右，堆积成一定高度(或厚度)的床层。
床层静止不动，流体通过床层进行反应。
它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。
固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。
用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。
涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。
二、微反应器适合的类型有研究表明，在精细化工领域只有约30%的有机反应可以通过采用微反应器，在收率、选择性或安全性等方面得到提高。
化工反应器分类、特征、应用及放大方法
化工反应过程的放大方法:
1、逐级经验放大法 2、数学模拟法 3、部分解析法 4、相似放大法
第一种 逐级经验放大法
定义： 运用物质模型从实验室规模的小试开始，经过逐 级放大的模型试验研究，直到将化工过程放大成为生产规 模。
依据：以前一级试验所取得的研究结果和数据为依据。
特点：比较原始，不够精确，不够经济，但有一定的价值
特点：用一组微分方程或一组代数方程，描述过
程的动态规律。是目前比较先进、科学的方法。
要求：即能描述过程，又简单便于应用。
一、数学模型 建立数学模型的思维方法
如反应器模型的基础： 热力学方程、反应动力学方程、三大传 递 物料衡算式、热量衡算式、动量衡算式 数学模型的简化 非理想流动模型—— 轴向分散模型、多釜 串联模型
考察设备内物料的流动与混合，传热和传质等物理过
程的规律。 反应器内各种物理过程的规律，只随反应器的型式或 结构的改变而改变，反应的类型不会改变传递规律。
综合化学反应特征和传递过程特征，建立函
数关系式，形成数学模型，预测工业反应器 性能。
只要反应器的型式结构和化学反应相同， 由数学模型表示的过程动态规律应不受设备 几何尺寸的限制，因此用数学模型进行工业 反应器的设计，应不存在放大效应。
数学模型的针对性
每一种数学模型都有一定的限制范围 。
例：管式反应器内物料的返混可以用扩散
模型描述，但扩散模型不能描述物料在管 式反应器的层流或湍流状态。
二、研究方法 以化学反应过程开发为例，按以下步骤 进行：
测定反应热力学和动力学的特征规律及其参数。
反应器类型
反应器类型管式反应器、固定床,流化床1、管式反应器一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。
这种反应器可以很长,如丙烯二聚的反应器管长以公里计。
反应器的结构可以就是单管,也可以就是多管并联;可以就是空管,如管式裂解炉,也可以就是在管内填充颗粒状催化剂的填充管,以进行多相催化反应,如列管式固定床反应器。
通常,反应物流处于湍流状态时,空管的长径比大于50;填充段长与粒径之比大于100(气体)或200(液体),物料的流动可近似地视为平推流(见流动模型)(见彩图)。
管式反应器返混小,因而容积效率(单位容积生产能力)高,对要求转化率较高或有串联副反应的场合尤为适用。
此外,管式反应器可实现分段温度控制。
其主要缺点就是,反应速率很低时所需管道过长,工业上不易实现。
管式反应器与釜式反应器还就是有差异的,至于就是否可以换回还要瞧您的反应的工艺要求与反应过程如何,一般的说,管式反应器属于平推流反应器,釜式反应器属于全混流反应器,您的反应过程对平推流与全混流的反应有无具体的要求？管式反应器的停留时间一般要短一些,而釜式反应器的停留时间一般要长一些,从移走反应热来说,管式反应器要难一些,而釜式反应器容易一些,可以在釜外设夹套或釜内设盘管解决,您的这种情况,能否可以考虑管式加釜的混合反应进行,即釜式反应器底部出口物料通过外循环进入管式反应器再返回到釜式反应器,可以在管式反应器后设置外循环冷却器来控制温度,反应原料从管式反应器的进口或外循环泵的进口进入,反应完成后的物料从釜式反应器的上部溢流出来,这样两种反应器都用了进去。
2、固定床反应器又称填充床反应器,装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。
固体物通常呈颗粒状,粒径2～15mm左右,堆积成一定高度(或厚度)的床层。
床层静止不动,流体通过床层进行反应。
它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。
固定床反应器主要用于实现气固相催化反应,如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。
2018.11.1-Aspen反应器(三)
E R
1
T
1 T0
反应工程 ASPEN PLUS32
Reactions —动力学参数 (5)
反应工程 ASPEN PLUS33
Reactions—动力学参数 (5)
点击右侧的Driving force按钮，即可弹 出推动力表达式输入界面。
推动力表达式(Driving force expression) 定 义为：
Specifications/Global页面，在名称(Title)框中输入RCSTR。
点击 ，进入Components/Specifications/Selection页面，输入组分乙
醇、乙酸、乙酸乙酯、水。
点击 ，进入Properties/Specifications/Global页面，选择物性方法
反应工程 ASPEN PLUS31
Reactions —动力学参数 (4)
LHHW型的反应速率方程：
rA
动力学因子 推动力表达式 吸附表达式
动力学因子仍用修正的Arrhenius方程表示：
动 力 学 因 子
k
T
T0
n
e
x
p
点击右侧的Adsorption按钮，即可弹出吸附
表达式输入界面。吸附表达式代表反应物在催化
剂表面吸附过程的传质阻力对宏观反应速率的影
响，用下述函数式描述：
m
吸 附 表 达 式
Ki
C
vj j
i
j
其中：
ln
Ki
反应器选型与设计完结版
反应器选型与设计完结版反应器是化工过程的核心装置，其选型与设计对于实现优质产品的生产、提高生产效率、降低能耗都具有重要的意义。
本文将综合考虑反应器的物理、化学性质以及工艺需求，通过对比现有的反应器类型，从而进行反应器的选型与设计。
首先，选型与设计的第一步是确定所需的反应器类型。
常见的反应器类型包括批式反应器、连续流动反应器和循环流化床反应器等。
选择合适的反应器类型需要考虑以下几个因素：1.反应物特性：反应物的物理性质（如粘度、密度）和化学性质（如反应速率、反应热）是选择反应器类型的重要因素。
例如，如果反应速率较慢，可以选择批式反应器或连续流动反应器；如果反应热较高且需要快速热量传递，可以选择循环流化床反应器。
2.反应条件：反应器的设计还需要考虑反应条件，例如压力和温度。
一些反应需要高压和高温条件，这就需要选择能够承受这些条件的反应器类型。
3.反应产物：反应产物的形态和纯度要求对反应器类型的选择也有影响。
如有些反应需要较长的停留时间以产生高纯度产物，这时可以选择连续流动反应器。
在确定反应器类型后，下一步是进行反应器的设计。
反应器设计主要包括确定反应器的尺寸、热量和质量传递、流动性和混合性等。
以下是设计反应器的一些关键考虑因素：1.尺寸：反应器的尺寸会影响反应系统的总体投资和运行成本。
需要考虑的因素包括反应物的进料量、反应的停留时间、反应系统的能耗等。
2.热量和质量传递：热量和质量传递是一个有效反应的关键因素。
反应器的设计需要考虑如何实现高效的传热和传质，以达到理想的反应速率和产物纯度。
3.流动性和混合性：流动性和混合性对于反应物在反应器中的均匀性和反应效果有重要影响。
设计反应器时需要考虑如何实现良好的流动性和混合性，以确保反应物质在反应器中均匀分布，从而提高反应效率。
除了上述考虑因素之外，反应器的选型与设计还需考虑其他一些因素，如安全性、操作性和维护性等。
在选型与设计完结后，需要进行反应器的生产、安装和调试等工作。
流化床反应器的类别
流化床反应器的类别流化床反应器是一种广泛应用于化工领域的反应器，根据不同的反应类型和要求，可以分为多种不同的类别。
本文将介绍几种常见的流化床反应器类别，包括催化剂流化床反应器、液固两相流化床反应器、生物质流化床反应器和气固两相流化床反应器。
一、催化剂流化床反应器催化剂流化床反应器是指在反应床中使用催化剂来催化反应的流化床反应器。
它具有催化剂与反应物之间接触面积大、传质速度快、反应效率高的特点。
催化剂流化床反应器广泛应用于石油化工、化学制药、环保等领域。
例如，在石油化工中，催化剂流化床反应器常用于催化裂化、加氢、脱氢等反应过程中。
二、液固两相流化床反应器液固两相流化床反应器是指在反应床中同时存在液体和固体两相的流化床反应器。
液固两相流化床反应器常用于液相催化反应、氧化反应、水解反应等。
它具有传质速度快、反应效率高、携带液体催化剂方便等优点。
在化工生产中，液固两相流化床反应器广泛应用于酯化、醚化、氧化等反应过程中。
三、生物质流化床反应器生物质流化床反应器是指在反应床中利用生物质作为原料进行反应的流化床反应器。
生物质流化床反应器主要用于生物质能源转化和生物质化学品的生产。
生物质流化床反应器具有能源效率高、废弃物资源化利用等优点。
在生物质能源领域，生物质流化床反应器被广泛应用于生物质燃烧、生物质气化等过程中。
四、气固两相流化床反应器气固两相流化床反应器是指在反应床中同时存在气体和固体两相的流化床反应器。
气固两相流化床反应器常用于气相催化反应、气体分离、吸附等。
它具有气体和固体之间传质速度快、反应效率高、易于分离固体产物等优点。
在化工生产中，气固两相流化床反应器广泛应用于合成氨、裂解氨、高分子聚合等过程中。
总结：流化床反应器是一种重要的反应器，在化工领域具有广泛的应用。
根据不同的反应类型和要求，流化床反应器可以分为催化剂流化床反应器、液固两相流化床反应器、生物质流化床反应器和气固两相流化床反应器等类别。
每种类别的流化床反应器都有其独特的特点和应用领域。
反应器类型
反应器类型
反应器类型
1、管式反应器
由长径比较大的空管或填充管构成，可用于实现气相反应和液相反应。
2、釜式反应器
由长径比较小的圆筒形容器构成，常装有机械搅拌或气流搅拌装置，可用于液相单相反应过程和液液相、气液相、气液固相等多相反应过程。
用于气液相反应过程的称为鼓泡搅拌釜（见鼓泡反应器）；用于气液固相反应过程的称为搅拌釜式浆态反应器。
3、有固体颗粒床层的反应器
气体或（和）液体通过固定的或运动的固体颗粒床层以实现多相反应。
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。
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反应器类型
管式反应器、固定床，流化床
1、管式反应器
一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。
这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。
反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。
通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200（液体），物料的流动可近似地视为平推流（见流动模型）（见彩图）。
管式反应器返混小，因而容积效率（单位容积生产能力）高，对要求转化率较高或有串联副反应的场合尤为适用。
此外，管式反应器可实现分段温度控制。
其主要缺点是，反应速率很低时所需管道过长，工业上不易实现。
管式反应器与釜式反应器还是有差异的，至于是否可以换回还要看你的反应的工艺要求和反应过程如何，一般的说，管式反应器属于平推流反应器，釜式反应器属于全混流反应器，你的反应过程对平推流和全混流的反应有无具体的要求管式反应器的停留时间一般要短一些，而釜式反应器的停留时间一般要长一些，从移走反应热来说，管式反应器要难一些，而釜式反应器容易一些，可以在釜外设夹套或釜内设盘管解决，你的这种情况，能否可以考虑管式加釜的混合反应进行，即釜式反应器底部出口物料通过外循环进入管式反应器再返回到釜式反应器，可以在管式反应器后设置外循环冷却器来控制温度，反应原料从管式反应器的进口或外循环泵的进口进入，反应完成后的物料从釜式反应器的上部溢流出来，这样两种反应器都用了进去。
2、固定床反应器
又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。
固体物通常呈颗粒状，粒径2～15mm左右,堆积成一定高度（或厚度）的床层。
床层静止不动，流体通过床层进行反应。
它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。
固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。
用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。
涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。
固定床反应器有三种基本形式：①轴向绝热式固定床反应器(图1)。
流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。
②径向绝热式固定床反应器。
流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无热交换。
径向反应器与轴向反应器相比，流体流动的距离较短,流道截面积较大,流体的压力降较小。
但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。
以上两种形式都属绝热反应器,适用于反应热效应不大,或反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。
③列管式固定床反应器由多根反应管并联构成。
管内或管间置催化剂，载热体流经管间或管内进行加热或冷却，管径通常在25～50mm之间，管数可多达上万根。
列管式固定床反应器适用于反应热效应较大的反应。
此外，尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器，称为多级固定床反应器。
例如：当反应热效应大或需分段控制温度时，可将多个绝热反应器串联成多级绝热式固定床反应器,反应器之间设换热器或补充物料以调节温度，以便在接近于最佳温度条件下操作。
特点
固定床反应器的优点是：①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。
②催化剂机械损耗小。
③结构简单。
固定床反应器的缺点是：①传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。
②操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。
固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。
目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。
3、流化床反应器
流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状
态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。
在用于气固系统时，又称沸腾床反应器。
流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉（见煤气化炉）；但现代流化反应技术的开拓，是以40年代石油催化裂化为代表的。
目前，流化床反应器已在化工、石油、冶金、核工业等部门得到广泛应用。
流化床反应器的结构有两种形式：①有固体物料连续进料和出料装置，用于固相加工过程或催化剂迅速失活的流体相加工过程。
例如催化裂化过程，催化剂在几分钟内即显著失活，须用上述装置不断予以分离后进行再生。
②无固体物料连续进料和出料装置，用于固体颗粒性状在相当长时间（如半年或一年）内，不发生明显变化的反应过程。
与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是：①可以实现固体物料的连续输入和输出；②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制，特别适用于强放热反应；③便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程的进行，石油馏分催化流化床裂化的迅速发展就是这一方面的典型例子。
然而，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，导致不适当的产品分布，阵低了目的产物的收率；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。
近年来，细颗粒和高气速的湍流流化床及高速流化床均已有工业应用。
在气速高于颗粒夹带速度的条件下，通过固体的循环以维持床层，由于强化了气固两相间的接触，特别有利于相际传质阻力居重要地位的情况。
但另一方面由于大量的固体颗粒被气体夹带而出，需要进行分离并再循环返回床层，因此，对气固分离的要求也就很高了。
（见流态化、流态化设备）。