气液相反应器的选型
气液固三相反应器
鼓泡淤浆床三相反应器
鼓泡淤浆床反应器（Bubble Column Slurry Reactor, 简 称 BCSR ）的基础是气 - 液鼓 泡反应器，即在其中加入固 体，往往文献中将鼓泡淤浆 床反应器与气 - 液鼓泡反应 器同时进行综述。
鼓泡淤浆床三相反应器
某些极限情况下： 不存在气膜传质阻力，kAG→∞时
Se 1 1 1 1 K GL kT a k AL k AS k w sw
不存在气-液界面处液膜传质阻力，kAL→∞时
1 1 Se 1 1 K GL k kT a k AG k w sw AS
cAig KGLcAiL
令
rA
dN A d VR
kT S e c Ag
则
1 S K 1 Se 1 1 e GL K GL kT a k AG a k AL k k w sw As
上述颗粒宏观反应动力学模型是以气-固相宏 观反应动力学为基础，再计入双膜论的气-液 传质过程组合而成的。
式中：
C *
A
L
为气相平衡的液体中组分A的浓度kmol/m3
数学模型 对A物料衡算（忽略气膜阻力）
u0,G
dcAG dz
cAG kL aL ( cAL ) HA
（1）
由于液相中为全混流，液相中组分A的浓度应不变，对（1）式积分：
cAG (cAG )0 e
, LR
(1 e
（5）
（6）
由公式（1）~（6）为机械搅拌釜淤浆反应器的设计方程，将这些方 程联立求解，可求出反应器的有效容积
反应器型式和操作方式的选择
03
各类反应器适用场景及特点
釜式反应器
适用场景
适用于液-液、液-固相反应及反应过 程中有固体生成的场合，如酯化、硝 化、磺化等反应。
特点
结构简单，操作方便，传热面积大， 传热效果好，适用于间歇操作。
反应器分类
根据反应的特点和需求，反应器可分为釜式反应器、管式反应器 、塔式反应器、固定床反应器和流化床反应器等。
Байду номын сангаас
常见反应器型式介绍
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
适用于液相或气液相反应 ，具有结构简单、操作方 便、传热效果好等优点。
适用于气固相或气液相连 续反应，具有结构紧凑、 传热效率高、反应时间短 等特点。
适用于气固相或气液相逆 流接触反应，具有处理能 力大、传质效率高、操作 弹性大等优势。
适用于气固相或液固相反 应，具有催化剂不易磨损 、反应温度均匀、易于控 制等优点。
适用于气固相或液固相反 应，具有传热传质效果好 、催化剂活性高、操作灵 活等特点。
选型原则及影响因素
选型原则
在选择反应器型式时，应遵循满足工艺要求、保证产品质量、提高经济效益等 原则。
影响因素
反应器选型受到反应物性质、反应条件、催化剂性质、传热传质要求等多种因 素的影响。因此，在选型时需综合考虑这些因素，选择最适合的反应器型式。
02
操作方式选择依据
连续操作与间歇操作比较
连续操作
物料连续进入和离开反应器，反 应过程中各参数保持恒定，生产 效率高，产品质量稳定。
间歇操作
化学反应工程第九章气液固三相反应工程资料
2019/12/16
2. 鼓泡淤浆床三相反应器的特征 鼓泡淤浆床反应器（Bubble Column Slurry
Reactor,简称BCSR）的基础是气-液鼓泡反应器， 即在其中加入固体，往往文献中将鼓泡淤浆床反 应器与气-液鼓泡反应器同时进行综述。
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1—入口扩散器； 2—气液分离器； 3—去垢篮筐； 4—催化剂支持盘； 5—催化剂连通管； 6—急冷氢箱及再分配盘； 7—出口收集盘； 8—卸催化剂口； 9—急冷氢管
图（例9-1-1）热壁式加氢裂化反应器
（二）悬浮床气-液-固三相ห้องสมุดไป่ตู้应器
固体呈悬浮状态的悬浮床气-液-固三相反应器一般 使用细颗粒固体，有多种型式，例如:
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工业滴流床反应器优点
气体在平推流条件下操作，液固比（或液体滞留量） 很小，可使均相反应的影响降至最低；
气-液向下操作的滴流床反应器不存在液泛问题； 滴流床三相反应器的压降比鼓泡反应器小。
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工业滴流床反应器缺点
在大型滴流床反应器中，低液速操作的液流径向分布 不均匀，并且引起径向温度不均匀，形成局部过热， 催化剂颗粒不能太小，而大颗粒催化剂存在明显的内 扩散影响；
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温度
加氢裂化是放热反应，温度升高可以提高反 应速率常数，但对加氢反应的化学平衡不利， 原料油越重，氮含量越高，反应温度要越高， 但过高的反应温度会增加催化剂表面的积炭。
例如，对于轻循环油加氢过程，当原料油含氮
（质量分数）分别为0.04%，0.1%及0.16%时， 反 应 温 度 分 别 为 355 ～ 365℃ ， 385 ～ 395℃ 及 430～435℃。
反应器选型与设计(完结版)
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。
化学反应过程与设备
化学反应过 程与设备
一、气液相反应器种类和工业应用
（一）气液相反应的特点与应用
气液相反应工业应用： 气液相反应广泛地应用于加氢、磺化、卤化、氧化等化学加工 过程。
化学反应过 程与设备
一、气液相反应器种类和工业应用
（二）气液相反应的基本类型与特点
气液相反应器的特点： 鼓泡塔反应器： 广泛应用于液体相也参与反应的中速、慢速反应和放热量 大的反应。 优点： 缺点：
化学反应过 程与设备
一、气液相反应器种类和工业应用
（二）气液相反应 的基本类型与特点
化学反应过 程与设备
一、气液相反应器种类和工业应用
（二）气液相反应的基本类型与特点
气液相反应器的特点： 填料塔反应器： 广泛应用于气体吸收的设备，也可用作气液相反应器。 反应方式： 适用于： 优点： 缺点：
二、鼓泡塔反应器结构
（二）鼓泡塔反应器的结构
组成： (1)塔底部的气体分布器分布 作用： (2)塔筒体部分 作用： (3)塔顶部的气液分离器 作用：
化学反应过 程与设备
三、填料塔反ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ器结构
（一）填料塔反应器的结构
定义：填料塔是以塔内装有大量的 填料为相间接触构件的气液传质设备。 结构：填料塔的塔身是一直立式圆筒， 底部装有填料支承板，填料以乱堆或 整砌的方式放置在支承板上。
化学反应过 程与设备
三、填料塔反应器结构
（一）填料塔反应器的结构 5、塔内件 （5）液体分布装置
化学反应过 程与设备
三、填料塔反应器结构
（一）填料塔反应器的结构 5、塔内件 （6）液体收集及再分布装置
化学反应过 程与设备
气液相反应器
三、主要型式气液相反应器的特性及应用范围
相界面积 相界面积 液相体积 型式 液相体积 m2/m3 反应器体 积m2/m3
液相 体积分率
气液 比mol 液膜体积
应用范围
喷雾塔 填料塔 板式塔 鼓泡搅 拌釜 鼓泡塔
~1200 ~1200 1000 200 20
~60 100 150 200 20
项目五 气液相反应器
4.搅拌釜式反应器
项目五 气液相反应器
釜内装有搅拌器，其主要作用是分散气体，并使液体达到 充分混合，由于搅拌造成的湍流，其传质系数比较高。 搅拌器的形式以圆盘形涡轮桨为最好。当液层高度与釜直 径之比大于1.2以上时，一般需要两层或多层桨翼，有时桨翼 间还要安置多孔挡板。 液体的停留时间可根据需要方便地调节，亦可采用液体间 歇进料、气体连续进料的操作方式。 通过设置夹套或蛇管，或利用外部循环换热器，可方便地 移出或供给反应热。 搅拌釜式气液相反应器的优点是气体分散良好，气液相界 面大，强化了传质、传热，并能使非均相液体均匀稳定。 主要缺点是搅拌器的密封较难解决，在处理腐蚀性介质及 加压操作时，应采用封闭式电动传动设备。达到相同转化率时， 所需要反应体积较大。 搅拌釜式气液相反应器的结构简单，适应性较强，对小规 模生产过程较为适用。
3.鼓泡管反应器
鼓泡管反应器由管 接头依次连接的许多垂 直管组成，在第一根管 下端装有气液混合器， 最后一根管与气液分离 器相连接。
项目五 气液相反应器
反应器中，既有向上运动的气液混合物，又有下降的气液 混合物，而下降物流的流型变化有其独特的规律，下降管的直 径较小，在其鼓泡流动时，气泡沿管截面的分布较均匀，但当 气流速度较小时，反应器中某根管子会出现环状流，从而造成 气流波动，引起总阻力显著增加，会使设备操作引起波动而处 于不稳定状态，因此气体空塔流速不应过小，一般控制在大于 0.4m/s。 鼓泡管反应器适用于要求物料停留时间较短（一般不超过 15～20min）的生产过程，若物料要求在管内停留时间长，则 必须增加管子的长度，但流动阻力会相应增大。此外，这种反 应器特别适用于需要高压条件的生产过程，例如高压聚乙烯生 产。 鼓泡管反应器的最大优点是生产过程中反应温度易于控制 和调节。并因管内液体的流动属于理想置换模型，故达到一定 转化率时所需要的反应体积较小，对要求避免返混的生产体系 十分有利。
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。
气液固三相反应-文档资料
固体固定型三相反应器
固体悬浮型反应器
2.1 滴流床反应器
通常采用气液并流向下的操作方式
– 液体润湿固体催化剂表面形成液膜，气相反应物溶解于液相 后再向催化剂外表面和内部扩散，在催化剂的活性中心上进 行反应
– 广泛应用于石油、化工和环境保护过程
石油馏分的加氢精制和加氢裂化，有机化合物的加氢、氧化以 及废水处理
四个步骤的串联过程 在定态条件下，各步骤的速率相等
催化剂表面的反应按照一级反应处理时，
三相反应中气相反应物浓度分布
1）组分A从气相主体 传递到气液界面 2）组分A从气液界面 传递到液相主体 3）组分A从液相传递 到催化剂外表面 4）组分A向催化剂内 部传递并在内表面上 进行反应
滴流床反应器 淤浆床反应器
– 如果过程的控制步骤为催化剂颗粒内的传质，应选用细颗粒催化 剂的反应器，淤浆床反应器
– 过程控制步骤的判断
如果知道速率方程中的各项传递参数，通过计算可以获得速率 控制步骤
固定床反应器的通病
解决的方法
采用多床层，在层间加入冷氢进行急冷，控制每段床 层的温升
采用液相循环操作，在反应器外对液相进行冷却
气液逆流操作滴流床反应器
– 气相反应物浓度过低时，可以采用气液逆流操作的滴流床反应器， 有利于增大过程的推动力
– 当气液两相流速较大时，可能出现液泛
气液并流向上操作滴流床反应器---填料鼓泡塔
– 结构类似于气固相反应的固定床反应器
与固定床反应器的区别？
优点
气液流型接近于平推流，返混小 持液量小 催化剂表面液膜很薄 采用并流向下进行反应时，不会有液泛的发生，气相
的流动阻力小
缺点
传热能力差 液流流速低时，可能由于液流分布不均匀，导致部分催化剂不能
化工反应器设计及类型介绍
3）反应器内物料流动所产生的压强变化与总压相比，如能忽
略不计，则放大后的平均停留时间t 可VR用/ qv,0
计算；
4）对于气相反应，当反应器的管长远大于管径，而产生的压 强变化又影响到反应器内的总压时，除了保证放大前后两反应 系统具有相同的平均停留时间和停留时间分布函数外，还必须
保证压强的变化值相同。
化工反应器设计及类型 介绍
2021年7月13日星期二
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。
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；
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
dZ
d
dZ
α为换算因子,压强量纲不同, α值不同,见表5-1
在空管内物料层流流动： 摩擦因子 f=16/Re 在空管内物料湍流流动： f 0.046 Re0.2
如果反应管内填充了固体颗粒，计算压强降时应考虑颗 粒床层产生的阻力。
只用物料衡算式计算: 恒温系统,压强变化很小
物料衡算式和热量衡算式: 变温系统
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
二体、自按下反而应上物的料鼓的动相作态用分类， 使 之 悬 浮 在 反 应 器 中 。 有均相反应器和非均相反应器
反应器-3气液相反应器的选择
金属丝网波纹填料
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金属孔板波纹填料
48
❖ 波纹填料因波纹薄片的材料与形状不同分成板波纹 填料和网波纹填料。
❖ 板波纹填料可由陶瓷、塑料、金属、玻璃钢等材料 制成。填料的空隙率大，阻力小，流体通量大、效 率高，而且制造方便、价格低，正向通用化、大型 化方向发展。
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49
填料塔的内件
现象。 ❖ 液体再分布器：避免壁流现象发生。 ❖ 支撑板：支撑填料层，使气体均匀分布。
❖ 除沫器：防止塔顶气体出口处夹带液体。
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28
❖ 壁流：
❖ 当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中 的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种 现象称为壁流。
❖ 壁流效应的后果：
❖ 造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质 效率下降。
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20
鼓泡塔反应器的基本结构
简单鼓泡塔 1-塔体；2-夹套；3-气体分布器；4-塔体；精5选-挡可编板辑；pp6t-塔外换热器；7-液体捕集器；8-扩21大段
❖ 1、塔体：
❖ 2、气体分布器：使气体分布均匀，强化传热、传 质。是气液相鼓泡塔的关键设备之一。
❖
型式：多孔板
❖
喷嘴
❖
多孔管等
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34
❖ 按材质分：
▪ 金属填料 ▪ 塑料填料 ▪ 陶瓷填料 ▪ 石墨填料
精选可编填料
❖①拉西环(Rasching ring) ：拉 西环是工业上最早使用的一种 填料，为外径与高度相等的圆 环，通常由陶瓷或金属材料制 成。
拉西环
精选可编辑ppt
环
36
❖ 解决办法：
❖ 当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分 布装置。
高等化学反应工程_福建农林大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
高等化学反应工程_福建农林大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.效率因子法将反应特性和( )特性对表观反应速率的影响做了区分。
参考答案:传递2.传热准数的物理意义是反应器的传热能力和反应物料( )之比。
参考答案:比热容3.化学反应吸收的总传质系数不仅与气膜传质分系数和液膜传质分系数有关，还和化学反应( )因子有关。
（增强/衰弱）参考答案:增强4.某反应器的停留时间分布的无量纲方差约为0.01，则可判断此反应器中流体流动状况接近于( )理想流动模型。
（全混流/平推流）参考答案:平推流5.活化能E反映了反应速率对( )的敏感程度。
（温度/浓度）参考答案:温度6.利用实验反应器测得的动力学数据建立反应动力学模型一般要经过模型筛选、实验数据处理和( )三个步骤。
参考答案:模型的显著性检验7.催化剂颗粒内的孔区分为和粗孔。
参考答案:微孔8.当催化剂的配方确定后，影响Thiele模数数值和内部传递作用大小的主要因素是催化剂的粒度和由催化剂内部孔道结构和大小决定的。
参考答案:有效扩散系数9.通常气固相催化反应的主要温差出现在催化剂外部，而浓度差常出现在催化剂。
（内部/外部）参考答案:内部10.当催化剂的配方确定后,影响内部传递作用大小的主要因素是催化剂粒度以及由催化剂内部孔道结构和大小决定的。
参考答案:有效扩散系数11.均相反应器的特征是在反应器内存在（）种相态参考答案:一12.右图所示的是那种反应器（）【图片】参考答案:釜式反应器13.对于气固系统，热阻和温度梯度主要在催化剂外部。
参考答案:正确14.催化剂内部的传质过程、传热过程和化学反应过程之间，既不是串联过程，也不是平行过程，而是传递和反应同时发生并交互影响的过程。
参考答案:正确15.对于平行孔模型来说，颗粒有效扩散系数与颗粒孔隙率的平方成反比。
参考答案:错误16.对于换热列管式固定床反应器，采用较小的管径主要是为了( )。
参考答案:消除径向温度梯度17.在间歇反应器中进行等温二级反应A→B，当时，求反应至所需时间为( )秒。
第六章 第四节 气液反应器的形式和特点
6－13 气液反应器的形式和特点 （7）高速湍动反应器(如：venturi reactor) ）高速湍动反应器(如：venturi reactor)
G 空心式： 空心式： 塔式、管式、 塔式、管式、列管式气液鼓泡反应器 L
G L
6－13 气液反应器的形式和特点 （5）鼓泡反应器(bubble column reactor) ）鼓泡反应器( reactor)
G 多段式： 多段式： L L
G
G L
6－13 气液反应器的形式和特点 （5）鼓泡反应器(bubble column reactor) ）鼓泡反应器( reactor)
G L
6－13 气液反应器的形式和特点 （5）鼓泡反应器(bubble column reactor) ）鼓泡反应器( reactor)
G 空心式 多段式 环流反应器： 环流反应器： 气提式：内环流， 气提式：内环流，外环流 液喷式： 液喷式： G L L
6－13 气液反应器的形式和特点 （5）鼓泡反应器(bubble column reactor) ）鼓泡反应器( reactor)
6－13 气液反应器的形式和特点 （1）填充床反应器（packed column reactor) 填充床反应器（ reactor)
G L 用于气液反应时， 用于气液反应时，也可以并流操作
G L
麦拉派克 (Mellapark)填料 )
格利奇(Glitsch)填料 格利奇( )
6－13 气液反应器的形式和特点 （2）板式反应器(tray column reactor) ）板式反应器( reactor)
G 空心式： 空心式： 乙烯氧化制乙醛 对二甲苯（PX）氧化塔（产品为PTA） 对二甲苯（PX）氧化塔（产品为PTA） PTA L
气液相反应和反应
3.1 填料塔的设计计算
逆流操作的填料塔内进行气液相反应
在塔内取一微元做物料衡算
积分，得到填料层高度
增强因子法 拟一级快反应 全塔物料衡算 气膜阻力忽略时
拟一级快反应的填料层高度计算式
3.2 鼓泡塔的设计计算
高径比较大时，气相流动接近活塞流，液相接近全混流
液相浓度处处相等，等于出口浓度 全塔物料平衡确定液相出口浓度
视为全混流
物料衡算为一代数方程
设计任务规定：已知气液相进口流量 和组成，计算达到所规定的气相或液
相际传质，也可能出现在液相反应，或者两者都不能忽略
要进一步借助 原因：
当 当 当
判断 的物理意义是可能最大主体化学反应速率与可
时，过程阻力主要存在在相际传质，反应仅发生在 时，过程阻力主要存在液相主体反应，反应在整个 时，说明相际传质和主体反应的阻力都不能忽略，
能的最大物理传质速率之比
定态条件下的扩散通量之间的关系
同时考虑气膜阻力和液膜阻力 时，飞速反应的速率计算式
仅考虑液膜阻力时
飞速反应的增强因子
飞速反应的增强因子与反应速率常数无关 飞速反应的增强因子与八田数也无关 只有提高液相中B的浓度，才能提高飞速反应的增强因子
原因：浓度的提高，使得反应面向气液界面推移，组分A在液膜中 的扩散距离缩短 极限情况：反应面与气液界面相重合
的气流及接触 单位液相体积的相界面面积很大，但是持液
量和单位反应器体积的相界面面积均很小
液滴喷洒形成后，很少有机会发生凝并和分 裂，传质效果交叉
优点
空体积大，处理含固体杂质或会生成固体产 物的气液反应过程时无堵塞现象
2.3 板式塔
五、反应器的选型和设计
釜式反应釜设计程序
(1)确定反应釜操作方式根据工艺流程的特点，确定反应釜是 连续操作还是间歇操作。 (2)汇总设计基础数据工艺计算依据如生产能力、反应时间、 温度、装料系数、物料膨胀比、投料比、转化率、投料变化 情况以及物料和反应产物的物性数据、化学性质等。 (3)计算反应釜体积 (4)确定反应釜设计（选用）体积和台数。 如系非标准设备的反应釜，则还要决定长径比以后再校算，但 可以初步确定为一个尺寸，即将直径确定为一个国家规定的 容器系列尺寸。 (5)反应釜直径和筒体高度、封头确定。 (6)传热面积计算和校核。 (7)搅拌器设计。 (8)管口和开孔设计。 (9)画出反应器设计草图（条件图），或选型型号。
流化床反应器
是工业上使用较广泛的一种反应器，适用于 流固或气-液-固催化或非催化反应系统。 在流化床中，固体粒子可以象流体一样进行 流动二烯、 萘氧化制苯二甲酸酐等。
(2) 按照操作方式，可以分为间歇过程和连续过程，相 应的反应器为间歇反应器和流动反应器。 A.间歇反应器 物料一次性加入，反应一定时间后把产物一次性取 出，反应是分批进行的。物料在反应器内的流动状况是 相同的，经历的反应时间也是相同的。
6.6、反应器的选型和设计
反应器分类方法
(1)按反应器的几何构形分类 管式反应器 槽式反应器 塔式反应器
管式反应器
特征：长度远较管径为大，内部中空，不设任何构 件，多用于均相反应。如裂解炉
Tube reactor
裂解炉
用于乙烯生产的管式裂解炉
釜式反应器
一种低高径比的圆筒形反应器，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。
化学反应工程问答题汇总
1.简述均相反应及其动力学的研究内容？答：参与反应的各物质均处于同一个相内进行的化学反应称为均相反应。
均相反应动力学是研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、反应产物分布的影响，并确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关系的速率方程。
2.简述链锁反应所具有的基本特征？答：1）链反应具有三个阶段：链的引发、链的传播和链的终止；2）链的引发和传播均需要通过游离原子或游离基；3）游离原子和游离基均具有较高活性，容易受器壁或其它惰性物的作用而重新生成稳定的分子，从而使链反应终止。
3.简述理想反应器的种类？答：通常所指的理想反应器有两类：理想混合（完全混合）反应器和平推流（活塞流或挤出流）反应器。
所谓完全混合流反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合，器内物料与反应器出口物料具有相同的温度和浓度。
所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，不存在不同停留时间的物料的混合，所有的物料在器内具有相同的停留时间。
4.简述分批式操作的完全混合反应器？答：反应物料一次性投入反应器内，在反应过程中，不再向器内投料，也不出料，待达到反应要求的转化率后，一次性出料，每批操作所需生产时间为反应时间与非生产性时间之和，非生产性时间包括加料、排料和物料加热、冷却等用于非反应的一切辅助时间。
5.简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系？答：空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。
反应时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应时间。
停留时间是指反应物进入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间。
由于平推流反应器内物料不发生返混，具有相同的停留时间且等于反应时间，恒容时的空时等于体积流速之比，所以三者相等。
6.对于可逆放热反应如何选择操作温度？答：1）对于放热反应，要使反应速率尽可能保持最大，必须随转化率的提高，按最优温度曲线相应降低温度； 2）这是由于可逆放热反应，由于逆反应速率也随反应温度的提高而提高，净反应速率出现一极大值；3）而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等而达到化学平衡。
气液相反应器本类型与结构
6.1.2 气液相反应器基本类型与结构1.气液相反应器的基本类型气液相反应器按气液相接触形态可分为：（1）气体以气泡形态分散在液相中的鼓泡塔反应器、搅拌鼓泡釜式反应器和板式反应器；（2）液体以液滴状分散在气相中的喷雾、喷射和文氏反应器等；（3）液体以膜状运动与气相进行接触的填料塔反应器和降膜反应器等。
(a) (b) (c) (d) (e) (f)(g)气液相反应器的主要类型示意图(a)填料塔反应器；（b）板式塔反应器；（c）降膜反应器；（d）喷雾塔反应器；（e）鼓泡塔反应器；（f）搅拌鼓泡釜式反应器；（g）喷射或文氏反应器2.气液相反应器的特点(1)鼓泡塔反应器（图片）特点：a.气相既与液相接触进行反应同时搅动液体以增加传质速率；b.鼓泡塔反应器结构简单、造价低、易控制、易维修、防腐问题易解决，用于高压时也无困难。
c.鼓泡塔内液体返混严重，气泡易产生聚并，故效率较低。
应用：这类反应器适用于液体相也参与反应的中速、慢速反应和放热量大的反应。
(2)填料塔反应器（图片）特点：a.液体沿填料表面下流，在填料表面形成液膜而与气相接触进行反应，故液相主体量较少。
b.填料塔反应器气体压降很小，液体返混极小，是一种比较好的气液相反应器。
应用：适用于瞬间、界面和快速反应。
（3）板式塔反应器（图片）特点:a.板式塔反应器中的液体是连续相而气体是分散相，借助于气相通过塔板分散成小气泡而与板上液体相接触进行化学反应；b.能在单塔中直接获得极高的液相转化率；c.板式塔反应器的气液传质系数较大，可以在板上安置冷却或加热元件，以适应维持所需温度的要求；d.但是板式塔反应器具有气相流动压降较大和传质表面较小等缺点。
应用：板式塔反应器适用于快速及中速反应。
(4)膜反应器（图片）特点：a.通常借助管内的流动液膜进行气液反应，管外使用载热流体导入或导出反应热。
b.降膜反应器还具有压降小和无轴向返混的优点。
c.由于降膜反应器中液体停留时间很短，d.降膜管的安装垂直度要求较高，液体成膜和均匀分布是降膜反应器的关键，工程使用时必须注意。
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板式塔
3. 2..操作方式 工作原理 1 结构
塔体 液体在重力作用下， 自上而下依次流过各 连续操作 塔板 层塔板，至塔底排出 气体、液体连续进料 降液管 。每块塔板上保持一 溢流堰 定高度的液层，气体 以气泡形式分散于液 层中。
板式塔
4.主要优点
1)单位体积气液相界面积、气液传质系数和 持液量均较填料塔大； 2)液相反混程度很小； 3)便于除热和供热； 4)调节液层高度，满足不同液体流率和停留 时间的要求。
气液相反应器的分类与选型
张 宇 152081702011
气液反应器的基本类型
按气液相接触方式可分为：
气泡型 （鼓泡塔、板式塔、通气搅拌釜） 液滴型 （喷洒塔、喷射反应器、文丘里反应器） 液膜型 （填料塔塔、湿壁塔）
填料塔
1 .工作原理 结构 2. 3. 塔体 操作方式
液体自塔顶加入，通 连续操作 过液体分布器均匀喷 填料 气体、液体连续进料 洒于整个塔截面上， 填料压板 与从塔底部加入的气 并流操作 支承板 体，在填料表面上， 逆流操作 液体分布器 气液两相密切接触进 行传质。
鼓泡塔
4.主要优点
1)结构简单，无运动部件，对加压反应和腐 蚀性物系均可使用； 2)单位体积持液量大； 3)可以设置换热面移去或提供热量。
鼓泡塔
5.主要缺点
1)单位液相体积相界面积小； 2)液相反混大； 3)存在一定程度的气相反混。
鼓泡塔
6.改进形式
通气搅拌釜
1.结构 2.工作原理 3.操作方式
板式塔
5.主要缺点
1)结构较复杂； 2)塔板材料的经济问题； 3)板式塔气体流动阻力较填料塔大。
鼓泡塔
3. 2..操作方式 工作原理 1 结构
连续操作 气体从塔底经气体分 气体分布器 布器通过喷嘴以气泡 气体、液体连续进料 换热装置 形式通过液层，气相 半间歇操作 水平多孔隔 中反应物溶入液相并 板 气相连续进料，液相分批进料 进行反应。 并流操作、逆流操作
填料塔
4. 主要优点
1)结构简单，适应各种腐蚀性介质； 2)气液相流率的允许变化范围较大； 3)气液相流型均接近于活塞流； 4)单位液相体积的相界面积大，持液量小。
填料塔
5.主要缺点 1)液相停留时间短，对慢反应不合适； 2)不能用于液体流率太低的场合； 3)气相或液相中含有悬浮杂质或生成固体产物 时不宜试用； 4)传热性较差。
喷洒塔
1.结构 2.工作原理 3.操作方式
喷洒塔
4.主要优点
1)结构简单，空体积大，流体阻力小； 2)处理含固体杂质或会生成固体产物的气液 反应过程时无堵塞之虞； 3) 将反应器和干燥器的功能结合起来。
喷洒塔
5.主要缺点
1)持液量和单位反应器体积相界面积均比填 料塔小； 2)液相传质系数较小； 3)存在一定程度的气相反混。
• 5.主要缺点
消耗能量，持液量小
气液相反应器的选型
• • • • • 生产能力 能耗 设备投资 操作性能 选择性
气液相反应器的选型
选型的核心问题是什么？
传质 反应动力学
八田数Ha
气液相反应器的选型
气液相反应器的选型Biblioteka Thank You ~ ~
通气搅拌釜
4.主要优点
1) 气液相界面积增大； 2)便于供热和除热； 3)传质系数比较高。
通气搅拌釜
5.主要缺点
1)反应器中气液两相均成全混流； 2)搅拌消耗一定的能量； 3)在高压下，搅拌器的机械结构和密封问题 。
喷射反应器
1.结构 2.工作原理 3.操作方式
喷射反应器
• 4.主要优点
结构简单，设备费用低，单位液相体积相界 面积大，液膜传质系数高