反应器
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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§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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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。
反应器分类及特点
反应器分类及特点在化工、生物和医药等领域，反应器是实现化学反应的重要设备之一。
根据不同的分类标准，反应器可以分为多种类型。
以下是几种常见的反应器及其特点：1.固定床反应器固定床反应器是一种常见的反应器类型，其特点是在反应器中装填一定量的固体催化剂或固定床催化剂，使反应在催化剂表面进行。
这种反应器的优点是操作简单、催化剂活性高、选择性好，适用于小规模、高附加值的化工生产。
但是，固定床反应器的缺点是催化剂使用寿命有限，需要定期更换或再生。
2.活动床反应器活动床反应器是一种动态反应器，其特点是催化剂在反应器内处于运动状态。
这种反应器的优点是可以根据需要随时更换催化剂，并且可以通过控制催化剂的移动速度来优化反应过程。
但是，活动床反应器的缺点是需要复杂的机械传动系统和密封装置，维护成本较高。
3.流化床反应器流化床反应器是一种高效、大规模的反应器类型，其特点是在反应器中装填一定量的固体颗粒，使反应在颗粒表面进行。
这种反应器的优点是可以实现连续操作、生产能力大、催化剂使用寿命长等。
但是，流化床反应器的缺点是对于某些反应过程控制难度较大，可能会存在局部过热或反应不均匀等问题。
4.膜反应器膜反应器是一种新型的反应器类型，其特点是在反应器中装填一定量的膜材料，使反应在膜表面进行。
这种反应器的优点是可以实现分离和反应两个过程的集成，具有高效、环保等优点。
但是，膜反应器的缺点是膜材料的选择和控制难度较大，需要解决膜堵塞和污染等问题。
5.光敏反应器光敏反应器是一种利用光能激发化学反应的反应器类型，其特点是在反应器中引入光源和光敏剂等元素，通过光能激发化学反应。
这种反应器的优点是可以实现选择性高、条件温和的反应过程。
但是，光敏反应器的缺点是需要精密的光学系统和控制系统，维护成本较高。
6.电化学反应器电化学反应器是一种利用电能实现化学反应的反应器类型，其特点是在反应器中引入电极和电解质等元素，通过电能激发化学反应。
这种反应器的优点是可以实现条件温和、环境友好的化学过程。
简述生物反应器的分类
简述生物反应器的分类
生物反应器是生物学和工程学的重要研究领域之一，其主要目的是将生物材料作为反应器，实现特定的生化过程和反应。
为了更好地研究和理解生物反应器，一般将其分为大气反应器、液体反应器和固体反应器三大类。
一、气反应器
大气反应器是指以空气为反应培养介质的生物反应器。
它们可以用于特定的气体控制反应，如氧气氧化反应和氨气气气反应。
这类反应器的特点是可以控制好气体浓度，而且可以耐受冗余气体的存在，这是其它类型反应器所不能比拟的。
二、体反应器
液体反应器是以液体为反应介质的生物反应器。
其特点是可以实现复杂的生化反应，也可以有效地控制物质的输入和输出。
细胞催化和酶催化反应在液体反应器中常常被采用，并且可以实现高灵敏度和高反应率，同时具有较高的适应性特点。
三、体反应器
固体反应器是以固体为反应介质的生物反应器。
它们通常是一个固定的填料，它可以含有大量的微生物或活性化合物，这些活性化合物能够改变物质的形状和结构，实现特定的生化反应。
固体反应器有很高的应用前景，因为它可以把微生物细胞集成在一起，因此可以实现更复杂的生化反应。
总之，生物反应器可以根据反应培养介质的不同而分为大气反应
器、液体反应器和固体反应器三大类。
每类生物反应器都有自己的优点和不足，应用于不同的环境和场合中会有不同的效果。
只有深入了解这些生物反应器，才能在更大的范围内使用它们，为科学研究提供有效的支持。
化学工程中的反应器选择
化学工程中的反应器选择反应器是化学工程中不可或缺的设备，用于进行化学反应和生产化学产品。
在化学工程设计中，选择适合的反应器类型对于反应效率、产量和产品质量至关重要。
本文将介绍几种常见的反应器类型及其适用情况，帮助读者在化学工程中做出明智的反应器选择。
一、批式反应器批式反应器是最简单、最常见的反应器类型之一。
它适用于小规模生产、实验室研究以及不需要连续运作的反应过程。
批式反应器的工作原理是将反应物一次性放入反应器中，进行反应后收集产物。
由于反应物在反应过程中减少，反应速率会逐渐降低。
批式反应器的优点是灵活性高，可以适应多种反应条件和反应物。
此外，批式反应器的设计相对简单，成本较低。
然而，批式反应器的劣势在于产能有限，操作时间较长，不适合大规模生产。
二、连续流动反应器连续流动反应器是将反应物以连续流动的方式加入反应器中，产物也以连续流动的方式从反应器中取出的反应器类型。
连续流动反应器适用于需要持续反应、高产率和高纯度产品的生产过程。
在连续流动反应器中，反应物的浓度可以更好地控制，反应条件也更稳定。
连续流动反应器的优点是生产能力强，可通过调整流速和反应时间来控制产量。
此外，连续流动反应器对于热量和质量传递较好，反应效率较高。
然而，连续流动反应器的设计和操作相对复杂，需要更高的设备投资。
三、搅拌式反应器搅拌式反应器是在反应物中使用机械搅拌器以提高混合效果的反应器类型。
搅拌式反应器适用于需要均匀混合反应物、提高传质速率的反应过程。
搅拌式反应器通常使用罐式反应器或管式反应器。
搅拌式反应器的优点是混合效果好，反应均匀。
此外，它适用于多相反应和固液反应，并且对于控制反应温度有较好的性能。
然而，搅拌式反应器的劣势在于能耗较高，同时对于粘稠液体和纤维状物料的反应较为困难。
四、固定床反应器固定床反应器是将催化剂装填在固定床中进行反应的反应器类型。
固定床反应器适用于需要高催化活性、选择性和长寿命的反应过程。
固定床反应器通常使用管式反应器或者多孔载体。
反应器基本理论课件
• 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。
各种反应器特点优缺点及应用
各种反应器特点优缺点及应用反应器是化学工程中用于进行化学反应的设备。
根据不同的反应类型、工艺要求和操作条件，不同类型的反应器具有不同的特点、优缺点和应用。
下面将简要介绍几种常见的反应器及其特点、优缺点和应用。
1.批量反应器批量反应器是最简单的一种反应器，适用于小规模生产和常规实验室反应。
其特点如下：-特点：操作简单，投料灵活，适用于多种反应类型；-优点：可以实现灵活的反应过程控制，易于升级和调整；-缺点：反应过程中温度、压力和混合程度可能不均匀，反应时间较长，生产周期较长；-应用：广泛应用于实验室研究和小规模生产中，例如有机合成、催化反应等。
2.连续流动反应器连续流动反应器是在反应物连续流动的条件下进行反应的反应器，其特点如下：-特点：反应物连续流动，反应发生在管道或管束中，进出料稳定；-优点：反应时间短，反应物浓度稳定，产物纯度高，废液排放量少，能耗较低；-缺点：操作条件相对复杂，设备成本较高，不适用于反应物稳定性较差的反应；-应用：广泛应用于底物稳定性较好的化学反应，如合成化学和催化反应等。
3.管式反应器管式反应器是一种连续流动反应器，具有管状结构，反应物在管内流动进行反应。
其特点如下：-特点：反应物在直管中流动，具有较大的接触面积和较高的传热效率；-优点：反应时间短，反应速度快，能够实现高温反应和高压反应；-缺点：管内积垢和堵塞的问题较突出，操作不够灵活，难以对反应过程进行调控；-应用：广泛应用于有机合成、聚合反应、氧化反应等。
4.搅拌式反应器搅拌式反应器是一种常见的批量反应器，其特点如下：-特点：反应物在搅拌器的作用下进行混合和反应；-优点：能够实现较好的混合程度，反应均匀，温度、压力和浓度控制相对容易；-缺点：能耗较高，产物分布不均匀，反应速率受到混合效果的影响；-应用：广泛应用于有机合成、聚合反应、酯化反应等。
5.固定床反应器固定床反应器是将催化剂固定在固体床上进行反应的反应器-特点：催化剂固定，反应物流经固体床进行反应；-优点：反应过程相对稳定，操作简单，可以持续生产较长时间；-缺点：反应物质传质受到限制，催化剂活性容易降低，床层温度不易均匀；-应用：广泛应用于催化反应，如重油加氢、氯化反应等。
化学反应器分类
化学反应器分类化学反应器是广泛应用于化学工程领域中的一种工艺设备，其作用是在特定的反应条件下，将一种或多种反应物转化为所需的产物。
根据反应器的用途和操作方式，化学反应器可分为多种类型。
下面将针对这些类型来进行详细介绍。
一、按照用途的分类1、试验型反应器试验型反应器通常用于实验室和研究中心，其主要作用是验证反应的可行性、确定反应的动力学参数以及查找最佳反应条件。
它的体积较小，通常在1L以下，通常采用的是搅拌反应器或批式反应器。
2、工业型反应器工业型反应器用于工业规模的化学反应生产，一般容量为2m3以上，通常采用的是大型批式反应器、连续式反应器或其他特殊反应器。
3、中试型反应器中试型反应器是介于试验型反应器和工业型反应器之间的一种设备，主要用于中试阶段的生产，通常柿子500L~20m3。
这种反应器可用于验证反应的可扩展性、确定合理的反应条件以及评估反应的经济效益。
二、按照操作方式的分类批式反应器是一种适用于小批量生产的化学反应器，常用于中试研究和小量生产，其特点是可以根据需要灵活控制反应参数，但是其生产效率比较低。
2、连续式反应器连续式反应器是一种能够持续进行反应的反应器，也称为流动式反应器或定向流动反应器。
连续式反应器的主要特点是反应物从反应器的一端流入，经过反应后从另一端出口流出，这种方式使得反应可以实现连续生产，提高了生产效率。
3、循环式反应器循环式反应器是一种通过循环流动来实现反应的设备，通常由一个或多个循环回路组成。
这种反应器的主要优点是能够循环利用反应物，提高反应效率，降低反应成本。
4、气固反应器气固反应器用于气体和固体反应的化学反应器，其反应过程中，反应物一般在粉末或颗粒状态下存在，这种类型的反应器的优点是反应过程中易于控制反应条件，但也存在有一些缺点，例如反应过程中的传热和传质效率都比较低。
5、液固反应器液固反应器是一种适用于液体与固体反应的化学反应器，它的主要特点是反应物以液体形式存在，反应过程中需要充足地进行搅拌和传热传质过程，以保证反应的顺利进行。
化学反应器
化学反应器化学反应器是化学过程中一个重要的设备，它可以将原料经过离子交换、氧化还原等反应，产生新的化学物质。
在工业生产中，化学反应器被广泛用于生产化学品、药品、塑料、合成材料和燃料等领域。
本文将介绍化学反应器的结构、分类、工作原理、应用以及安全操作等方面。
一、化学反应器的结构化学反应器的主体结构包括反应釜、搅拌器、换热器、传热装置、流量计、温湿度传感器、加料泵等组成。
反应釜作为化学反应器的核心部件，是承载反应物的容器。
反应釜通常由不锈钢、玻璃钢、碳钢等材料制成，根据反应物的性质和反应条件的要求，采用不同的材料。
搅拌器是化学反应器必备的组成部分，它能够将反应物混合均匀，提高反应速率和反应效率。
搅拌器的种类很多，包括叶片式、螺旋桨式、锚式、涡轮式、磁力搅拌器等。
换热器是将反应釜内的热量释放掉的关键部分，换热器可以采用板式、管壳式、螺旋式等多种形式。
传热装置是将反应釜内的热量传递到换热器的装置，主要有夹套传热、外置传热、内置传热等形式。
二、化学反应器的分类化学反应器有许多不同的分类方法，常见的有按照反应方式分类、按照结构分类、按照加热方式分类、按照用途分类等。
按照反应方式分类，主要分为批量式反应器、连续式反应器和半批量式反应器。
批量式反应器指将一定量的反应物加入到反应釜中，然后进行反应。
这种反应器的优点是投资成本低，但是生产效率低，适合小批量生产。
连续式反应器将反应釜与加料和采样的通道相连，可以进行连续的反应。
这种反应器的优点是生产效率高，但是相对复杂，投资成本高。
半批量式反应器则是以上两种反应器的组合形式，既有批量式反应的经济效益，又具有连续式反应的高效性和生产选择的灵活性。
按照结构分类，主要分为顶部卸料反应器和底部卸料反应器。
顶部卸料反应器是指在反应釜顶部设置的卸料口，将反应物从顶部卸出，适用于处理易变质的反应物。
底部卸料反应器是指在反应釜底部设置的卸料口，将反应物从底部卸出，适用于处理稳定的反应物。
化学反应器的类型和特点
化学反应器的类型和特点1. 釜式反应器（反应釜）呀，那可是很常见的一种呢！就像家里做饭的锅一样，能进行各种反应。
比如在化工生产中，很多液体之间的反应就是在釜式反应器里面完成的哦。
你说它是不是很厉害呀！2. 管式反应器呢，就像一条细长的通道。
一些快速进行的反应，好比赛车在赛道上飞驰，就特别适合在管式反应器中发生。
像石油裂解反应就是个很好的例子哟！3. 塔式反应器呀，高耸矗立，好像一个巨人。
它在气液反应中大展身手，比如吸收一些气体呀。
就像吸收空气中的污染气体一样，厉害吧！4. 固定床反应器，那里面的催化剂就乖乖地待着，一动不动。
就如同忠诚的卫士坚守岗位。
很多需要稳定催化的反应会选择它呢，想想看，是不是很神奇？5. 流化床反应器，里面的固体颗粒就像活泼的孩子，蹦蹦跳跳的。
一些要求固体和流体充分接触的反应，它就再合适不过啦。
好比孩子们尽情玩耍，活力满满呢！6. 微反应器，小巧而精致呀，却有着大能量。
一些精细的反应，就像雕琢艺术品一样在它里面进行。
这不是很让人惊叹吗？7. 膜反应器呢，就如同一个神奇的筛子，能把需要的和不需要的分开。
很多选择性反应都靠它呢，是不是感觉很酷炫？8. 光反应器，是不是一听就觉得很高科技？对呀，它就像在黑暗中寻找光明的勇士，专门处理那些需要光来引发的反应哩。
9. 酶反应器呀，利用酶的神奇魔力来催化反应。
就好像拥有魔法棒一样，能让反应高效进行。
你说这是不是太有趣啦！我觉得化学反应器的各种类型都有着独特的魅力和作用，它们就像是化学世界里的魔法道具，为我们创造出各种奇妙的反应和产物呢！。
污水处理反应器
污水处理反应器引言概述：污水处理是一项重要的环境保护工作，而污水处理反应器是其中的核心设备。
本文将从反应器的类型、工作原理、应用领域、优势和发展趋势等方面进行详细阐述。
一、反应器的类型1.1 生化反应器：生化反应器是利用微生物降解有机物质的一种设备。
其主要类型包括曝气式活性污泥法、厌氧消化池和固定床生物反应器等。
1.2 物化反应器：物化反应器主要利用化学方法去除废水中的污染物。
常见的物化反应器包括混凝沉淀池、活性炭吸附器和氧化还原反应器等。
1.3 组合反应器：组合反应器是将生化反应器和物化反应器结合起来，以达到更高效的废水处理效果。
常见的组合反应器有混合式反应器和序列反应器等。
二、反应器的工作原理2.1 生化反应器的工作原理：生化反应器通过微生物降解废水中的有机物质，将其转化为无害的物质。
曝气式活性污泥法利用曝气系统供氧，促使微生物进行降解作用；厌氧消化池则在无氧条件下进行废水处理；固定床生物反应器则利用固定的生物膜降解废水中的有机物。
2.2 物化反应器的工作原理：物化反应器通过化学方法去除废水中的污染物。
混凝沉淀池通过添加混凝剂使污染物凝结成团，然后沉淀下来；活性炭吸附器则利用活性炭吸附废水中的有机物质；氧化还原反应器则通过氧化或者还原反应去除废水中的污染物。
2.3 组合反应器的工作原理：组合反应器将生化反应器和物化反应器结合起来，通过不同的工艺步骤进行废水处理。
混合式反应器将生化反应器和物化反应器同时进行；序列反应器则将生化反应器和物化反应器进行分步处理。
三、反应器的应用领域3.1 工业废水处理：污水处理反应器在工业废水处理中起着至关重要的作用，能够有效去除废水中的污染物，保护环境。
3.2 城市污水处理：城市污水处理需要大规模的反应器设备，以处理大量的污水，保障城市环境的卫生和健康。
3.3 农村污水处理：农村地区的污水处理需要适合于小规模处理的反应器设备，能够有效地处理农村地区的废水。
四、反应器的优势4.1 高效性：污水处理反应器能够高效去除废水中的污染物，提高废水处理效率。
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。
反应器工作原理
反应器工作原理
反应器是一种用于进行化学反应的设备，其工作原理基于化学反应的原理和热力学的法则。
具体工作原理如下：
1. 反应器选择：根据要进行的化学反应类型和反应条件，选择合适的反应器。
常见的反应器有批量反应器、连续流动反应器和半连续流动反应器等。
2. 反应条件设定：为了实现所需的反应速率和产率，反应器中的温度、压力和反应物的摩尔比等反应条件需要进行适当的设定。
3. 反应物的混合：将反应物以适当的比例混合进入反应器中。
混合方式可以是机械搅拌、气体吹入或流体注入等，以确保反应物均匀分布在反应器内。
4. 反应过程：一旦反应物进入反应器，反应开始进行。
根据反应类型和反应条件，反应物会发生化学变化，形成产物。
反应速率取决于反应物浓度、温度、压力和催化剂等因素。
5. 其他过程：在反应进行过程中，可能会产生热量、气体或固体物质的副产物。
这些物质可能会影响反应的速率和平衡，因此需要适时地进行排放或处理。
6. 完成反应：当反应达到所需的程度时，反应停止。
根据反应物和产物的性质，可以采取不同的方法进行产物的分离和纯化，如蒸馏、结晶、沉淀等。
7. 反应器清洗和维护：在一次反应结束后，需要对反应器进行清洗和维护，以使其准备好进行下一次反应。
总之，反应器的工作原理是通过提供适当的反应条件，将反应物混合并在一定的时间内与催化剂一起进行化学反应，从而得到所需的产物。
这个过程需要控制温度、压力、反应物摩尔比等因素，以确保反应的高效进行。
反应器的原理及应用
反应器的原理及应用1. 引言反应器是化学工程中一种非常重要的设备，广泛应用于化工生产中。
本文将介绍反应器的原理及应用，通过对反应器的介绍，帮助读者理解反应器的基本工作原理和常见应用场景。
2. 反应器的工作原理反应器是一种用于进行化学反应的设备，其工作原理是利用加热、冷却、搅拌等方式控制反应物质在反应过程中的温度、压力和混合程度。
下面将介绍几种常见的反应器工作原理：2.1 批量反应器批量反应器是最简单的一种反应器，其工作原理是将待反应的物质一次性加入反应器中进行反应。
其优点是操作简单，适用于小规模生产和实验室研究。
然而，由于无法连续供给反应物质，生产效率较低。
2.2 连续流动反应器连续流动反应器是一种持续供给反应物质并连续收集产物的反应器，其工作原理是通过分别将反应物质和催化剂以一定流速供给反应器，使反应在反应器内进行。
连续流动反应器由于可以连续供给反应物质，生产效率较高，适用于大规模生产。
2.3 催化反应器催化反应器是通过添加催化剂来提高反应速率的反应器，其工作原理是将催化剂与反应物质一起放入反应器中进行反应。
催化反应器由于催化剂的作用，可以在较低的温度和压力下进行反应，节省能源和提高反应效率。
3. 反应器的应用反应器在化工生产中有着广泛的应用，下面将列举几个常见的应用场景。
3.1 石油炼制在石油炼制过程中，反应器用于各种催化反应、裂化反应、加氢反应等。
例如，催化裂化反应器用于将重质石油馏分转化为轻质石油产品，加氢反应器用于将硫化氢等有害物质转化为无害物质。
反应器在石油炼制中起到了非常重要的作用。
3.2 化学品生产在化学品生产中，反应器用于各种有机合成反应、聚合反应等。
例如，聚乙烯反应器用于合成聚乙烯，硝化反应器用于合成硝酸等。
反应器不仅可以提高产品的纯度和产量，还可以控制反应物质的选择性。
3.3 生物工程在生物工程领域，反应器用于培养微生物、细胞培养、酶反应等。
例如，发酵反应器用于培养微生物产生乙醇、酸等产物，细胞培养反应器用于培养动物细胞合成蛋白质。
化学工程中的反应器选择原则
化学工程中的反应器选择原则在化学工程中，反应器的选择是非常重要的，它直接影响到反应的效率、产品的质量以及生产成本。
合理选择反应器有助于提高生产效率、降低能耗和减少环境污染。
本文将介绍化学工程中的反应器选择原则。
1. 反应物种类及反应条件反应物的种类和反应条件是选择反应器的基本依据。
不同的反应物需要不同的反应器来提供适当的反应环境。
例如，液相反应常用的反应器有批式反应器、连续流动反应器和搅拌槽式反应器，而气相反应常用的反应器有固定床反应器、流化床反应器和往复式压缩机反应器。
2. 反应速率反应速率的快慢也是选择反应器的重要因素之一。
对于快速反应，通常选择能提供大的接触面积和较快传质速率的反应器，如搅拌槽式反应器。
而对于慢速反应，则需要选择具有较大的体积和低的传质速率的反应器，如固定床反应器。
3. 反应热效应某些反应会伴随着放热或吸热效应。
选择合适的反应器可以更好地控制反应温度，避免温度过高或过低对反应产生负面影响。
例如，选择具有良好换热能力的反应器，如管壳式反应器或卧式反应器，可以更好地控制反应温度。
4. 反应器的可操作性反应器的可操作性也是选择的重要考虑因素之一。
反应器的操作应方便、易于控制，并能够满足工艺上的要求。
例如，在高温高压反应中，选择能够承受高温高压的反应器，如高压搅拌槽式反应器或自动控制压力的容器等。
5. 产品纯度要求根据对产品纯度的要求，选择适当的反应器也非常重要。
某些反应会伴随着副反应或副产物的生成，这些副产物可能会降低产品的纯度或者对设备造成腐蚀。
因此，在选择反应器时需要考虑对副产物或副反应的控制，避免对产品质量造成负面影响。
6. 经济因素在选择反应器时，经济因素也是必须考虑的因素。
反应器的选择不仅要满足技术上的要求，还要考虑到生产成本、设备投资以及维护费用等经济因素。
在满足技术要求的前提下，选择经济性较好的反应器，可以降低生产成本，提高工艺经济效益。
综上所述，化学工程中的反应器选择应综合考虑反应物种类及反应条件、反应速率、反应热效应、反应器的可操作性、产品纯度要求和经济因素等多个因素。
反应器原理
反应器原理
反应器是一个用于进行化学反应的设备。
它通常由一个密封的容器和一系列的反应物、催化剂、溶剂或助剂组成。
在反应过程中，反应物会发生化学变化，生成新的物质。
反应器的工作原理基于反应物分子之间的相互作用。
当反应物加入反应器中后，它们会与其他反应物分子发生碰撞。
这些碰撞会导致反应物分子之间的化学键断裂和形成，并且在一定能量的作用下，新的化学物质会被生成。
反应器中的反应速率是一个重要的参数。
它通常取决于反应物浓度、温度、反应物质性质和反应的压力等因素。
当反应速率较高时，反应器需要能够有效地调节温度和压力，以避免过高的反应速率导致压力过大或产生副反应。
不同类型的反应器根据其结构和功能可分为多种不同的类型。
例如，批处理反应器适用于小型实验室或工业生产中的小规模反应。
连续流动反应器则适用于大规模生产，其反应物会连续地输入和输出。
其他类型的反应器包括循环床反应器、固定床反应器和流化床反应器等。
在设计反应器时，需要考虑多种因素，如反应物的理化性质、反应速率、传热和传质效果等。
合理的反应器设计可以提高反应效率、减少能源消耗，并确保反应安全进行。
此外，反应器的操作也需要控制温度、压力、搅拌速度和物料进出等参数，以维持反应的稳定性和一致性。
总之，反应器是化学反应的核心设备，通过调控反应物分子之间的相互作用，实现所需的化学转化。
通过合理的反应器设计和操作，可以提高反应效率和产品质量，并确保反应过程的安全性。
化学反应器的设计
化学反应器的设计化学反应器是化学工业中不可或缺的设备，其主要功能是在一定条件下促进化学反应的进行。
一个优良的化学反应器设计能够提高反应效率、降低生产成本，并确保反应的安全可靠。
本文将探讨化学反应器设计的重要考虑因素以及常见的反应器类型。
一、化学反应器设计的考虑因素1. 反应类型：化学反应可以分为批量反应和连续反应两种类型。
批量反应适用于小规模生产，而连续反应则适用于大规模连续生产。
设计化学反应器时，需要根据反应类型选择合适的反应器形式。
2. 反应动力学：化学反应的速率与温度、压力、浓度等因素有关。
在设计反应器时，需要考虑反应动力学，并确定最适宜的反应条件，以提高反应效率。
3. 反应热效应：某些化学反应会释放大量的热量，而另一些反应则需要吸热才能进行。
在设计反应器时，需要考虑如何控制反应热效应，防止温度过高或过低对反应产生不利影响。
4. 材料选择：化学反应器需要使用耐腐蚀的材料，以抵抗反应物和产物对反应器的腐蚀作用。
根据反应物性质选择合适的材料，可以延长反应器的使用寿命。
5. 反应器搅拌：搅拌对于化学反应的进行至关重要。
搅拌可以均匀分散反应物，提高反应效率。
在设计反应器时，需考虑搅拌方式、搅拌速度等因素。
6. 反应器尺寸：根据所需反应物的量和反应速率，可以确定反应器的尺寸。
一个合理的尺寸可以提高产量，减少能源和原料的消耗。
二、常见的化学反应器类型1. 批量反应器：批量反应器是最常见的反应器类型，适用于小规模生产和实验室研究。
批量反应器通过一次性加入反应物，进行反应，然后清除产物，进行下一批次的反应。
2. 连续流动反应器：连续流动反应器适用于大规模生产。
它将反应物以连续的方式引入反应器中，产物也以连续的方式流出。
与批量反应器相比，连续流动反应器具有更高的反应效率和产量。
3. 催化剂反应器：催化剂反应器是通过添加催化剂来加速反应速率的反应器。
催化剂可以提高反应效率，减少反应温度和压力，降低成本。
常见的催化剂反应器包括固定床反应器和流化床反应器。
反应器基础知识 第一讲
锻焊结构 ： 反应器的筒节经过由锻坯 墩粗、拔长、墩粗、冲孔的锻 造加工过程，筒节上没有纵向 焊缝，这种结构称为锻焊结构 如右图。 这种结构可适用于高温高 压场合，对提高反应器耐周向 应力的可靠性有利，焊后检测 较为容易，一般适用于壁厚大 于150mm的场合，最大厚度 480mm。
板焊结构 ： 反应器的筒节由钢板卷 曲后焊接而成，这种结构称 为板焊结构，如右图。 这种结构也适用于高温 高压场合，但筒节上有纵、 环向焊缝，焊缝多，工作量 大，钢板内特性难以保证， 不如锻件筒节。最大厚度 300mm。
出口收集器 用于支承下部的催化剂床层，以减轻床层 的压降和改善反应物料的分配。
加氢反应器结构上的改进
（1）催化剂支承结构
（2）法兰密封结构
（3）反应器支承结构
（4）反应器裙座连接结构
（5）反应器外部附件 连接结构 保温支撑圈多采用 现在流行的不直接 焊于反应器外部而 是披挂其上的鼠笼 式结构。当附件非 与反应器壁相焊不 可时，应尽量使其 焊透。
制造加氢反应器的常用材料 制造加氢反应器的常用材料一般为Cr-Mo钢系， 因为这些钢材既具有优良的抗高温氢腐蚀性能， 又有良好的短时和长时高温力学性能。根据不同 的温度和压力，一般都选用 1Cr-0.5Mo； 1.25Cr-0.5Mo； 2.25Cr-1Mo； 2.25Cr-1Mo 0.25V； 3Cr-1Mo 0.25V；
要防止回火脆性破坏现象的出现，就要从 以下几点考虑：
1、尽量减少钢中P、Sb、Sn、As等杂质元素的含量； 2、采用真空碳脱氧（VCD）的冶炼工艺，将Si的含量降低； 3、对回火脆化敏感性系数（J系数和X系数）推荐按下面的值控 制： J系数 =（Si + Mn）（P + Sn）×104 ≤100% (仅用于母材 X系数 =（10P + 5Sb + 4Sn + As）×10-2 ≤ 15×10-6 ； 4、控制脆化处理后的韧性指标； 5、制造中应选择合适的热处理工艺，使钢材既能满足规定的力 学要求，又具有优越的抗回火脆性性能这一综合指标； 6、采用热态的开停工方案，开工时先升温、后升压，停工时先 降压、后降温； 7、采用合适的开停工升降温速度，建议温度小于150℃时，升 温速度不超过25℃/h为宜。
2第二章 反应器
一、化学反应动力学
（一）基本概念： 1、化学反应：由分子或离子碰撞导致电子转移 或原子的重新排列组合，导致反应物消失；生 成物形成的过程。 通式： xA+yB→pC+qD 2、反应速率：化学反应速率是指单位时间。单 位体积由反应物消失的数量或生成物增加的数 量。
或者说：单位时间内，反应物浓度减小或生成 物浓度增加的数值。
C0/Ci为去除率。 【例题】采用CSTR反应器作为氯化消毒池， 细菌被灭活速率为一级反应,且k＝0.92min－1，
求细菌被灭活99％时，所需时间为多少?
【解】 Ci=0.01C0，k= 0.92min－1 ，代入上式：
`
t
1 k
C0 Ci
1
t
1 0.92
C0 0.01Ci
1
107.6 min
Q·C0－Q·Ci+V·r(Ci)=0 已 时知间t：，反且应可速根率据r设(C计i)，流按量式Q即求可出求反出应反器应
容积V=Qt。
一级反应：将r(Ci)=－kCi 代人上式可得，
Q·C0－ Q·Ci－ V·k·Ci＝0
将V=Q·t代入上式并经整理得平均停留时间t ：
t
1 k
C0 Ci
1
反应器体积即可按V=Q·t求出。
`
取dx长的微元体积dxω分析，列物料平衡式：
dx dCi
dt
vCi
v(Ci
dCi ) r(Ci ) dx
dx dCi — 微元中dt内i的变化量；
dt
vCi — 微元中dt内i的输入量；
v(Ci dCi ) — 微元中dt内i的输出量；
r(Ci ) dx — 微元中dt内i的反应量；
Cn
化学反应器设计
化学反应器设计化学反应器是用于实现化学反应的装置，其设计对于反应的效率和产物的纯度有着重要的影响。
本文将对化学反应器设计的各个方面进行细致的探讨，包括反应器类型选择、尺寸设计、传热与传质、安全控制等。
一、反应器类型选择在进行化学反应器设计之前，我们首先需要选择适合反应条件的反应器类型。
常见的反应器类型包括批式反应器、连续流动反应器和半连续流动反应器。
批式反应器适用于小规模或实验室规模的反应，连续流动反应器适用于大规模生产，半连续流动反应器则是批式和连续流动反应器的结合。
二、尺寸设计反应器的尺寸设计主要涉及到体积和形状的选择。
体积的选择应根据所需产量和反应速率来确定，以保证反应器内物质的混合均匀性和反应效果的稳定性。
形状的选择则可以考虑反应器的操作便利性和流体力学性能。
三、传热与传质化学反应过程中，传热与传质是不可忽视的关键步骤。
传热与传质的设计主要包括传热器的选择和传热介质的循环方式。
常用的传热器有管壳式传热器和换热管式传热器，其选择应根据反应物性质和工艺要求。
传热介质的循环方式包括单相流和多相流，鼓励采用多相流循环方式，以提高传热效率和混合性能。
四、安全控制化学反应器设计中安全控制是至关重要的一环。
安全控制包括反应器的压力容器设计、温度控制和安全阀设置等。
压力容器设计应符合国家规范与标准，确保反应器在正常操作范围内安全可靠。
温度控制应采用合适的控制策略，避免过高或过低的温度对反应产物的影响。
安全阀的设置可以有效防止反应器过压，保护设备和人员的安全。
五、其他因素除了上述的设计要素外，化学反应器设计还需考虑其他因素，如搅拌方式、催化剂选择、反应物质的供给方式等。
搅拌方式应能够保证反应物质的均匀混合和传质效果；催化剂的选择应根据反应的特性和催化剂的活性来确定；反应物质的供给方式应设计合理，以保证反应的连续进行。
总结：化学反应器设计是一项综合性的工作，需要考虑多个因素的综合影响。
本文简要介绍了反应器类型选择、尺寸设计、传热与传质、安全控制以及其他因素，希望能对读者在进行化学反应器设计时提供一些参考和指导。
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反应器---基于物料平衡的反应器
• RYield—产率反应器
用途：
只知化学反应式和各产物间的相对产率，不知化 学计量关系。
第12页
反应器---以化学平衡为基础的反应器
包括两类REquil（平衡反应器）和RGibbs（Gibbs 自由能最小的平衡反应器），都可用于化学平衡 和相平衡同时发生的单元操作的模拟。
第20页
反应器---以化学平衡为基础的反应器
• RGibbs规定屏中Assign Stream。
有两种选择 (1)自动指定出口物流相态； RGibbs assigns phases to outlet streams (2)使用关键组分和截尾摩尔分率指定出口物流相态； Use key components & cutoff mole fraction to assigns phas
（3）间歇釜式反应器 （RBatch)
Batch Stirred Tank Reactor ）
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反应器---动力学反应器
动力学反应器因为考虑了反应动力学, 所以必须对 其进行定义。动力学可以用一个内置模型定义, 或 用一个用户子程序定义，现有的内置模型是： 幂律模型（Power Law）
Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson
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反应器---基于物料平衡的反应器 • REquil规定屏 有四组模型参数
（1）模型设定 (Specifications) （2）化学反应(Reactions) （3）收敛 (Convergence) （4）液沫夹带 (Entrainment）
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反应器---以化学平衡为基础的反应器
• RGibbs(Gibbs自由能最小的平衡反应器）
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反应器---动力学反应器
• RCSTR基本规定屏
第30页
动力学反应器---RCSTR
• RCSTR模型参数设定有两组模型参数
操作条件 (Operation Conditions) 1) 压力 (Pressure)
2)
1) 2)
温度/热负荷(Temperature/Heat Duty)
不考虑反应动力学 该类模块能求解相似的问题，但对于问题的规 定不同 允许单个反应能达到严格化学平衡
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反应器---以化学平衡为基础的反应器
• REquil
通过求解反应平衡方程进而计算化学平衡和相 平衡 不能进行三相闪蒸计算
可用于多组分物系、已知一些反应并且仅有较 少组分参加反应的情况
C, O2 RStoic
IN
2 CO + O2 --> 2 CO2 C + O2 --> CO2 2 C + O2 --> 2 CO C, O2, CO, CO2 OUT
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反应器---基于物料平衡的反应器
• RStoic规定屏 有七组模型参数
（1）模型设定 (Specifications) （2）化学反应 (Reactions) （3）燃烧 (Combustion) （4）反应器 (Heat of Reaction) （5）选择性 (Selectivity) （6）粒度分布 (PSD) （7）组分属性 (Component Attr.)
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反应器---以化学平衡为基础的反应器 • RGibbs规定屏中Product产物
(1) 系统中的所有组分都可以是产物；
RGibbs considers all components as products (2) 指定可能的产物组分； Identify possible products (3) 定义产物存在的相态。 Define phases in which products appear
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反应器---基于物料平衡的反应器
• RStoic规定屏中selectivity选择性
计算对于选定组分的选择性，其定义为
P / Areal S P, A P / Aideal
△P代表选定组分 (selected) P的生成摩尔数； △A代表参照组分 (reference) A的消耗摩尔数； real 代表反应器内的实际情况； ideal 代表只有 A→P 一个反应发生时的情况
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反应器---基于物料平衡的反应器
• RStoic规定屏中reaction
定义RStoic中进行的每一个化学反应的编号、化学
计量关系、产物生成速率或反应物转化率。并指
明计算多个反应的转化率时是否按照串联反应方
式计算。
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反应器---基于物料平衡的反应器
• RStoic规定屏中heat of reaction
有效相态 (Valid Phases) 设定方式 (Specification Type)
持料状态 (Holdup)
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动力学反应器---RCSTR
• RCSTR模型参数持料状态 (Holdup /Specific ation Type设定方式有7个可选项
（1）反应器体积 (Reactor Volume)
（3）指定物流 (Assign Steams) （5）限制平衡 (Restricted Equilibrium)
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反应器---以化学平衡为基础的反应器
• RGibbs 基本规定屏
第18页
反应器---以化学平衡为基础的反应器
• RGibbs规定屏中specification设定操作条件、计算 选项和有效相态。
设定反应热的计算类型(Calculation type)和参照条 件(Reference condition) ： (1) 不计算反应热 (Do not calculate heat of reaction) (2) 计算反应热 (Calculate heat of reaction) (3) 用户指定反应热 (Specify heat of reaction)
es to outlet streams
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反应器---化学平衡为基础的的反应器
• RGibbs反应器规定屏—惰性物
指定不参加化学反应平衡的惰性组分(Inerts)及 其不参加反应的摩尔流量(Mole flow)或分率(Fra ction)
第22页
反应器---化学平衡为基础的的反应器
• RGibbs反应器规定—限制平衡
第10页
反应器---基于物料平衡的反应器
• RYield—产率反应器
用于收率分布已ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的反应器
根据每一种产品与输入物流间的产率关系进行 反应，只考虑总质量平衡，不考虑元素平衡
RYield
1000 lb/hr Coal（煤） IN
70 lb/hr H2O 20 lb/hr CO2 60 lb/hr CO 250 lb/hr tar（焦油） 600 lb/hr char（焦碳） OUT
通过吉布斯自由能最小化来确定在产品吉布斯自由能最 小时的产品组成。可模拟单相气相或液相化学平衡、不 带化学反应的相平衡、带固体溶液相或化学平衡及同时 具有相平衡和化学平衡。
已知化学反应式，不知道反应历程和动力学可行性，
估算可能达到的化学平衡和相平衡结果。
当发生的反应未知，或由于有许多组分参与反应，致
使反应数量很多时，该模块非常有用。
RGibbs是唯一能处理固-液-汽相平衡的Aspen Plus模
块
第16页
反应器---化学平衡为基础的的反应器 • RGibbs反应器规定屏 有五组模型参数
（1）模型设定 (Specifications) （2）产物 （4）惰性物 (Products) (Inerts)
热负荷。
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动力学反应器---RCSTR
• RCSTR
当反应动力学已知且反应器内物料性质与反应器出 口完全相同时采用该反应器；
允许任意数目的进料流股，所有进料流股在反应器 内完全混合； 最多允许三个产品流股：气相、液相1、液相2或者 气相、液相、自由水； 当给定反应温度时可计算反应器热负荷，或在给定 热负荷条件下计算反应温度； 可同时计算多个以速率为基础的化学反应。
第24页
反应器---化学平衡为基础的的反应器
• RGibbs反应器规定—限制平衡
有两种选择 （2）指定各个化学反应趋近平衡的温度 Individual reaction
第25页
反应器---动力学反应器
动力学反应器包含三类 （1）全混釜反应器（RCSTR） Continuous Stirred Tank （2）平推流反应器（RPlug) Plug Flow Reactor Reactor
有两种选择 （1）设定整个系统的趋近平衡温度 Entire system with temperature approa ch （2）指定各个化学反应趋近平衡的温度 Individual reaction
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反应器---化学平衡为基础的的反应器
• RGibbs反应器规定—限制平衡
有两种选择 （1）设定整个系统的趋近平衡温度 Entire system with temperature approa ch
反应器及其他常用模块
• Aspen中的单元操作模型
• • • • • • • • • • 混合器/分流器（Mixers/Splitters） 分离器(Separators) 换热器(Heat Exchangers) 塔(Columns) 反应器(Reactors) 压力变换器(Pressure Changers) 操作器(Manipulators) 固体(Solids) 用户模型(Users) 概念设计(Conceptual Design)
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反应器及其他常用模块
Reators (反应器)