反应器选型与设计
化工厂装置的设备选型与设计原则
化工厂装置的设备选型与设计原则化工厂装置的设备选型与设计原则是确保化工生产过程的高效运行和安全性的重要环节。
本文将从设备选型和设计原则两个方面进行探讨。
一、设备选型在化工厂装置的设备选型中，需要考虑以下几个方面。
1. 工艺要求：根据生产工艺的要求，选择适合的设备。
不同的化工生产过程需要不同的设备，如反应器、蒸馏塔、搅拌槽等。
设备的选型要满足工艺参数和操作要求，确保生产过程的顺利进行。
2. 材料选择：根据介质的性质选择合适的材料。
化工生产中，介质的性质可能包括高温、高压、腐蚀性等特点，因此设备的材料选择非常重要。
选用耐腐蚀、耐高温、耐压的材料，能够提高设备的使用寿命和安全性。
3. 设备性能：考虑设备的性能指标，如传热效率、传质效率、能耗等。
设备的性能直接影响到生产效率和产品质量，因此在选型时需要综合考虑。
4. 经济性：设备选型还需要考虑经济性因素。
选择性价比高的设备，能够降低投资成本和运营成本，提高企业的经济效益。
二、设计原则化工厂装置的设计原则是确保设备的安全性和可靠性，保障生产过程的顺利进行。
1. 安全设计：化工装置的设计必须考虑安全因素。
包括设备的结构强度、防爆措施、防火措施等。
在设计过程中，需要充分考虑设备的安全性，采取相应的措施确保操作人员和设备的安全。
2. 可维护性设计：设备的维护保养对于化工装置的正常运行至关重要。
因此，在设计过程中要考虑设备的可维护性，包括易于拆卸、易于清洁、易于更换等方面的设计。
3. 节能设计：化工生产过程中，能源消耗是一个重要的成本。
因此，在设计过程中要考虑节能措施，如合理利用余热、采用高效传热设备等，以降低能源消耗。
4. 环保设计：化工生产对环境的影响是不可忽视的。
在设计过程中要考虑环境保护因素，选择环保设备和工艺，减少废水、废气、废渣的排放，保护环境。
5. 灵活性设计：化工生产过程中，市场需求和工艺技术可能会发生变化。
因此，在设计过程中要考虑设备的灵活性，方便进行工艺调整和设备改造。
反应器选型与设计完结版
反应器选型与设计完结版
一、引言
反应器是化工加工中的重要设备，它在化学反应的过程中起着导向作用，有效地控制反应过程的进程、反应条件、反应热的产生与排除等，是
控制化学反应的重要设备。
二、反应器选型
1、根据反应物的特性：要选择最适合反应物的反应器，在有毒、易
挥发、易爆炸、有腐蚀性的反应物情况下，必须选择耐腐蚀、耐高温、不
易爆炸的反应器结构材料。
2、根据反应产物的特性：需要根据反应产物的性质，比如油，需要
选择排油口和排液口设备，或者选择水冷却反应器来降低温度；而对于反
应产物较稠的液体，则需要搭配搅拌机和负压反应器等特殊设备进行反应。
三、反应器设计
1、基本原则：反应器的设计是根据反应特性以及其他工艺运行参数
而定，要求反应器的容量设计得适当，尽量减少污染；反应过程要安全可靠；反应器结构材料要满足材料寿命和安全要求；反应器的运行参数要符
合反应要求。
2、常用反应器设备：常见的反应器设备有热气流反应器、攪拌式反
应器、膜式反应器、萃取反应器、反应罐、多反应器系统等。
3、设备设计依据：反应器设备要求反应物的比例、反应温度、反应
时间、反应产物的性质和量。
2-巯基苯并噻唑反应器的选型、设计与
四、从VX03中向反应器RX01中进料 1、打开反应器RX01放空阀V12 2、打开进料泵PUMP1的前阀V10 3、打开进料泵PUMP1 4、打开进料泵PUMP1的后阀V11，向RX01 中进料（Na2Sn） 5、进料完毕（LI103为0.09m），关闭 PUMP1泵的后阀V11 6、停进料关泵PUMP1 7、关闭进料泵前阀V10 五、从VX01中向反应器RX01中进料（CS2） 1、检查放空阀V2开放 2、打开进料阀V4向RX01中进料 3、待进料完毕（LI101为0.00m），关闭V4 六、从VX02中向反应器RX01中进料 （ C6H4CLNO2） 1、检查放空阀V6开放 2、打开进料阀V8向RX01中进料 3、待进料完毕（LI102为0.00m）关闭V8 4、进料完毕后关闭放空阀V12
冷热源的选择
冷源：冷却水 反应温度达110~130℃，冷冻盐水冷却效果较好且 工业上应用比较广泛。
选择：压料 因为使用位差出料会使很多的产品留在釜 的内壁，上出料对于操作要求较高，出料 时通入增压蒸汽。出料时应该要注意不要 弄到皮肤上，因为该品低毒，对皮肤和粘 膜有刺激作用。
安全措施
பைடு நூலகம்
十、出料准备 1、打开放空阀V12 5~10s，放出可燃气体 2、关闭放空阀V12 3、打开阀门V13和v15，通入 增压气体 4、打开蒸汽出料预热阀V14，片刻后关闭 V14 十一、出料 1、打开出料阀V16 2、出料完毕（LI104为0.00m）， 保持吹 扫10s，关闭V16 3、关闭蒸汽阀V15和V13
釜式反应器温度自动控制
TT
隔套
TT
调节阀
化学反应工程-第二章 复合反应与反应器选型
16
2.1.4 循环反应器
在工业生产上，有时为了控制反应物的合适浓度， 以便于控制温度、转化率和收率，或为了提高原 料的利用率，常常采用部分物料循环的操作方法， 如图所示。
17
循环反应器的基本假设： ①反应器内为理想活塞流流动； ②管线内不发生化学反应； ③整个体系处于定常态操作。
第二章
复合反应与反应器选型
1
2.2.1 单一不可逆反应过程平推流反应器 与全混流反应器的比较
图2-1 不同反应器中浓度、转化率、反应速率的变化图 2
对于平推流反应器，在恒温下进行，其
设计式为：
P
1
k
cn 1 A0
n
xA 0
1
1
A xA xA
dxA
对于全混流反应器，在恒温下进行，其
设计式为：
m
xA
图2-5 多釜串联反应器的空间时间
11
计算出口浓度或转化率
对于一级反应：
1
cA0 cA1 kcA1
2
cA1 cA2 kcA2
cA1
cA0
1 k1
cA2
cA1
1 k 2
cA0
1 k11 k 2
依此类推：
cAN N cA0
1 ki
i 1
12
如果各釜体积相同，即停留时间相同，则：
cAN
VR1 :VR2 V01 :V02
是应当遵循的条件
6
(2)全混流反应器的并联操作 多个全混流反应器并联操作时，达到相同 转化率使反应器体积最小，与平推流并联 操作同样道理，必须满足的条件相同。
7
(1)平推流反应器的串联操作 考虑N个平推流反应器的串联操作，
反应器的选型
反应器的选型反应器是化学工程中不可或缺的重要设备，是化学反应过程中完成反应的主体，直接关系到工艺的效率和成本等问题。
选型合适的反应器对于工艺的成功实施具有至关重要的作用。
选型原则选型反应器的目的是为了满足化学反应的需求，使得反应过程更为充分、稳定和安全。
在选型时应该考虑以下几个方面：反应类型和物理性质反应类型和物理性质是基本的影响反应器选择的方面。
比如反应的温度、压力和化学制品、催化剂等的物理性质。
不同的反应类型需要不同的反应器，比如液相、气相和固相反应等。
体积和热传递反应体积和热传递也是选型反应器时需要考虑的因素。
不同的反应需要的反应器体积大小不同，而反应的体积大小又直接关系到反应速率和转化率等问题。
同时，热传递也是一个非常重要的因素，在高温反应时，需要选择耐高温的材料，并且需要对反应器进行高效的加热或冷却。
填料和流动方式填料和流动方式也是选型反应器所需考虑的因素。
填料可以增加反应器的反应面积，从而提高反应效率。
而流动方式可以改变反应器内部液体的流动状态，从而提高反应物的混合程度。
安全性反应器的安全性同样需要考虑。
反应器需要保证稳定运行，在工艺参数的控制下，消除任何可能发生事故的风险，减小安全事故的发生频率和严重程度。
常见反应器类型不同的反应需要对应不同的反应器类型。
以下是常见的反应器类型：管式反应器管式反应器是一种流下式反应器，其结构简单，操作方便。
通常使用于高温高压反应，能够保证反应均匀性和控制能力。
搅拌式反应器搅拌式反应器是一种混合反应器，可以对反应物进行充分混合，增加反应面积，提高反应速率。
固定床反应器固定床反应器是一种固态反应器，采用催化剂固定在反应器内，通过反应物的流动让反应物经过催化剂表面进行反应。
流化床反应器流化床反应器是一种流态反应器，可以实现反应物的充分混合，提高混合程度。
小结反应器选型是化学工程中比较重要的一步，合理的反应器选择可以使得反应效率更高、成本更低、安全性更高。
设备设计与选型
设备设计与选型7.1全厂设备概况及主要特点全厂主要设备包括反应器6台，塔设备3台，储罐设备8台，泵设备36台，热交换器19台，压缩机2台，闪蒸器2台，倾析器1台，结晶器2台，离心机1台，共计80个设备。
本厂重型机器多，如反应器、脱甲苯塔、脱重烃塔，设备安装时多采用现场组焊的方式。
在此，对反应器、脱甲苯塔等进行详细的计算，编制了计算说明书。
对全厂其它所有设备进行了选型，编制了各类设备一览表（见附录）。
7.2反应器设计7.2.1概述反应是化工生产流程中的中心环节，反应器的设计在化工设计中占有重要的地位。
7.2.2反应器选型反应器的形式是由反应过程的基本特征决定的，本反应的的原料以气象进入反应器，在高温低压下进行反应，故属于气固相反应过程。
气固相反应过程使用的反应器，根据催化剂床层的形式分为固定床反应器、流化床反应器和移动床反应器。
1、固定床反应器固定床反应器又称填充床反应器，催化剂颗粒填装在反应器中，呈静止状态，是化工生产中最重要的气固反应器之一。
固定床反应器的优点有：①反混小②催化剂机械损耗小③便于控制固定床反应器的缺点如下：①传热差，容易飞温②催化剂更换困难2、流化床反应器流化床反应器，又称沸腾床反应器。
反应器中气相原料以一定的速度通过催化剂颗粒层，使颗粒处于悬浮状态，并进行气固相反应。
流态化技术在工业上最早应用于化学反应过程。
流化床反应的优点有：①传热效果好②可实现固体物料的连续进出③压降低流化床反应器的缺点入下：①返混严重②对催化剂颗粒要求严格③易造成催化剂损失3、移动床反应器移动床反应器是一种新型的固定床反应器，其中催化剂从反应器顶部连续加入，并在反应过程中缓慢下降，最后从反应器底部卸出。
反应原料气则从反应器底部进入，反应产物由反应器顶部输出，在移动床反应器中，催化剂颗粒之间没有相对移动，但是整体缓慢下降，是一种移动着的固定床，固得名。
本项目反应属于低放热反应，而且催化剂在小试的时候曾连续运行1000小时不发生失活，所以为了最大限度的发挥催化剂高选择性和高转化率的优势，减少催化剂损失，流程的反应器采用技术最成熟的固定床反应器。
第七章反应器选型与操作方式
代入，可求得VR1＝5.390m3 VR2＝5.487m3 故反应总体积为VR＝10.88m3
例题中五种反应器体积比较
• BSTR：
• PFR：
VR＝12.68m3
VR＝8.227m3
• CSTR：
VR＝14.68m3
• CSTR+CSTR（相等体积）: VR＝12.07m3 • CSTR+CSTR（最优体积）: VR＝10.88m3
0.8 min 0.8 min
VR 96 L VR 96 L
[5-5]在CSTR中进行液相反应
A 2R ,反应器体积 V 5L
,
进口浓度 C Ao 1mol l , C Bo 0 ,实验数据如下表：
No 1 2 3
vo /( cm3 s 1 )
2 15 15
T，(oC) 13 13 84
因此，A为限制性反应物
8 10 5 C Ao 0.016 kmol / m 3 0.004 0.001 C Bo 1 10 3 0.2k mol / m 3 0.004 0.001
C Ao C A1 x A1 1 26.67 s kCA1C B1 k (1 x A1 )(C Bo C Ao x A1 )
6. 理想流动反应器的体积比较
不同的动力学结论不同，甚至截然相反。
1/rA
1/rA
1/rA
FPR
xA
CSTR
xA
CSTR CASCADE
xA
影响反应体积大小的若干重要因素：
（a）转化率：转化率越高，体积差别越大
（b）反应级数：级数越高，体积差别越大 （c）串联级数：级数越多，体积差别越小 （d）膨胀率（因子）：膨胀越大，则返混影响越大，体积 差别也就越大。
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
第七章反应器选型与操作方式
适用范围广
可用于液-液、液-固、气-液等 多种反应体系，且能适应不同 温度和压力条件。
传热效果好
通过夹套或内置换热器，可实 现良好的传热效果，有利于控 制反应温度。
搅拌效果好
搅拌装置可促进物料混合和传 质，提高反应速率和效率。
管式反应器
结构紧凑
管式反应器通常由一根或多根细长管 组成，结构紧凑，占地面积小。
04
反应器结构设计与优化
结构类型及特点分析
釜式反应器
结构简单，操作方便，适用于小规模、间歇式生产过程。传热效率 较低，搅拌器易磨损。
管式反应器
结构紧凑，传热效率高，适用于连续生产过程。但清洗和维修较为 困难。
塔式反应器
垂直安装，占地面积小，适用于气体或液体连续反应过程。但操作 压力较高，对设备材质和密封性能要求高。
利用电场、磁场等外场作用，改 变传质分子运动状态，降低传质 阻力，提高传质效率。
传热传质综合优化策略
传热传质协同优化
综合考虑传热和传质过程的影响因素，通过优化反应器结构、强化传热介质和传质界面 等措施，实现传热传质的协同优化。
多场耦合强化传热传质
利用电场、磁场、超声波等多场耦合作用，同时强化传热和传质过程，提高反应器性能 。
选型结果评价
性能指标对比
将选定的反应器与其他类型反应器进 行性能指标对比，如转化率、选择性
、收率等。
经济性分析
对选定反应器的投资成本、运行费用 等进行经济性分析，评估其经济效益
。
环保和可持续性考量
从环保和可持续性角度出发，评价选 定反应器的环保性能和可持续性。
THANKS。
说明生产规模、操作温度、压力等条件，为反应器选型提供实际约束。
反应器选型与设计
反应器选型与设计反应器的选型与设计是化工工艺设计的重要环节之一，它直接影响到反应过程的效率和经济性。
在反应器的选型与设计中，需要考虑的因素包括反应物的性质、反应条件、反应速率、反应器的尺寸与形状以及操作方式等。
本文将从这几个方面对反应器的选型与设计进行详细介绍。
首先，选型与设计需要考虑反应物的性质。
反应物的性质包括物理性质和化学性质。
物理性质包括物质的相态、密度、粘度和传热特性等，化学性质则包括反应物的稳定性、爆炸性和腐蚀性等。
对于易挥发的液体反应物，可以考虑选择密闭型反应器，以避免反应物的挥发损失；对于具有腐蚀性的反应物，需要选择耐腐蚀材料制作反应器，保证反应过程的安全性。
其次，反应器的选型与设计还需要考虑反应条件。
反应条件包括反应温度、反应压力和反应物质的浓度等。
不同的反应条件对反应器的要求也不同。
例如，在高温高压下进行的反应需要选择耐高温和耐高压的反应器。
另外，一些反应需要在惰性气氛下进行，这就需要选择可以提供惰性气体的反应器。
反应速率也是选型与设计的重要考虑因素之一、反应速率决定了反应器的尺寸和形状。
如果反应速率较快，可以选择采用较小体积的反应器，减少设备成本。
另一方面，如果反应速率较慢，需要选择较大体积的反应器，以保证足够的反应时间。
反应器的尺寸和形状也是设计中的重要考虑因素。
反应器的尺寸和形状直接影响到反应物与反应物之间的混合程度和传热性能。
一般来说，为了增加反应物之间的接触面积和提高反应效率，可以选择多相反应器或流化床反应器。
而对于速率控制的反应，可以选择浸没式反应器或分散式反应器，以增加反应物与反应催化剂之间的接触。
最后，操作方式也是反应器选型与设计的重要考虑因素之一、操作方式包括连续式反应器和批式反应器。
连续式反应器适用于大规模生产和稳定生产的需求，可以实现自动化操作和连续供料；批式反应器适用于小规模生产和实验室研究的需求，可以进行更加灵活的操作和控制。
在反应器选型与设计过程中，除了上述因素外，还需要考虑经济性和可持续性。
第七章 反应器选型与操作方式
o p y r i g h t e d E a s t C h i n a U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y S h a n g h a i 200237 P e o p l e s R e p u b l i c o f C h i n a C o p y r i g h t e d E a s t C h i n a U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y S h a n g h a i 200237 Pe o p l e s R e p u b l i c of C h i n a 第七章 反应器选型与操作方式本章以均相反应为例，阐述反应过程的浓度效应，讨论反应器选型、操作浓度与操作方式等对反应结果的影响。
7.1 概述化学反应工程研究的目的是实现工业化学反应过程的优化。
所谓优化，就是在一定的范围内，选择一组优惠的决策变量，使过程系统对于确定的目标达到最优状态。
因此，工业反应过程的优化涉及优化目标、约束条件和决策变量等内容。
化学反应过程的优化包括设计优化和操作优化两种类型。
设计优化是根据给定的生产能力，确定反应器型式、结构和适宜的尺寸及操作条件。
操作优化是指反应器的操作，必须根据各种因素的变化对操作条件作出相应的调整，使反应器处于最优条件下运转，以达到优化的目标。
设计优化是工业反应过程优化的基础。
优化目标是过程优劣的评价标准，一般表达为决策变量的函数关系，构成目标函数。
工业反应过程的经济收益是评价生产过程的主要优化目标。
在建立工业反应过程优化目标的定量关系，即优化的目标函数时，要把过程的经济目标和技术目标联系起来，再进行过程的优化计算以确定最优的反应设备和操作条件。
工业反应过程的技术目标有：反应速率——涉及设备尺寸，亦即设备投资费用。
乙烷脱氢制乙烯工艺流程设计与反应器选型
乙烷脱氢制乙烯工艺流程设计与反应器选型在乙烯产业中，乙烯被广泛应用于聚乙烯等多种重要化工产品的生产。
乙烷脱氢制乙烯是一种常用的工艺路线，本文将围绕乙烷脱氢制乙烯的工艺流程设计和反应器选型展开论述。
1. 乙烷脱氢制乙烯工艺流程设计乙烷脱氢制乙烯是一种通过在催化剂的作用下脱氢转化乙烷为乙烯的工艺。
该工艺流程通常包括原料净化、反应器系统、分离系统和能源回收等主要环节。
1.1 原料净化在乙烷脱氢制乙烯工艺中，原料乙烷需要经过净化处理，以去除其中的杂质和不良成分，以保证后续反应的高效进行。
常见的原料净化手段包括低温除液和吸附剂除杂等方法。
1.2 反应器系统乙烯脱氢反应器是乙烯脱氢制乙烯工艺中的核心设备。
根据反应器的结构和操作方式的不同，可将其分为固定床反应器、流化床反应器和循环流化床反应器等类型。
根据不同的反应条件和生产规模，选择合适的反应器系统对于提高乙烯产率和降低能耗非常重要。
1.3 分离系统乙烯和副产物在反应器中生成后，需要通过分离系统进行分离纯化。
常见的分离手段包括吸附分离、精馏分离和冷凝分离等技术。
通过合理设计分离系统，可以提高乙烯的纯度和收率。
1.4 能源回收乙烷脱氢过程中产生的热量可以通过能源回收系统进行回收利用。
常见的能源回收方式包括热交换、废热利用和余热发电等，可以降低乙烷脱氢工艺的能耗，并减少对外部能源的需求。
2. 反应器选型反应器是乙烷脱氢制乙烯工艺中的核心设备，其选型直接影响着工艺流程的效率和经济性。
2.1 固定床反应器固定床反应器是乙烯脱氢工艺中最常见的反应器类型之一。
其以固定床为基础，通过进料气体的通过和催化剂的作用，实现乙烯的脱氢转化。
固定床反应器具有结构简单、操作稳定等优点，但也存在堵塞和压降大等问题。
2.2 流化床反应器流化床反应器是一种将固体催化剂粒子以气固两相流动方式进行反应的反应器。
其在进行乙烯脱氢反应时，具有较好的传热和流体分布性能，在一定程度上可以提高反应速率和催化剂利用率。
化学工程中的反应器设计原则
化学工程中的反应器设计原则反应器设计是化学工程中至关重要的一环，它涉及到反应器的选择、设计和运行等方面。
一个合理的反应器设计可以提高反应的效率和产率，减少能耗和废物的生成，有助于工艺流程的稳定运行。
本文将介绍化学工程中的反应器设计原则，以帮助读者更好地了解和应用于实践。
一、反应器选择在进行反应器设计之前，首先需要根据反应的特性和工艺要求选择合适的反应器类型。
常见的反应器类型包括混合反应器、管式反应器、分散相反应器等。
选择反应器时需要考虑以下几个因素：1. 反应特性：不同的反应有不同的特性，如反应速率、反应平衡等。
对于快速反应，需要选择具有较高传质速率的反应器，以保证反应物充分接触；对于平衡型反应，需要选择具有较大反应体积的反应器，以提高反应转化率。
2. 原料特性：原料的性质和浓度对反应器的选择有一定的影响。
例如，对于具有高浓度的反应物，可以选择管式反应器，以提高反应的传质速率。
3. 产品特性：对于生成气体的反应，需要选择具有较好扩散性能的反应器，以减小气体的滞留时间。
二、反应器设计反应器设计涉及到反应器的尺寸、催化剂载体的选择、传质装置的设计等方面。
以下是一些反应器设计的原则：1. 反应器尺寸：反应器的尺寸应根据反应物料的质量平衡、热平衡等因素进行合理选择。
尺寸过小会导致物料接触不充分，尺寸过大则会增加设备投资和运行成本。
2. 催化剂载体选择：催化反应常使用催化剂来提高反应速率。
催化剂应选择具有高活性、稳定性和选择性的材料，并具有较大的比表面积，以提高反应效率。
3. 传质装置设计：传质过程对反应速率有着重要的影响。
在反应器设计中，需要考虑传质的方式和速率，以保证反应物料的充分混合。
4. 热平衡：在反应过程中，往往伴随着放热或吸热反应。
反应器设计时需要考虑热平衡的问题，以保证反应温度的稳定和安全运行。
三、反应器运行反应器运行涉及到反应条件的控制和反应物料的供应等方面。
以下是一些反应器运行的原则：1. 反应条件控制：反应条件对反应速率和选择性有着重要的影响。
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。
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。
釜式反应器的操作与控制—釜式反应器的工艺计算与选型
间歇釜体积计算单元任务点
0103－1（1）反应器的计算内容 总结反应器的计算包括哪些内容
0103－1（2）反应器计算的基本方程式 总结反应器计算的方法、所需的基本方程、各方程提供的关系
0103－1（3）均相反应速率 理解均相反应的含义、均相反应速率的定义及表达式
0103－1（2）反应器计算的基本方程式
总结反应器的计算方法 1、经验法 2、数学模型法
总结反应器计算的基本方程
➢ 描述浓度变化的物料衡算式 ➢ 描述温度变化的能量衡算式 ➢ 描述压力变化的动量衡算式 ➢ 描述反应速率变化的动力学方程式
总结动力学术语含义
化学反应动力学：主要研究化学反应的速率以及各种不同因素对化学反应速 率的影响。
CA CA,O
time
CA, out
0
tout/2
tout
t
总结间歇釜的应用
➢ 优点： 操作灵活，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产 ➢ 缺点：装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量不稳定 ➢ 应用：用于液—液相、气—液相等系统，如染料、医药、农药等小批 量多品种的行业。
精细化工产品的生产
若选用间歇操作方式的釜式反应器，每年生产1000吨乙酸丁酯（不考虑分 离等过程损失），乙酸转化率要求达到0.5，每批辅助时间为30min，反应釜只 数为1，装料系数为0.6。已知：该反应以乙酸（下标以A计）表示的动力学方
程式为 (rA ) kcA2 ，反应速率常数 k 0.0174 m3 /(kmol.min) ，反应物
k
A0
exp(
E RT
)
6、活化能E
(完整版)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。
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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。
高达3280~②由于颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致，床层400/(2∙ )]，全床热容量大，热稳定与内浸换热表面间的传热系数很高[200~性高，这些都有利于强放热反应的等温操作。
这是许多工艺过程的反应装置选择流化床的重要原因之一。
流化床内的颗粒群有类似流体的性质，可以大量地从装置中移出、引入，并可以在两个流化床之间大量循环。
这使得一些反应—再生、吸热—放热、正反应—逆反应等反应耦合过程和反应—分离耦合过程得以实现。
使得易失活催化剂能在工程中使用。
（2）流化床反应器的缺点①气体流动状态与活塞流偏离较大，气流与床层颗粒发生返混，以致在床层轴向没有温度差及浓度差。
加之气体可能成大气泡状态通过床层，使气固接触不良，使反应的转化率降低。
因此流化床一般达不到固定床的转化率。
②催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造成催化剂的损失和除尘的困难。
③由于固体颗粒的磨蚀作用，管子和容器的磨损严重。
虽然流化床反应器存在着上述缺点，但优点是主要的。
流态化操作总的经济效果是有利的，特别是传热和传质速率快、床层温度均匀、操作稳定的突出优点，对于热效应很大的大规模生产过程特别有利。
二、反应器设计原则反应器设计时，应遵循“合理、先进、安全、经济”的原则，具体设计时还需满足以下要求：1．满足物料转化率和反应时间的要求2．满足反应的热传递要求3．满足物料流动和混合的要求，设计适当的搅拌器或类似作用的装置4．满足防腐和机械加工要求，合理选择材质三、反应器选型1.参考相关文献，对于气-固相反应，反应器类型主要有固定床反应器、流化床反应器和移动床反应器，本反应的反应器类型主要为固定床反应器。
对于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。
正因为它有这么多优点，根据工艺需求，考虑到气-固相反应形式，因此最后选择气-固相绝热固定床反应器。
2.工艺确定（国外传统的甲苯歧化与烷基转移技术）目前,世界上传统的甲苯歧化与烷基转移技术共有6种,即Xylene一Plus法、Bx法及MsTDP法。
我们采用的是与Tatoray法类似Tatoray法、LTD法、MTDP法、T2的生产工艺。
四.固定床反应器的计算方法(甲苯歧化与C9芳烃烷基转移翻译器计算示例)• 固定床反应器工艺计算的内容有三个方面：一是反应器的有效体积即催化剂装填量的计算，二是床高和床径的计算，三是传热面积和床层压力降的计算。
• ＶＲ的计算有经验法和数学模型法两种。
• 经验法是根据空速、空时收率、催化剂负荷等数据，反推完成一定任务所需的催化剂装填量，比较简单。
• 数学模型法按座标数目分有一维模型和二维模型；按相态分有拟均相模型和非均相模型。
4.1经验计算法(经验法主要用于计算催化剂床层体积、传热面积及床层压力降。
) 4.1.1催化剂的选择本工艺采用绝热固定床反应器，与Tatoray 技术类似，选用沸石催化剂，临氢操作，反应原料为甲苯和C9芳烃。
该工艺工业化后催化剂不断更新换代，转化率由原来的35.5%提升至47.0%；操作周期由最初的3个月延长至36个月。
该工艺具有反应器结构及反应流程简单、转化率高、选择性高等特点，而且该工艺不仅可以处理甲苯，还可以充分利用C9芳烃，最大限度地满足生产PX 的要求，因此在与其他工艺的竞争中始终处于优势地位。
由于我们采用的是与Tatoray 技术类似的生产技术，因此我们采用上海石油化工研究院开发的以丝光沸石为主体的HAT-096型甲苯歧化与烷基转移催化剂。
4.1. 2.催化剂用量的计算 根据重时空速与催化剂的关系372796.063148530.711.5G m m WHSV ===取催化剂堆积密度3690/b kg m ρ=, 则催化剂床层体积:348530.7170.34690R bmV m ρ=== 催化剂一般装填整个反应器的40%~60%，此处我们选取60%装填量： 反应器体积：370.34117.240.60V m ==使用经验法计算催化剂的用量，必须注意适用条件：反应器的型式及结构参数，催化剂的型号及粒度，操作压力，反应物系初始组成、最终转化率、气体净化程度及催化剂的使用时间。
4.2反应器的直径和高度根据有关规定，为了保证反应气流稳定，固定床反应器的长径比一般在4~20之间。
此处我们选取反应器反应器长径比＝4 床径计算（无内件时）48H D R ==238V R H R ππ=⨯=R =1.68m D =1.6×2=3.36m此处选取反应器直径D=3400mm ，固定床反应器长度H=13600mm 4.3反应器筒体壁厚的设计参数的确定 （1）设计压力的相关确定计算压力=设计压力+液柱静压力 设计压力：P=P 工（1.05-1.1）P此处我们取：P=1.1 p 工=1.1 ×3.1 = 3.41MPa 液体静压：P LP L =ρgH （ρ对=15.7943666）P L =ρ对gH=15.7943666×9.81×26=4028.52Pa=4.029kPa 计算压力：P 计= 3.41103 4.0293414.029 kPa L P P P +=⨯+=计（2）设计温度的相关确定该反应器操作温度为450℃，取设计温度500℃，反应压力为3.1MPa ，则选用中304-0Cr18Ni9不锈钢。
4.4反应器壁厚操作压力为P =3.1MPa ，设计计算压力取 1.1 倍的工作压力，即P C =3.1×1.1=3.41 MPa,，焊缝系数取ϕ=1，内径 D i =3400mm 。
查《化工设备设计基础》P213 附表1得304-0Cr18Ni9不锈钢,在450℃下的许用应力[]tσ=103 MPa ，腐蚀裕量按每年 0.1mm 的腐蚀量,计15年腐蚀裕量取C2=1.5mm[]3.41340057.3 21031 3.412C itCP Dmm Pδσϕ⨯===⨯⨯--设计厚度257.3 1.50.11560.3d C C mmδδ=++=++⨯=腐蚀量4.5筒体封头设计封头选用标准型椭圆封头，曲面高度h1 =850mm，直边高度h 2=50mm，壁厚δ =20mm,内表面积A =13.00m2 ，容积V=5.60m3，质量m=2080kg。
4.6 裙座高度因卸料需要，需要安装裙座，裙座高度1.5 1.5 3.422 4.5522DH m⨯=+=+=4.7 附件设计（1）筒体法兰的设计根据筒体内操作压力、温度和筒体直径，查《压力容器法兰分类和规格表》和《压力容器法兰分类与技术条件》（JB/T4700-2000），选带衬环的甲型平焊法兰（如图2-4 所示），法兰材料为16MnR。
查标准《非金属软垫片》（JB/T4704-2000）、《缠绕垫片》（JB/T4705-2000）、《金属包垫片》（JB/T4706-2000）及《压力容器法兰分类与技术条件》（JB/T4700-2000），查标准JB/T4701-2000《甲型平焊法兰》，公称压力PN=3.1MPa，公称直径DN=2600mm，则法兰标记为：法兰C-RF3400-3.1JB/T4701-2000。
甲型平焊法兰结构示意图查标准《压力容器用非金属软垫片》（JB/T4704-2000），选用垫片为平形的奶油橡胶石棉板，标记为：垫片3400-3.1JB/T4704-2000。
（2）螺栓根径和螺栓个数的设计根据《钢制压力容器》设计，螺栓法兰的材料选择20R，其标准为GB 6654，螺栓24个，直径16mm。
（3）人孔的设计人孔该固定床反应器内装催化剂，为了装卸催化剂并检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件等，设置人孔。
本反应器为固定床反应器，由于反应器压力为3.1MPa，所以本设计决定采用回转盖板式平焊法兰人孔。
根据标准HG/T21514-2005《钢制人孔和手孔的类型与技术条件》，选用回转盖板式平焊法兰人孔，其安装位置灵活。
固定床反应器为立式反应器，反应器高度为13.6m，催化剂装填分为3段，故设4个人孔。
HG/T21516-2005 回转盖板式平焊法兰人孔，其公称直径为500mm；公称压力3.1MPa；密封面型式为平面；筒节、凸缘材料为304-0Cr18Ni9钢：；垫片材料为耐油石棉橡胶板；筒节高度为130mm。
人孔补强确定根据标准JB/T4736-2002《补强圈》，该人孔可用补强圈补强。
采用内坡口型式、全焊透焊接，补强圈放在釜壁外单面补强。
D 型补强圈型式尺寸示意图（适用于壳体为内坡口的全焊透结构）所选人孔筒节内径为500mm ，外径为516mm 、壁厚为8mm 。