反应器设计PPT课件

反应器设计的任务是确定进行化学反应的最佳操作条
实际的反应过程可能包括： 反应物、产物的扩散过程（内外）+表面反应过程 无论对于放热过程，还是吸热过程，催化剂与反应物
气体存在温差。
对整个反应器而言，如反应器内的浓度和温度随位置 变化，需将化学反应与传递现象综合起来考虑。
4、化学反应工程的作用
对于化学产品和加工过程的开发、反应器的设计、放
大起着重要的作用。运用化学反应工程知识可以：
提高反应器的放大倍数，减少试验次数和开发周期。
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对现有反应装置操作工况进行优化，提高生产效率、
开发环境优良的绿色生产路线和工艺。
5、反应器的操作方式
间歇操作反应器、半间歇半连续操作反应器、连续操
作反应器。
液体 气体
液体
气体 气体
液体
气体
气体
液体
1.2 化学反应器的类型
反应器的类型很多，按工作原理来分，反应器可分为以 下几种类型。
本章要求： 一、了解化学反应器的三种操作方式和特点。 二、了解化学反应器的主要类型、结构和工作原理。 化工产品、医药产品（化学合成）、石油炼制、能源 加工等工业过程，均采用化学方法将原料加工成为有用的 产品。生产过程包括如下三个组成部分： 第一、三两部分属于单元操作的研究范围；第二部分 是化学反应工程的研究对象，是生产过程的核心。
磁场流化床反应器
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第二章 釜式反应器
本章要求：
一、熟练掌握等温间歇釜式反应器反应时间和体积的计算
（单一反应、平行与连串反应）；
二、熟练掌握连续釜式反应器反应时间和体积的计算；
三、掌握连续釜式反应器的串联和并联；
四、掌握釜式反应器中平行与连串反应选择性的分析，连
接和加料方式的选择；
五、了解串联釜式反应器最佳体积的求取方法；
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原料
原料预处理过程
(物理、化学处理)
未
反
应
化学加工过程
原
料
(物质转化)
反应产物分离、提 纯(物理处理)
图1.1 典型的化学加工过程
目的产物 副产物
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1.1 化学反应工程
1、化学反应工程的研究对象
化学反应工程是化学工程学科的一个重要分支，主要
包括两个方面的内容，即反应动力学和反应器设计分析。
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例如：SO 2O 2 钒 SO 为3气一固催化反应
3、反应过程的举例
一般来说反应过程包括:
物理现象--- 传递现象(热量、动量和能量传递过程) 化学现象--- 化学反应
概括为“三传一反”。例如：对于反应过程
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CH4H2O N i/A l2O3 CO3H2 CH4H2O(g) CO2H2O
管式反应器
液体
气体
釜式反应器
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应用范围：用于多相反应过程。
气体
气体
气体
液体
液体
液体
气体
气体
气体
液体 填料塔反应器
液体 喷雾塔反应器
液体 板式塔反应器
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(4)固定床反应器
气体
特点：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 。
气体
应用范围：用于多相反应系统。 (5)流化床反应器
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反应器设计------研究反应器内上述因素的变化规律， 找出最优工况和适宜的反应器型式和尺寸。 注意：化学反应是研究反应本身的规律，与反应器内各局 部的状况有关。所以可以说反应动力学从点上着眼，反应 器的设计与分析则从面上（体上）着手。
2、 化学反应的分类（反应工程学科） 无论是自然界还是实际生产过程中，存在各种各样的 化学反应，通常为了便于研究和应用，将化学反应进行分 类。下表中给出了常见的化学反应分类、方法和种类，一 些可能同时属于两个或者更多的反应种类。
气体 液体
气体 液体 移动床反应器 固体 气体
气体
固体 滴流床反应器
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(8)交流磁场流化床反应器 特点：床内的固体颗粒在交流磁场 床体 作用下做旋转运动,进入床内液体中 的离子在交流磁场中做不规则的螺 旋运动,可以极大地提高反应速率。 应用范围：用于多相体系。 磁性颗粒
液体
线圈 筛板 液体
反应动力学---- 研究化学反应进行的机理和速率，以
获得工业反应器设计与操作所需的动力学知识和信息，如
反应模式、速率方程及反应活化能等，其中速率方程可表
示为：rf(T、 C、 P)
对于一定的反应物系而言， r 随时间、空间变化。
其中，r 为反应系统中某一组分的反应速率， C 代表浓度 的矢量，P 为系统的总压。
二、教学基本内容与基本要求
本课程详细地阐述了釜式、管式、流化床等反应器的 基本特点、基本设计原则和计算方法；反应器的结构及强 度设计、刚度设计、外压容器的稳定性及设计等内容。学 生能够根据具体反应过程进行反应器的工程分析和设计计
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算，为以后的实际工作和科研工作打下坚实的基础。
第一章 绪 论
固定床鼓泡反应器
特点：反应过程中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
液体Hale Waihona Puke Baidu
的混合性能。
应用范围：多相反应体
系，可以提高传热速率。
液体 流化床反应器
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(6)移动床反应器 特点：固体颗粒自上而下作定向 移动与反应流体逆向接触。 应用范围：用于多相体系，催化 剂可以连续再生。 (7)滴流床反应器 特点：是固定反应器的一种，但 反应物还包括气液两种。 应用范围：属于固定床的一种， 用于使用固体催化剂的气液反应 过程 。
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(1)管式反应器 特点：反应器的长度远大于内径、 且内部无零部件。 应用范围：多用于均相反应过程。 (2)釜式反应器 特点：高度与直径比约为2-3内设 搅拌装置和档板。 应用范围：均相、多相反应过程 均可。 (3)塔式反应器
特点：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。
化学反应器设计
气体 液体
气体
张茂润
液体
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一、课程性质、目的与任务
化学反应器是化工工艺过程的核心，是工程设计和工 业生产操作的关键。通过本课程的学习，使学生了解几种 典型反应器的基本特点，掌握反应器的基本设计原则和计 算方法，并能结合具体反应过程进行反应器的工程分析和 设计计算，为从事反应过程的工程设计和实际工业反应器 的优化操作奠定基础。