化学反应过程与设备ppt课件

（c）直孔泡帽分布板
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化学反应过程与设备——项目1
（2）侧流型分布板
（c）锥型侧孔 （d）泡帽侧缝
(a)条型侧缝 （b）锥型侧缝
泡帽侧缝、侧孔
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换热装置：
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➢ 2.流化床反应器的结构
组成：
流化床反应器主体、气体分布装置、 内部构件、换热装置、气固分离装置。
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化学反应过程与设备——项目1
流化床反应器主体
气体分布装置
结构 内部构件
换热装置
气固分离装置
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扩大段 稀相段 浓相段 锥形底
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化学反应过程与设备——项目1
化学反应过程与设备——项目1
A、列管式固定床反应器工业应用实例：
高压热水作载热体
乙烯氧化制环氧乙烷，乙 烯乙酰基氧化制醋酸乙烯。
导热油作载热体
熔盐作载热体
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丙烯氨氧化制丙烯腈
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B、列管式固定床反应器的温度分布和热点温度的形成
热点：
反应器中轴向温度分布中的最高温度。
➢ 技术理论： 化工中常用的气液相反应器鼓泡塔反应器、填料塔反应器、 板式塔反应器和降膜反应器。
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一、气液相反应器种类和工业应用
➢ 1.气液相反应的特点与应用
气液相反应：
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单段绝热式应用实例： A、大型合成氨厂中一氧化碳中低温变换，甲烷化反应。 B、甲醇在银或铜催化剂上用空气氧化制甲醛。
单段绝热式反应器的缺点：反应过程中温度变化大，不适于
反应热效应大而反应速率慢的反应。
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➢ 2.搅拌釜式反应器的分类
间歇操作
特点：非稳态过程
按操作方式分：
连续操作
特点：稳态过程
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半间歇操作
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特点：非稳态过程
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按材质分：
钢制反应釜 铸铁反应釜 搪玻璃反应釜
最常见的材料 为Q235A
常用于氯化、磺化、 硝化、缩合、硫酸增 浓等反应过程。
当反应热效应较大，为了维持适宜的温度条件，必须利用换 热介质来移走或供给热量。
对外换热式：
一般为列管式结构
合理选择载热体及其温度是 保持反应稳定进行的关键。
反应温度T<240℃：高压热水。
如何选择 载热体？
反应温度250~300℃：低挥发性 导热油。
反应温度T>300℃：熔盐
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机械密封
由动环、静环、弹簧加荷装置及辅助密封圈 四个部分组成。
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换热装置的 常见结构型式：
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➢ 2.无泄漏磁力釜基本结构
构成
釜体、搅拌转子、传热构件、传动装置、安全与保护装置。
➢ 3.反应釜的特点与发展趋势
固定床反应器：
凡是流体通过不动的固体物料形成的床层面进行反应的设备 都称为固定床反应器。
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特点：
优点：床层内气体流动近于理想置换，反应速率快，所需催化 剂少，反应体积小；停留时间严格可控，温度分布可以调节， 有利于提高反应的转化率和选择性；催化剂不易磨损，可以在 较长时间连续使用；适宜于在高温、高压条件下操作。
轴向温度分布 及形成：
取决于轴向各点的放热 速率和移热速率。
原料气中带入微量抑制 剂，使部分催化剂毒化。
降低热点温度 减少轴向温差
的措施：
入口处附近放置一定高度惰性载体 稀释的催化剂或已部分老化催化剂。
采用分段冷却，改变移热速率， 使与放热速率尽可能平衡。
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列管式固定床反应器的温度分布 28
任务2 气固反应器的选择
➢ 工作任务：根据化工产品的反应特点和生产条件初步选择气 固反应器的类型。
➢ 技术理论：化学工业中常用的气固相反应器：固定床反应 器、流化床反应器、移动床反应器、滴流床反应器。
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一、固定床反应器的特点与结构
➢ 1.固定床反应器的特点
➢ 工作任务：根据化工产品的反应特点和生产条件初步选择工 业反应器的类型。
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化学反应过程与设备——项目1
任务1 均相反应器的选择
➢ 工作任务：根据化工产品的反应特点和生产条件初步选择均相反应器的 类型。
➢ 技术理论：
1.化工生产过程
原料预处理 化学反应 产品分离
2.常见的均相反应器
气固分离装置：
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表6-1 流化床反应器的分类
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二、流化床反应器的分类：
分类方法 按照固体颗粒是否在系统
内循环 按床层中是否有内部构件
按反应器内层数多少
按床层的外型
分类 单器（非循环操作）流化床 双器（循环操作）流化床
自由流化床 限制流化床 单层流化床 多层流化床图 圆筒形反应器 圆锥形反应器
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化学反应过程与设备——项目1
项目1 反应器选择
➢ 主要内容： 任务1 均相反应器的选择 任务2 气固相反应器的选择 任务3 气液相反应器的选择
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化学反应过程与设备——项目1
➢ 专业能力目标：通过本部分内容学习和工作任务的训练，能 根据反应特点和生产条件正确选择反应器的类型。
壳体由钢板卷焊成圆筒体， 再焊上钢板压成的釜底， 配上釜盖。
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釜底形状：
搅拌装置： 轴封：
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由搅拌轴和搅拌电机组成。
填料密封
要求：填料富于弹性，有良好的耐磨性和导热性；弹性形变
要大，使填料紧贴转轴，对转轴产生收缩力，同时填料还要 有足够的圈数。
釜式反应器、管式反应器等。
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一、搅拌釜式反应器的应用与分类
➢ 1.搅拌釜式反应器在化工中的应用及特点
应用：
既可用于均相反应，也可用于非均相反应。广泛用于石油 化工、橡胶、农药、染料、医药等工业。
特点：
结构简单，加工方便，传质效率高，温度分布均匀，操作 条件（浓度、温度、停留时间等）灵活可控，便于更换品 种，能适应多样化的生产。
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自热式固定 床反应器：
上部为绝热层，下部为催化剂装在冷管间的连续换热催化床。
径向反应器：
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化学反应过程与设备——项目1
任务2 气固反应器选择——流化床反应器
一、流化床反应器的特点与结构 1.流化床反应器的特点
固体流态化：
将固体颗粒悬浮于运动的流体中，具有类似于流体的性 质，称之为固体流态化。
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化学反应过程与设备——项目1
五、均相管式反应器的选择
❖ 1.反应器选择的依据
反应的特征：
反应的浓度效应、温度效应、热效应等。
反应器的特征： 生产要求：
反应器的流体流动、停留时间分布、换热能力等
反应温度、压力、反应时间、转化率、选择性、 压降、能耗、生产能力等。
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化学反应过程与设备——项目1
三、气固相催化反应器的选择
1.选择依据： 一般从反应特点、反应热、工艺要求、反应器特点、催化剂
性能等方面综合考虑。
2.选择举例：
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化学反应过程与设备——项目1
任务3 气液相反应器的选择
➢ 工作任务： 根据化工产品的反应特点和生产条件初步选择气液相反应器 的类型。
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化学反应过程与设备——项目1
四、管式反应器的结构
➢ 1.常见管式反应器
➢ 2. 管式反应器的组成
直管、弯管、密封环、管件（法兰及紧固件）、温差补偿器、传热夹套、 连接管和机架等。
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化学反应过程与设备——项目1 管式反应器的机架：
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优点：
催化剂颗粒细小，有效系数高；床层内近于全混流， 温度和浓度均匀，热稳定性高；催化剂易于补充和再生； 流固相接触充分，传质、传热速率快；操作弹性宽，生产 能力大。
缺点：
床层返混大；由于碰撞和摩擦，催化剂损失大，除尘困难； 管道和容器磨损严重；安装精度要求高。
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化学反应过程与设备——项目1
反应一段，换热一段，反应与换热间隔进行。
多段绝热式：
适宜反应类型：反应热效应大而速率较慢的反应。
工业应用实例：
A、SO2氧化、乙苯脱氢常用多段间接 换热式。
B、合成氨、CO和氢合成甲醇常用冷激式。
间接换热式 冷激式
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化学反应过程与设备——项目1
➢ 2.3换热式固定床反应器
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➢ 2.2绝热式固定床反应器 反应器绝热措施良好，无热量损失且与外界无热交换。
结构：中空圆筒，底部置搁板，搁板上堆积固体催化剂。
单段绝热式： 特点：反应器结构简单，生产能力大。
热效应不大，过程允许温度有较宽变动范围。 适宜反应类型：
热效应较大，但对温度不敏感，或热效应虽 大，但反应速率非常快。
➢ 2 综合性高，实践性强，学习时需要树立工程意识、 具备化工技术经济观念、安全和环保意识；
➢ 3 入门难，掌握不易，需要精研细读，反复训练。
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化学反应过程与设备——项目1
➢ 参考书： ➢ 1 李绍芬. 反应工程.化学工业出版社 ➢ 2 朱丙辰. 化学反应工程.化学工业出版社 ➢ 3 陈炳和.化学反应过程与设备.化学工业出版社 ➢ 4 邹仁鋆.基本有机化工反应工程.化学工业出版社 ➢ 5 陈甘棠.化学反应工程.化学工业出版社
特点：
结构基本相同，操作压力较高、操作温度较高， 反应釜多属间歇操作。
发展趋势：
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大容积化；搅拌器已有单搅拌器发展到用双搅拌器 或外加强制循环；生产自动化和连续化；合理利用 热能。
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三、管式反应器的应用与分类
➢ 1.管式反应器在化工生产中的应用与分类
应用：
一般用于气相反应和气液相反应。
分类：
根据管道连接 方式不同
多管串联管式反应器 多管并联管式反应器
➢ 2.管式反应器的特点
难点
长径比大（50~100）；单位反应体积的传热面积大；生产效率高； 适用于大型化、连续化生产，便于计算机集散控制，产品质量有 保证； 返混小，在较高的流速下，管内流体流型接近于理想置换。
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反应器选择、设计和操作
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课程的主要内容
➢ 1 反应器选择 ➢ 2 反应器设计及优化
体积计算、操作参数选定 ➢ 3 反应器操作及维护
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课程的特点
➢ 1 概念多、理论深、内容抽象，需要较为扎实的 的专业理论基础和数学基础；
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➢ 2.均相反应器选择要考虑的方面
根据物料聚集状态选择。气相：管式；液相：釜式 根据产量大小选择操作方式。
根据反应速率选择。
根据动力学特性选择。
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➢ 3.均相化学反应举例
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➢ 气体分布装置：预分布器和分布板。作用：均匀布气，保证 良好而稳定的流态化
➢ 气体预分布器的结构型式：
(a)弯管式
（b）同心圆壳式
（c）帽式
(d)充填式
（e）开口式
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化学反应过程与设备——项目1
➢ 气体分布板的结构型式
（1）直流型分布板
（a）直孔式分布板 （b）凹型分布板
缺点：传热控温困难；催化剂有效系数低；催化剂再生、 更换不方便；劳动强度大，对工人身体产生危害。
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➢ 2.固定床反应器的类型与结构
单段绝热式
绝热式固定床 2.1根据传热方式分：
换热式固定床
多段绝热式 对外换热式 自热式
中间间接换热式 冷激式
工艺制作： 特点： P5 注意： 性能：
按操作压力分：
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低压釜
动密封结构
高压釜
静密封，更适合于各种极毒、易燃、 易爆以及其他渗透力极强的化工工艺 过程。
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化学反应过程与设备——项目1
二、搅拌釜式反应器结构
➢ 1.搅拌釜式反应器基本结构
壳体
构成：
搅拌装置 轴封
换热装置
结构：