化学反应过程与设备课件资料
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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。
列管式固定床反应器的温度分布
采用分段冷却，改变移热速率， 使与放热速率尽可能平衡。
化工专业基础课程
化工系工艺组
28Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
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：
化工专业基础课程
化工系工艺组
29Author:huangkangsheng
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。
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
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：
化工专业基础课程
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。
生产要求：
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。
化工专业基础课程
化工系工艺组
17Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
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。
化工专业基础课程
化工系工艺组
18Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
3.均相化学反应举例
化工专业基础课程
化工系工艺组
19Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
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。
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。 间歇操作 连续操作 半间歇操作 特点：非稳态过程 特点：稳态过程
结构
内部构件
换热装置
气固分离装置
化工专业基础课程
化工系工艺组
32Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
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
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。
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。
化工专业基础课程
化工系工艺组
6Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
任务1 均相反应器的选择
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。
优点：
缺点：
化工专业基础课程
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。
30Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
管式反应器的机架：
化工专业基础课程
化工系工艺组
16Author:huangkangsheng
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：
反应器的流体流动、停留时间分布、换热能力等
化学反应过程与设备
反应器选择、设计和操作
化学反应过程与设备——项目1
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
化工专业基础课程
化工系工艺组
2Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
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； 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。
2.搅拌釜式反应器的分类 按操作方式分：
特点：非稳态过程
8Author:huangkangsheng
化工专业基础课程
化工系工艺组
化学反应过程与设备——项目1
钢制反应釜 按材质分： 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。 工艺制作： 特点： P5 注意： 性能：
低压釜 按操作压力分： 高压釜
化工专业基础课程
化工系工艺组
动密封结构 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。
9Author:huangkangsheng
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
化工专业基础课程
化工系工艺组
3Author:huangkangsheng
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
25Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
2.3换热式固定床反应器 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？
14Author:huangkangsheng
化工专业基础课程
化工系工艺组
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。
化工专业基础课程
化工系工艺组
15Author:huangkangsheng
轴封： 机械密封
化工专业基础课程
化工系工艺组
由动环、静环、弹簧加荷装置及辅助密封圈 四个部分组成。
11Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
换热装置的 常见结构型式：
化工专业基础课程
化工系工艺组
12Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
化工系工艺组
化学反应过程与设备——项目1
2.流化床反应器的结构
组成：
化工专业基础课程
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。
31Author:huangkangsheng
化工系工艺组
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
扩大段 稀相段 浓相段 锥形底
结构：
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。
10Author:huangkangsheng
化工专业基础课程
化工系工艺组
化学反应过程与设备——项目1
釜底形状：
搅拌装置：
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。
化工专业基础课程
化工系工艺组
反应温度250~300℃：低挥发性 导热油。 反应温度T>300℃：熔盐
26Author:huangkangsheng
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：
乙烯氧化制环氧乙烷，乙 烯乙酰基氧化制醋酸乙烯。
高压热水作载热体
导热油作载热体
熔盐作载热体
适宜反应类型：
化工专业基础课程
化工系工艺组
23Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
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。 24Author:huangkangs热式固定床 自热式
冷激式
化工专业基础课程
化工系工艺组
22Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
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。 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。
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。
化工专业基础课程
化工系工艺组
20Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
一、固定床反应器的特点与结构
1.固定床反应器的特点
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。 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。
化工专业基础课程
化工系工艺组
丙烯氨氧化制丙烯腈
27Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
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。
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。
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
化工专业基础课程
釜式反应器、管式反应器等。
7Author:huangkangsheng
化工系工艺组
化学反应过程与设备——项目1
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
特点：
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。
化工专业基础课程
化工系工艺组
21Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
2.固定床反应器的类型与结构
单段绝热式 绝热式固定床 中间间接换热式
2.1根据传热方式分：
化工专业基础课程
化工系工艺组
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。 适宜反应类型：反应热效应大而速率较慢的反应。 A、SO2氧化、乙苯脱氢常用多段间接 换热式。 工业应用实例： B、合成氨、CO和氢合成甲醇常用冷激式。
多段绝热式：
间接换热式
冷激式
化工专业基础课程
化工系工艺组
13Author:huangkangsheng
化工系工艺组
化学反应过程与设备——项目1
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。 根据管道连接 分类： 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。
化工专业基础课程
化工系工艺组
4Author:huangkangsheng
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
化工专业基础课程
化工系工艺组
5Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
列管式固定床反应器的温度分布
采用分段冷却，改变移热速率， 使与放热速率尽可能平衡。
化工专业基础课程
化工系工艺组
28Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
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：
化工专业基础课程
化工系工艺组
29Author:huangkangsheng
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。
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
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：
化工专业基础课程
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。
生产要求：
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。
化工专业基础课程
化工系工艺组
17Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
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。
化工专业基础课程
化工系工艺组
18Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
3.均相化学反应举例
化工专业基础课程
化工系工艺组
19Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
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。
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。 间歇操作 连续操作 半间歇操作 特点：非稳态过程 特点：稳态过程
结构
内部构件
换热装置
气固分离装置
化工专业基础课程
化工系工艺组
32Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
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
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。
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。
化工专业基础课程
化工系工艺组
6Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
任务1 均相反应器的选择
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。
优点：
缺点：
化工专业基础课程
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。
30Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
管式反应器的机架：
化工专业基础课程
化工系工艺组
16Author:huangkangsheng
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：
反应器的流体流动、停留时间分布、换热能力等
化学反应过程与设备
反应器选择、设计和操作
化学反应过程与设备——项目1
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
化工专业基础课程
化工系工艺组
2Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
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； 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。
2.搅拌釜式反应器的分类 按操作方式分：
特点：非稳态过程
8Author:huangkangsheng
化工专业基础课程
化工系工艺组
化学反应过程与设备——项目1
钢制反应釜 按材质分： 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。 工艺制作： 特点： P5 注意： 性能：
低压釜 按操作压力分： 高压釜
化工专业基础课程
化工系工艺组
动密封结构 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。
9Author:huangkangsheng
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
化工专业基础课程
化工系工艺组
3Author:huangkangsheng
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
25Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
2.3换热式固定床反应器 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？
14Author:huangkangsheng
化工专业基础课程
化工系工艺组
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。
化工专业基础课程
化工系工艺组
15Author:huangkangsheng
轴封： 机械密封
化工专业基础课程
化工系工艺组
由动环、静环、弹簧加荷装置及辅助密封圈 四个部分组成。
11Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
换热装置的 常见结构型式：
化工专业基础课程
化工系工艺组
12Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
化工系工艺组
化学反应过程与设备——项目1
2.流化床反应器的结构
组成：
化工专业基础课程
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。
31Author:huangkangsheng
化工系工艺组
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
扩大段 稀相段 浓相段 锥形底
结构：
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。
10Author:huangkangsheng
化工专业基础课程
化工系工艺组
化学反应过程与设备——项目1
釜底形状：
搅拌装置：
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。
化工专业基础课程
化工系工艺组
反应温度250~300℃：低挥发性 导热油。 反应温度T>300℃：熔盐
26Author:huangkangsheng
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：
乙烯氧化制环氧乙烷，乙 烯乙酰基氧化制醋酸乙烯。
高压热水作载热体
导热油作载热体
熔盐作载热体
适宜反应类型：
化工专业基础课程
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23Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
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。 24Author:huangkangs热式固定床 自热式
冷激式
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22Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
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。 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。
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。
化工专业基础课程
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20Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
一、固定床反应器的特点与结构
1.固定床反应器的特点
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。 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。
化工专业基础课程
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丙烯氨氧化制丙烯腈
27Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
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。
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。
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
化工专业基础课程
釜式反应器、管式反应器等。
7Author:huangkangsheng
化工系工艺组
化学反应过程与设备——项目1
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
特点：
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。
化工专业基础课程
化工系工艺组
21Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1
2.固定床反应器的类型与结构
单段绝热式 绝热式固定床 中间间接换热式
2.1根据传热方式分：
化工专业基础课程
化工系工艺组
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。 适宜反应类型：反应热效应大而速率较慢的反应。 A、SO2氧化、乙苯脱氢常用多段间接 换热式。 工业应用实例： B、合成氨、CO和氢合成甲醇常用冷激式。
多段绝热式：
间接换热式
冷激式
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13Author:huangkangsheng
化工系工艺组
化学反应过程与设备——项目1
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。 根据管道连接 分类： 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。
化工专业基础课程
化工系工艺组
4Author:huangkangsheng
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
化工专业基础课程
化工系工艺组
5Author:huangkangsheng
化学反应过程与设备——项目1