气液反应器Vapourtec_Gas-Liquid_Reactor
New Vapourtec Gas / Liquid Membrane Reactor
May 2011 - Vapourtec announce a new cost-effective reactor for gas/liquid reactions, offering the facility to control reaction temperature and feed in gas within the same coil tube reactor. The new reactor is fully compatible with existing Vapourtec R Series systems, and reactor heat exchangers. Background
There has been a great deal of interest in gas/liquid reactions in flow chemistry Hazardous reactions such as carbonylations and hydrogenations are of particular interest.
Most commonly the implementation of these reactions falls into one of two categories:
?Blending of a controlled flow rate of gas with the liquid flow
?Introduction of gas to the liquid via a membrane of some sort
Mixed Flow
The first of these can be seen in this
https://www.360docs.net/doc/ec12465735.html,/datasheets/ozonolysis
In this example, annular flow is used
(necessarily, as only 11% of the gas is
actually useful ozone) but there has also
been work with segmented Taylor flow
(where alternate zones of gas and liquid are
of the same order of size).
Taylor flow can be tricky to control (liquid surface tension varies significantly with temperature and the volume occupied by the gas varies with pressure) and not always easy to scale. It also requires certain auxiliary equipment (mass flow controller) and will often result in the need to dispose of a flow of gas at the end (which could be saturated with flammable solvent vapour). Automated optimisation of such reaction setups may require the integration of the auxiliary
equipment with the flow system
.
Membrane Reactors
Some membrane reactors involve very small machined or chemically etched holes in a metal membrane but these involve extremely precise management of the pressure difference between the gas and the liquid.
More recently, “tube within a tube” membrane reactors have become available, featuring a semi permeable tube that permits gas but not liquid to pass through. 1 Compared with the mixed flow method, the gas management of a “tube within a tube” diffusion membrane reactor is less complex.
Instead of requiring a mass flow controller, the flow of gas can be controlled simply with pressure regulation. There is still some control involved to keep the pressure differential between the gas and liquid within a certain range, but this is fairly straightforward to manage (even manually) as a control range as broad as a few bar is all that is required.
The common way to use a membrane reactor up until now has been to use the membrane as a way of introducing dissolved gas into one reagent stream before carrying out the actual reaction. This saturated stream is then mixed with other reagents and fed into another reactor where temperature is then raised to the desirable reaction conditions and the reaction takes place.
This does, however, suffer from a significant drawback. The amount of gas that can be supplied to the reaction is limited by its solubility in the solvent, regardless of the effectiveness of the membrane. With some gases (for example H2) the solubility in desirable solvents is low.
Carrying out the reaction within the membrane reactor addresses this but thus far control of temperature in the membrane reactor has not been available so reactions carried out within the membrane reactor have tended to be reactions that can be completed rapidly at room temperature.
But there is now a solution.
The New Vapourtec Gas / Liquid Reactor
Vapourtec have developed a tube in tube reactor which is compatible with all existing R Series systems.
With the Vapourtec platform, all tube reactor coils are contained within an insulated glass manifold (shown, right) and the temperature is controlled by rapidly circulating gas. Coils can be changed in seconds, and up to 4 separate manifolds can be used for multiple reaction steps or increased scale.
Standard coils available include PFA (fully acid resistant) , Stainless steel (316L or Hastelloy?) for reactions up to 250o C, and copper for Cu catalysed reactions.
A standard manifold with PFA coil reactor
Vapourtec Tube in Tube Gas Reactor, shown
running at 100o C The new gas/liquid reactor fits into the standard glass manifold just like any other, so is compatible with all existing R Series systems immediately. Liquid is fed through the coil just like any other reactor, but there is also a connection for gas which is fed at the desired pressure from a regulated supply.
The reactor can be used in two ways
- pre-dissolving the gas into the liquid before the
reaction
- performing the reaction in the new reactor, feeding
gas as it is consumed by
the reaction
These are explained overleaf.
Pre-dissolving the gas in the reagent stream
As mentioned above, this method involves saturating one reagent stream with gas before the reaction itself.
It is limited by the solubility of the gas in the reagent and solvent liquid stream, which for some gases will impose quite a significant limitation on the concentration at which the reaction can be run with useful conversion.
Pre-dissolving the gas
Feeding the gas into the reaction as it is consumed
Because the new Vapourtec reactor is compatible with the existing R4 reactor heater, it is possible to use it for the main reaction, controlling the reaction temperature as required while feeding in gas.
Therefore the solubility of the gas in the solvent/reagent is no longer the limiting factor. As gas is consumed by the reaction, more is fed into it.
The limiting factor may then become the rate at which gas can be fed through the membrane.
This is determined by a number of factors, including the gas pressure setting, the temperature of the membrane, and the gas molecule in question. (H2, for example, is small and will diffuse at a greater rate than, say CO2, all other things being equal).
Feeding the gas into the reaction as it is consumed
Considerations with Gas / Liquid Reactions using a Membrane
The rate of diffusion of gas through the membrane into the liquid is dependent on gas pressure (but not liquid pressure), the size of gas molecule and the temperature.
(The temperature which influences gas diffusion at the membrane is in effect the temperature of the liquid).
The gas pressure needs to be controlled within a certain range for effective use. If the gas pressure significantly exceeds the liquid pressure, bubbles may form in the liquid within the reactor, which is not desirable (it’s not very reproducible and it makes residence time calculations inaccurate).
Increasing the gas flow
If required it is possible to increase the scale of the reaction and the gas flow by using more than one reactor in series. The Vapourtec system can heat up to four gas membrane reactors in series.
Using multiple reactors
References
1. Polyzos, M. O’Brien, T .P. Petersen, I. R. Baxendale and S. V. Ley,
Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 1190.
https://www.360docs.net/doc/ec12465735.html,/10.1002/anie.201006618
FAQ
Q Is this new reactor coil compatible with my existing Vapourtec glass manifolds ?
A Yes.
Q Is the reaction visible ?
A No, stainless steel is used for the outer tube
.
Q Is this compatible with my existing FlowCommander? software ?
A Yes, Flow Commander? just needs to know the reactor volume and all collection timings
will be correctly calculated
Q What temperature range is this available for
A Ambient to 150o C (in a standard glass manifold).
Q Is there a high temperature version (up to 250o C)
A No
Q Is there a strong acid resistant version ?
A No, stainless steel.is used as part of the wetted path
Q Is there a cooled (below ambient) version of the larger reactor ?
A Not at this time. However, note that an exothermic reaction above ambient can be
effectively controlled, as with all Vapourtec reactors.
Q Is the reactor temperature under the control of FlowCommander software ?
A Yes, it is controlled just like any other reactor in the Vapourtec system. So you can use
FlowCommander to automate a series of gas reactions at different temperatures. Or if you do not use FlowCommander, the temperature is set using the R4 front panel.
Q How quickly can the temperature be changed ?
A As with all Vapourtec reactors, the thermal inertia is small, so temperature set point
changes are rapid, whether the temperature is rising or falling.
Q How accurate is the temperature measurement ?
A The temperature probe measures the temperature at the steel wall of the reactor liquid
tube, so is absolutely representative of the liquid temperature.
Q How is the gas controlled
A The user feeds gas via a pressure regulator into the gas ports on the reactor. Currently
this is manually controlled. At a later date Vapourtec expect to announce an automated gas management accessory, which would maintain gas pressure at the optimum pressure at all times.
Q How much does this reactor cost ?
A Please contact Vapourtec.
Q When is this item available for delivery ?
A1st July 2011
Q Has this been used for actual work yet ?
A At the time of writing, work has already been submitted for publication.
Q What gases can this be used for
A Testing so far has been done with H2, CO, O2 . It is less suitable for much larger
molecules (e.g. ethene) because the rate of diffusion is lower.
Q What about Ozone ?
A Typically ozone is available as a perhaps 10% in oxygen. Using the reactor as shown
above would result in a build up of (unconsumed) oxygen in the gas part of the reactor.
Continuous flow of gas in and out of the membrane would be required (perhaps by a metered vent). While quite possible, this has not been the subject of any development work yet
Q What is the concentration of reagents that can be used?
A Testing so far has been completed with reagent concentration in the reactor of between
0.5M and 1.0M.
Q Is it necessary to recycle the reagents through the reactor multiple times ?
A No. All testing so far has involved a single pass through the reactor system to collection. Q I already have an R series system – what do I need to start using this ?
A You will need the new reactor plus a regulated supply of the gas in question that can be
connected to the reactor gas ports. A finely adjustable pressure regulator up to 20 bar with a calibrated gauge is recommended.
Q Are there safety considerations
A It is advisable that your gas supply includes a flow restriction so that in the worst case
event of a leak the flow rate of gas that could actually be emitted from the system would be small, and easily extracted by the fume cabinet. The pressurised gas volume of the Vapourtec reactor is small (< 10ml) so represents very little stored energy.
About Gas Reactions
Q How can I tell if my reaction is gas limited ?
A If there is an excess of dissolved gas at the end of the reaction, then you will probably
see bubbles of gas in the output stream after the Back Pressure Regulator (BPR) when the pressure is released. If there are no bubbles, all the gas has been consumed by the reaction, and it may be gas limited.
Q What if I don’t get enough gas flow for full conversion
A It is possible to extend the residence time by lowering the flow rate or by using multiple
consecutive gas reactors. The R Series system permits the use of up to 4 reactors in series.
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。 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。 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。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（可高 16400m2/m3），有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。 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，热稳定性高，这与内浸换热表面间的传热系数很高[200 ~
反应釜搅拌器选型方法规范
反应釜搅拌器选型方法规范 反应釜搅拌器一个好的选型方法最好具备两个条件，一是选择结果合理，一是选择方法简便，而这两点却往往难以同时具备。 由于液体的粘度对搅拌状态有很大的影响，所以根据反应釜内搅拌介质粘度大小来选型是一种基本的方法。几种典型的搅拌器都随粘度的高低而有不同的使用范围。随粘度增高的各种搅拌器使用顺序为推进式、涡轮式、浆式、锚式和螺带式等，这里对推进式的分得较细，提出了大容量液体时用低转速，小容量液体时用高转速。这个选型图不是绝对地规定了使用浆型的限制，实际上各种浆型的使用范围是有重叠的，例如浆式由于其结构简单，用挡板可以改善流型，所以在低粘度时也是应用得较普遍的。而涡轮式由于其对流循环能力、湍流扩散和剪切力都较强，几乎是应用最广的一种浆型。 根据搅拌过程的目的与搅拌器造成的流动状态判断该过程所适用的浆型，这是一种比较合用的方法。由于苏联的浆型选择有其本国的习惯，所以与我国常用浆型并不尽相同。 推荐浆型是把浆型分成快速型与慢速型两类，前者在湍流状态操作，后者在层流状态操作。选用时根据搅拌目的及流动状态来决定浆型及挡板条件，流动状态的决定要受搅拌介质的粘度高低的影响。 其使用条件比较具体，不仅有浆型与搅拌目的，还有推荐的介质粘度范围、搅拌转速范围和槽的容量范围。 提出的选型表也是根据反应釜搅拌的目的及搅拌时的流动状态来选型，它的优点还在于根据不同搅拌过程的特点划分了浆型的使用范围，使得选型更加具体。比较上述表可以看到，选型的根据和结果还是比较一致的。下面对其中几个主要的过程再作些说明。 低粘度均相液体混合，是难度最小的一种搅拌过程，只有当容积很大且要求混合时间很短时才比较困难。由于推进式的循环能力强且消耗动力少，所以是最合用的。而涡轮式因其动力消耗大，虽有高的剪切能力，但对于这种混合的过程并无太大必要，所以若用在大容量液体混合时，其循环能力就不足了。
反应器选型
表6-1 反应器选型一览表表6-2 压缩机选型一览表 名称类型数 量 个 型号 重 量 t 功率 Kw 价格/万 元 异构化循环压缩机凝汽透平驱动 的离心式压缩 机 2 BCL406/A 14. 3 5000 名称 数量/ 台类型尺寸/mm 温度 /℃ 压力 /MPa 封头形式材料 重量/ Kg 价格/万 元 异构化反 应器1 Packin ox焊板 式 Φ4000*13000420 1.2 标准椭圆 型封头 06Cr25 Ni20S3 1008 36238.2 异构化分 离器1 FA-701 -1/2 Φ4000*13000 175 0.8 标准椭圆 形风头 06Cr25 Ni20S3 1008 36238.2
编号型号类型 内径 /mm 列管 管数/ 根 管程 数 换热 面积 /㎡ 材料 重量/ Kg 价格/ 万元管长 /mm 列管规格 /mm 排列方式管程壳程 E101 BEM600-0.345-28.8-1.27/19-1Ⅰ管板式635 1270 Φ19X2正三角形310 1 28.8 碳钢碳钢1549 18.3 E102 BEM200-0.345/3.3-6.5-2.4/19-2Ⅰ管板式203.2 2438.4 Φ19X2正三角形46 2 6.5 碳钢碳钢354 6.0 E103 BEM200-0.345-2.3-1.2/19-4Ⅰ管板式203.2 1219.2 Φ19X2正三角形33 4 2.3 碳钢碳钢214 4.9 E104 BEM200-0.345-9.8-4.6/19-2Ⅰ管板式203.2 4267.2 Φ19X2正三角形39 2 9.8 碳钢碳钢465.7 6.0 E105 BEM200-0.345/1.03-3.1-1.2/19-2Ⅰ管板式203.2 1219.2 Φ19X2正三角形46 2 3.1 碳钢碳钢228.6 5.1 E106 BEM200-0.345/4.4-3.1-1.2/19-1Ⅰ管板式177.8 1219.2 Φ19X2正三角形46 1 3.1 碳钢碳钢233.9 5.2 E107 BEM200-0.345-3.2-1.2/19-1Ⅰ管板式203.2 1219.2 Φ19X2正三角形47 1 3.2 碳钢碳钢244.6 5.1
反应器选型与设计完结版
反应器选型与设计完结版 This manuscript was revised by the office on December 10, 2020.
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。 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。 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。 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（可高达 16400m2/m3），有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。 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，热稳定性高，这些都与内浸换热表面间的传热系数很高[200 ~ 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
气液相反应器基本类型与结构
6.1.2 气液相反应器基本类型与结构 1.气液相反应器的基本类型 气液相反应器按气液相接触形态可分为： （1）气体以气泡形态分散在液相中的鼓泡塔反应器、搅拌鼓泡釜式反应器和板式反应器； （2）液体以液滴状分散在气相中的喷雾、喷射和文氏反应器等； （3）液体以膜状运动与气相进行接触的填料塔反应器和降膜反应器等。 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) 气液相反应器的主要类型示意图 (a)填料塔反应器；（b）板式塔反应器；（c）降膜反应器；（d）喷雾塔反应器；（e）鼓泡塔反应器；（f）搅拌鼓泡釜式反应器；（g）喷射或文氏反应器 2.气液相反应器的特点 (1)鼓泡塔反应器（图片） 特点：a.气相既与液相接触进行反应同时搅动液体以增加传质速率； b.鼓泡塔反应器结构简单、造价低、易控制、易维修、防腐问题易解决，用于高压时也无困难。 c.鼓泡塔内液体返混严重，气泡易产生聚并，故效率较低。 应用：这类反应器适用于液体相也参与反应的中速、慢速反应和放热量大的反应。
(2)填料塔反应器（图片） 特点：a.液体沿填料表面下流，在填料表面形成液膜而与气相接触进行反应，故液相主体量较少。 b.填料塔反应器气体压降很小，液体返混极小，是一种比较好的气液相反应器。 应用：适用于瞬间、界面和快速反应。 （3）板式塔反应器（图片） 特点:a.板式塔反应器中的液体是连续相而气体是分散相，借助于气相通过塔板分散成小气泡而与板上液体相接触进行化学反应； b.能在单塔中直接获得极高的液相转化率； c.板式塔反应器的气液传质系数较大，可以在板上安置冷却或加热元件，以适应维持所需温度的要求； d.但是板式塔反应器具有气相流动压降较大和传质表面较小等缺点。 应用：板式塔反应器适用于快速及中速反应。 (4)膜反应器（图片） 特点：a.通常借助管内的流动液膜进行气液反应，管外使用载热流体导入或导出反应热。 b.降膜反应器还具有压降小和无轴向返混的优点。 c.由于降膜反应器中液体停留时间很短， d.降膜管的安装垂直度要求较高，液体成膜和均匀分布是降膜反应器的关键，工程使用时必须注意。 应用：降膜反应器可用于瞬间、界面和快速反应，它特别适用于较大热效应的气液反应过程；不适用于慢反应；也不适用于处理含固体物质或能析出固体物质及粘性很大的液体。 （5）喷雾塔反应器（图片） 特点：a.液体以细小液滴的方式分散于气体中，气体为连续相，液体为分散相， b.具有相接触面积大和气相压降小等优点。
反应器选型与设计完结版
反应器选型与设计完结 版 Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】
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。 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。 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。
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，床层与内浸换热表面间的传热系数很高[200 400/(2)]，全床热容量大，热稳定性高， ~ 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
化学反应器分类及其特点
化学反应器分类及其特点 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
化学反应器的分类及特点 秦财德 （中南大学、化学化工学院、化工1002班） 摘要: 反应器的应用始于古代，制造陶器的窑炉就是一种原始的反应器。近代工业中的反应器形式多样。化学反应器，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。本文主要介绍化学反应器的分类和特点 关键词：化学反应器特点典型反应 现在的化工反应器在向高精端方向发展，在化工反应中处于主要地位，化学反应器是化学反应的载体,是化工研究、生产的基础,是决定化学反应好坏的重要因素之一,因此反应器的设计、选型是十分重要的。反应器的种类很多，设计和选型很重要，座椅应该按照实际情况来设计制造。 一．釜式反应器 （一）反应器的简介 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。 （二）反应器的特点
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。反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。 （三）典型反应： 在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： CH 3COOC 2 H 5 +NaOH CH 3 COONa+ C 2 H 5 OH 二．管式反应器 （一）反应器的简介 管式反应器一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200（液体），物料的流动可近似地视为平推流.（二）反应器的特点 （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。
反应器选型与设计完结版
反应器选型与设计完结版Newly compiled on November 23, 2020
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。 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。 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。 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（可高达 16400m2/m3），有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。 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 与内浸换热表面间的传热系数很高[200~400/(2)]，全床热容量大，热稳定性高，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。
气液反应器Vapourtec_Gas-Liquid_Reactor
New Vapourtec Gas / Liquid Membrane Reactor May 2011 - Vapourtec announce a new cost-effective reactor for gas/liquid reactions, offering the facility to control reaction temperature and feed in gas within the same coil tube reactor. The new reactor is fully compatible with existing Vapourtec R Series systems, and reactor heat exchangers. Background There has been a great deal of interest in gas/liquid reactions in flow chemistry Hazardous reactions such as carbonylations and hydrogenations are of particular interest. Most commonly the implementation of these reactions falls into one of two categories: ?Blending of a controlled flow rate of gas with the liquid flow ?Introduction of gas to the liquid via a membrane of some sort Mixed Flow The first of these can be seen in this https://www.360docs.net/doc/ec12465735.html,/datasheets/ozonolysis In this example, annular flow is used (necessarily, as only 11% of the gas is actually useful ozone) but there has also been work with segmented Taylor flow (where alternate zones of gas and liquid are of the same order of size). Taylor flow can be tricky to control (liquid surface tension varies significantly with temperature and the volume occupied by the gas varies with pressure) and not always easy to scale. It also requires certain auxiliary equipment (mass flow controller) and will often result in the need to dispose of a flow of gas at the end (which could be saturated with flammable solvent vapour). Automated optimisation of such reaction setups may require the integration of the auxiliary equipment with the flow system .
反应器设计
第九章反应器设计 9.1 概述 (1) 9.2反应器的分类和结构特点 (3) 9.3 发酵罐设计与分析 (6) 9.5 其他反应器 (14) 9.1 概述 生物反应器是指一个能为生物反应提供适宜的反应条件，以实现将原料转化为特定产品的设备，是生物技术产业化的核心。 生物反应器设计的主要内容包括：（1）反应器选型，即根据生产工艺要求、反应及物料的特性等因素，确定反应器的操作方式、结构类型、传递和流动方式等；（2）设计反应器结构，确定各种结构参数，即确定反应器的内部结构及几何尺寸、搅拌器形式、大小及转速、换热方式及换热面积等；（3）确定工艺参数及其控制方式，如温度、压力、pH、通气量、底物浓度、进料的浓度、流量和温度等。生物反应器设计的基本要求： （1）避免将必须蒸汽灭菌的部件与其它部件直接相连； （2）法兰应尽量少； （3）尽可能采用焊接连接，焊接部位要充分抛光； （4）避免产生凹陷和裂缝； （5）设备各部件能分别进行灭菌； （6）反应器的接口处用蒸汽封口； （7）阀门要易清洗，易使用，易灭菌； （8）反应器内易保持一定正压； （9）为便于清洗，反应器主体部分应尽量简单。 反应器的设计以及工程放大，主要采用数学模型法，即利用数学模型来分析、研
究生化反应过程中的现象和规律，即用数学语言表达过程中各种变量之间的关系。 数学模型的建立：以生物反应器为研究对象，将其中的生化反应过程分解为生化反应、传递过程及流体流动与混合等子过程，并分别进行研究，通过物料衡算和热量衡算将各子过程的相关参数进行关联和偶合，即对动力学方程、物料衡算及热量衡算式联立求解，从而得到所研究的生化反应过程规律的解析表达形式。另一方面，由于生化反应过程极为复杂，往往对过程的机理研究得不透彻或有些问题尚不清楚，在这种情况下，就必须结合一定的经验模型，即在一定条件下由实验数据进行数学关联并拟合而得到的模型。
乙酸丁酯反应器选型
学习任务卡
化学反应过程与设备 小组成员： 任务：A0101乙酸丁酯反应器型式及反应器材质的选择 任务点0101-1 合成乙酸丁酯的反应原理及其工业生产方法 C4H9OH+CH3COOH→CH3COOC4H9+H2O 由乙酸与正丁醇在硫酸存在下酯化而得。将丁醇、乙酸和硫酸按比例投入酯化釜，在120℃进行酯化，经回流脱水，控制酯化时的酸值在0.5以下，所得粗酯经中和后进入蒸馏釜，经蒸馏、冷凝、分离进行回流脱水，回收醇酯，最后在126℃以下蒸馏而得产品。生产工艺有连续法及间歇法，视生产规模不同而定。原料消耗定额：乙酸（98%）540kg/t、正丁醇650kg/t。 任务点0101-2 乙酸丁酯、原料、催化剂的物理、化学性质
正丁醇物化性质 英文名称: butyl alcohol；1-butanol 别名: 丁醇分子式: C4H10O；CH3(CH2)3OH 分子量: 74.12 熔点: -88.9℃沸点：117.25 相对密度: d(20,4)=0.8908；蒸汽压: 35℃(蒸汽压： 0.82kPa/25℃) 溶解性: 微溶于水，溶于乙醇、醚多数有机溶剂 稳定性: 稳定外观与性状: 无色透明液体，具有特殊气味危险标记: 7(易燃液体)临界压力(MPa): 4.90 饱和蒸气压: 0.82(25℃) 折射率(n20D )1.3993，闪点:35℃(闭口)，40℃(开口) 自燃点365℃，粘度:2.95mPa.s(20℃) 张力:24.6mN/m(20℃) 20℃时在水中的溶解度7.7%(重量)，水在正丁醇中的的溶解度20.1%(重量)。 用途：用于制取酯类、塑料增塑剂、医药、喷漆，以及用作溶剂。也是多种涂料的溶剂和制增塑剂邻苯二甲酸二丁酯（见邻苯二甲酸酯）的原料，也用于制造丙烯酸丁酯、醋酸丁酯、乙二醇丁醚以及作为有机合成中间体和生物化学药的萃取剂，还用于制造表面活性剂 催化剂：浓硫酸 纯硫酸是一种无色油状液体。常用的浓硫酸中H2SO4的质量分数为 98.3％，其密度为1.84g/cm-3，其物质的量浓度为18.4mol/L。硫酸是一种高沸点难挥发的强酸，易溶于水，能以任意比与水混溶。浓硫酸溶解时放出大量的热，因此浓硫酸稀释时应该“酸入水，沿器壁，慢慢倒，