第六章-反应器设计
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反应器(化工设备操作维护课件)
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2023/10/13
表 釜式反应器常见故障与处理方法
故障 搅拌轴转数降 低或停止转动
搪瓷搅拌器脱 落 出料不畅
产生原因 皮带打滑 皮带损坏 电机故障 被介质腐蚀
出料管堵塞 压料管损坏
处理方法
调整皮带 更换皮带 修理或更换电机 更换搪瓷轴或修 补 清理出料管 修理或更换配管
2、特点：反应过程伴有传热、传质和反应物的流动过程。 物理与化学过程相互渗透影响，反应过程复杂化。
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2023/10/13
§1-2 反应器的类型
• 反应器的类型： 釜式反应器 管式反应器
操作方式 材料 操作压力 绝热管式
换热管式
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2023/10/13
2023/10/13
b. 机械密封
机械密封 结构较复 杂，但密 封效果甚 佳。
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2023/10/13
4、换热装置
换热装置是用来加热或冷却反应物料，使之符合工艺 要求的温度条件的设备。
其结构型式主要有夹套式、蛇管式、列管式、外部循 环式等，也可用回流冷凝式、直接火焰或电感加热。
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2023/10/13
第六章 反应器
第二节 釜式反应器
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2023/10/13
§2-1 反应釜基本结构
（一）基本结构：
壳体 密封装置 换热装置 传动装置
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2023/10/13
1、搅拌釜式反应器的壳体结构
壳体结构：一般为碳钢材 料，筒体皆为圆筒型。釜 式反应器壳体部分的结构 包括筒体、底、盖（或称 封头）、手孔或人孔、视 镜、安全装置及各种工艺 接管口等。
第六章 酶反应器
3．流化床式反应器 流化床式反应器(fluidized reactor，FBR)是一种装 流化床式反应器(fluidized bed reactor，FBR)是一种装 有较小颗粒的垂直塔式反应器(形状可为柱形、锥形等) 有较小颗粒的垂直塔式反应器(形状可为柱形、锥形等)。 底物以一定速度由下向上流过， 底物以一定速度由下向上流过，使固定化酶颗粒在浮动状 态下进行反应。 如图所示： 态下进行反应。 如图所示：
Section 2 酶反应器的发展
一、含有辅助因子再生的酶反应器 许多酶反应都需要辅因子（如辅酶、辅基、 许多酶反应都需要辅因子（如辅酶、辅基、能量供给体 的协助，而这些辅因子的价格较贵。 等）的协助，而这些辅因子的价格较贵。如采用简单的添加 方法，经济上很不合算。因此， 方法，经济上很不合算。因此，发展了含有辅因子再生的酶 反应器，使辅因子能反复使用，降低生产成本。 反应器，使辅因子能反复使用，降低生产成本。 例如：①利用固定化的脱氢酶，可将固定化NADH再生 例如： 利用固定化的脱氢酶，可将固定化NADH再生 为固定化NAD。而依靠半透膜，能将固定化NAD保留在反 为固定化NAD。而依靠半透膜，能将固定化NAD保留在反 应器内。这样，在反应过程中，固定化NAD不断变成固定 应器内。这样，在反应过程中，固定化NAD不断变成固定 NADH，又不断再生为固定化NAD，以满足反应所需。 化NADH，又不断再生为固定化NAD，以满足反应所需。 美国的麻省理工学院有关人员设计的ATP再生酶反应器等 再生酶反应器等。 ②美国的麻省理工学院有关人员设计的ATP再生酶反应器等。
2．填充床式反应器 填充床式反应器(packed reactor，PCR)是把颗 填充床式反应器(packed column reactor，PCR)是把颗 粒状或片状固定化酶填充于填充床(也称固定床， 粒状或片状固定化酶填充于填充床(也称固定床，床可直立 或平放) 底物按一定方向以恒定速度通过反应床。 或平放)内，底物按一定方向以恒定速度通过反应床。是一 种单位体积催化剂负荷量多、效率高的反应器。 种单位体积催化剂负荷量多、效率高的反应器。当前工业 上多数采用此类反应器。如图所示： 上多数采用此类反应器。如图所示：
化学反应工程 第六章 固定床反应器
一、颗粒层的若干物理特性参数
密度
– 颗粒密度ρp
• 包括粒内微孔在内的全颗粒密度；
– 固体真密度ρs
• 除去微孔容积的颗粒密度；
– 床层密度/堆积密度ρB
• 单位床层容积中颗粒的质量（包括了微孔和颗粒 间的空隙）；
p s (1 p ) B p(1 B )
一、颗粒层的若干物理特性参数
i
Wi FA0
i
xi dx A
r xi1
i
也即
Z 0 Ti
xi x i 1
Ti
1 (
ri
)dx A
0
i 1,2, N
min
Z 0
xi
1 ri
xA xi
1 ri 1
xA xi
0
i 1,2, N 1
对 Z 0 的处理 Ti
Z
Ti Ti
xi dx A
r xi1
i
xi x i 1
Ti
1 (
ri
)dx A
0
i 1,2, N
按中值定理：
Z
Ti
xi x i 1
Ti
1 (
ri
)dx A
（xi
x
i
1
)
Ti
• 双套管式、三套管式
流体流向：轴向、径向
固定床反应器的数学模型
拟均相数学模型：
忽略床层中颗粒与流体之间温度和浓度的差别 –平推流的一维模型 –轴向返混的一维模型 –同时考虑径向混合和径向温差的二维模型
化学反应工程第六章非均相反应器(上)
流化床反应器62流化床反应器63固定床反应器61第六章非均相反应器其他非均相反应器简介6461固定床反应器611固定床反应器的特点固定床反应器无论塔式还是管式均垂直设置气体由顶部进入流动方向与重力方向一致这样可以防止气体冲动床层造成催化剂分布不均匀和催化剂的磨损带出同时有利于反应器中可能形成的液态物质的排除
6.1.5 固定床反应器的工艺计算
(4)管间采用道生油强制外循环换热。道生油进口温度 503K， 出口温度508K,道生油对管壁给热系数α0可取 2717kJ／(m2·h·K)。 (5)催化剂为球形，直径dP为5mm，床层空隙率ε为0.48。 (6)年工作7200h，反应后分离、精制过程回收率为90％， 第一反应器所产生环氧乙烷占总产量的90%。
6.1.2 固定床反应器的类型
气流不是沿轴向而是沿径向通 过催化剂床层，这种流程可以 解决床层过高、走轴向压力降 过大的问题，该合成塔床层阻 力小、可以采用大气量、小颗 粒催化剂，利于减小内外扩散 的阻力，强化传质，因此特别 适用于大中型生产规模的场合。
图6-7 径向反应塔示意图
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
6.1.4.1 固定床中的传质 内扩散控制过程发生的场合是，颗粒大，因而内扩散阻力 大，内扩散速度小；温度高因而化学反应速度快；气速高
因而外扩散速度大。内扩散控制过程浓度分布特征是 CAg≈CAs>> CAc≈CAeq 。
外扩散的控制过程 传质速度（外扩散速度）即为总反 应速度。外扩散控制发生的场合是颗粒小，气速小、温度 高。外扩散控制过程浓度分布的特征是
CO2 52.67+3.26=55.93kmol/h
N2
566.35kmol/h
C2H4O 3.16kmol/h
6.1.5 固定床反应器的工艺计算
(4)管间采用道生油强制外循环换热。道生油进口温度 503K， 出口温度508K,道生油对管壁给热系数α0可取 2717kJ／(m2·h·K)。 (5)催化剂为球形，直径dP为5mm，床层空隙率ε为0.48。 (6)年工作7200h，反应后分离、精制过程回收率为90％， 第一反应器所产生环氧乙烷占总产量的90%。
6.1.2 固定床反应器的类型
气流不是沿轴向而是沿径向通 过催化剂床层，这种流程可以 解决床层过高、走轴向压力降 过大的问题，该合成塔床层阻 力小、可以采用大气量、小颗 粒催化剂，利于减小内外扩散 的阻力，强化传质，因此特别 适用于大中型生产规模的场合。
图6-7 径向反应塔示意图
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
6.1.4.1 固定床中的传质 内扩散控制过程发生的场合是，颗粒大，因而内扩散阻力 大，内扩散速度小；温度高因而化学反应速度快；气速高
因而外扩散速度大。内扩散控制过程浓度分布特征是 CAg≈CAs>> CAc≈CAeq 。
外扩散的控制过程 传质速度（外扩散速度）即为总反 应速度。外扩散控制发生的场合是颗粒小，气速小、温度 高。外扩散控制过程浓度分布的特征是
CO2 52.67+3.26=55.93kmol/h
N2
566.35kmol/h
C2H4O 3.16kmol/h
第六章 生物反应器结构与设计计算
第六章生物反应器结构与设计计算由生物细胞或生物体组成参与的生产过程可统称为生物反应过程，利用生物催化剂进行反应的生物反应器在生产过程中，具有重要的作用，是实现生物技术产品产业化的关键设备，是连接原料和产物的桥梁。
在生物反应过程中，若采用活细胞（包括微生物、动植物细胞）为生物催化剂，称为发酵过程或细胞培养过程。
采用游离或固定化酶，则称为酶反应过程。
按照生物反应过程所使用的生物催化剂不同，生物反应器可分为酶反应器和细胞生物反应器。
根据反应器所需的能量的输入方式，微生物细胞反应器可以分为：通过机械搅拌输入能量的机械式、利用气体喷射动能的气生式和利用泵对液体的喷射作用而使液体循环的生物反应器等。
自上一世纪四十年代，青霉素大规模生产以来，出现了结构多异，性能和用途不同的多类生物反应器。
为配合生物加工过程，工艺条件需要对生物反应器的结构进行设计和计算，以获得较高的产率和规模化生产。
一个良好的生物反应器应满足下列要求：1）结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐蚀性能好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响；2）有良好的气-液-固接触和混合性能和高效的热量、质量、动量传递性能；3）在保持生物反应要求的前提下，降低能耗；4）有良好的热量交换性能，以维持生物反应最适温度；5）有可行的管路比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化控制。
第一节机械搅拌式生物反应器机械搅拌式生物反应器是发酵工厂最常用的类型之一。
它是利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合，促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵和代谢产物所需要的氧气。
一、机械搅拌式生物反应器的结构机械搅拌通风发酵罐主要有罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传动装置、冷却管、消泡器、人孔、视镜等。
下面做简要的介绍。
1．罐体罐体由圆筒体和椭圆形或碟形封头焊接而成，材料以不锈钢为好。
为满足工艺要求，罐体必须能承受一定压力和温度，通常要求耐受130℃和0.25MPa（绝压）。
化学反应工程第六章非均相反应器(上)
图6-5 氨合成塔催化床层结构示意图
6.1.2 固定床反应器的类型
自热式反应器在开车时需要外 部热源，而且由于大量换热管 的存在，减少了催化剂的装载 量，影响到反应器的生产能力， 因此近年来的大型装置采用中 间冷激的多段绝热床，其结构 与气体的流向，如图6-6所示。
图6-6 多段冷激式大型 合成氨反应器一例
6.1.1 固定床反应器的特点
固定床反应器无论塔式还是 管式均垂直设置，气体由顶 部进入，流动方向与重力方 向一致，这样可以防止气体 冲动床层、造成催化剂分布 不均匀和催化剂的磨损带出， 同时有利于反应器中可能形 成的液态物质的排除。
图6-1 固定床反应器
6.1.2 固定床反应器的类型
6.1.2.1绝热式固定床反 应器 (1) 单段绝热式反应器 单段绝热式反应器是在一 个中空圆筒的底部放置搁 板(支承板)，在搁板上堆 积固体催化剂。
6.1.2 固定床反应器的类型
6.1.2.2 换热式固定床反应器 (1)对外换热式固定床反应器 以各种载热体为换热介质的对 外换热式反应器多为列管式结 构，如图6-4所示，类似于列管 式换热器。
图6-4 列管式固定床反应器
6.1.2 固定床反应器的类型
(2) 自热式固定床反应器 以原料气为换热介质，利用 反应后的高温气体预热原料，使其达到反应温度，本身 得到冷却，这种反应器称为自热式固定床催化反应器， 有的氨合成塔和甲醇合成塔属于这种类型。
6.1.4.1 固定床中的传质 内扩散控制过程发生的场合是，颗粒大，因而内扩散阻力 大，内扩散速度小；温度高因而化学反应速度快；气速高
图6-2 绝热式固定床反应器 1-矿渣棉 2-瓷环 3-催化剂
6.1.2 固定床反应器的类型
(2)多段绝热式反应器 多段绝热床中，反应气体通过第一段绝热床反应至一定 的温度和转化率而离可逆放热单一反应平衡温度曲线不 太远时，将反应气体冷却至远离平衡温度曲线的状态再 进行下一段的绝热反应。
6.1.2 固定床反应器的类型
自热式反应器在开车时需要外 部热源，而且由于大量换热管 的存在，减少了催化剂的装载 量，影响到反应器的生产能力， 因此近年来的大型装置采用中 间冷激的多段绝热床，其结构 与气体的流向，如图6-6所示。
图6-6 多段冷激式大型 合成氨反应器一例
6.1.1 固定床反应器的特点
固定床反应器无论塔式还是 管式均垂直设置，气体由顶 部进入，流动方向与重力方 向一致，这样可以防止气体 冲动床层、造成催化剂分布 不均匀和催化剂的磨损带出， 同时有利于反应器中可能形 成的液态物质的排除。
图6-1 固定床反应器
6.1.2 固定床反应器的类型
6.1.2.1绝热式固定床反 应器 (1) 单段绝热式反应器 单段绝热式反应器是在一 个中空圆筒的底部放置搁 板(支承板)，在搁板上堆 积固体催化剂。
6.1.2 固定床反应器的类型
6.1.2.2 换热式固定床反应器 (1)对外换热式固定床反应器 以各种载热体为换热介质的对 外换热式反应器多为列管式结 构，如图6-4所示，类似于列管 式换热器。
图6-4 列管式固定床反应器
6.1.2 固定床反应器的类型
(2) 自热式固定床反应器 以原料气为换热介质，利用 反应后的高温气体预热原料，使其达到反应温度，本身 得到冷却，这种反应器称为自热式固定床催化反应器， 有的氨合成塔和甲醇合成塔属于这种类型。
6.1.4.1 固定床中的传质 内扩散控制过程发生的场合是，颗粒大，因而内扩散阻力 大，内扩散速度小；温度高因而化学反应速度快；气速高
图6-2 绝热式固定床反应器 1-矿渣棉 2-瓷环 3-催化剂
6.1.2 固定床反应器的类型
(2)多段绝热式反应器 多段绝热床中，反应气体通过第一段绝热床反应至一定 的温度和转化率而离可逆放热单一反应平衡温度曲线不 太远时，将反应气体冷却至远离平衡温度曲线的状态再 进行下一段的绝热反应。
第六章固定床反应器的工艺设计 ppt课件
(6-14)
在达到转化率分数xA后:
NT = NA + NB + NP + NQ
= NAo (1-xA) + NBo – (b/a)NAoxA + (p/a)NAoxA + (q/a)NAoxA
= NTo – NToyoxA·((a+b-p-q)/(a+b))·(a+b)/a
(6-15)
令 d’ = (a+b-p-q)/(a+b)
第六章固定床反应器的工艺设计
6.1恒温反应器
一般的设计过程
反应速率方程,
R = ηrv = ηAexp(-E/RT)CaαCbβ 式中, R—表观反应速率，kmo1／(s m3) rv一本征反应速率 kmo1／(s m3) η一相内效率因子，无因次 C—反应物或产物的克分子浓度：kmol/m3 A—频率因子 E—活化能，kJ／kmoI； R—气体常数＝8.314kJ／(kmol．K) T—绝对温度，K
假定P＝1.0 bar，
• 如反应器内径为1cm，则反应器高度将为 89.1 cm。
6.2 绝热气体反应器
定义 绝热反应器是一种和周围没有热交换的反应器。因此，如果 放热反应是在绝热固定床反应器中进行，则气流的温度将沿 着入口到出口的方向增加。另一方面，如果吸热反应是在同 样的反应器中进行，则气流的温度将会沿着反应器的长度降 低。
(6-8)
压降方程 开始可计算出∆P／z值，而后在每一步进行适当的压力校正。
第六章固定床反应器的工艺设计
H2C＝CH2十H2 → CH3一CH3
（6-9）
这是一个放热反应，但它可在很小的恒温反应器中进行。
铜—氧化镁为催化剂，把这些催化剂装在一个内径为
第六章_固定床反应器详解
25
3.熔盐：温度范围300℃～400℃，由无机熔
盐KNO3、NaNO3、NaNO2按一定比例组成， 在一定温度时呈熔融液体，挥发性很小。但 高温下渗透性强，有较强的氧化性。 4.烟道气：适用于600～700℃的高温反应。
26
6.2 固定床的传递特性
• 气体在催化剂颗粒
之间的孔隙中流动，
较在管内流动更容
补充水
产物
4. 自热式反应器
采用反应放出的热量来预热新鲜的进料，
达到热量自给和平衡，其设备紧凑，可用
于高压反应体系。
但其结构较复杂，操作弹性较小，启动反
应时常用电加热。
24
6.1.3 传热介质
•传热介质的选用根据反应的温度范围决定， 其温度与催化床的温差宜小，但又必须移走 大量的热，常用的传热介质有： 1.沸腾水：温度范围100~300℃。使用时需注 意水质处理，脱除水中溶解的氧。 2.联苯醚、烷基萘为主的石油馏分：粘度低 ，无腐蚀，无相变，温度范围200~ 350℃
如图 (b) 所示。径向反应器的结构较轴向 反应器复杂，催化剂装载于两个同心圆构 成的环隙中，流体沿径向流过床层，可采 用离心流动或向心流动。
径向反应器的优点是流体流过的距离较短
，流道截面积较大，床层阻力降较小。
轴向反应器与径向反应器
(a)
(b)
2.多段绝热式固定床反应器
热效应大，常把催化剂床层分成几段(层)， 段间采用间接冷却或原料气（或惰性组分）
8
原料气
绝热式
催化剂
固定床 反应器
产物
9
绝热式固定床反应器可分为轴向反应器和
径向反应器。 (1)轴向绝热式固定床反应器
3.熔盐：温度范围300℃～400℃，由无机熔
盐KNO3、NaNO3、NaNO2按一定比例组成， 在一定温度时呈熔融液体，挥发性很小。但 高温下渗透性强，有较强的氧化性。 4.烟道气：适用于600～700℃的高温反应。
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6.2 固定床的传递特性
• 气体在催化剂颗粒
之间的孔隙中流动，
较在管内流动更容
补充水
产物
4. 自热式反应器
采用反应放出的热量来预热新鲜的进料，
达到热量自给和平衡，其设备紧凑，可用
于高压反应体系。
但其结构较复杂，操作弹性较小，启动反
应时常用电加热。
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6.1.3 传热介质
•传热介质的选用根据反应的温度范围决定， 其温度与催化床的温差宜小，但又必须移走 大量的热，常用的传热介质有： 1.沸腾水：温度范围100~300℃。使用时需注 意水质处理，脱除水中溶解的氧。 2.联苯醚、烷基萘为主的石油馏分：粘度低 ，无腐蚀，无相变，温度范围200~ 350℃
如图 (b) 所示。径向反应器的结构较轴向 反应器复杂，催化剂装载于两个同心圆构 成的环隙中，流体沿径向流过床层，可采 用离心流动或向心流动。
径向反应器的优点是流体流过的距离较短
，流道截面积较大，床层阻力降较小。
轴向反应器与径向反应器
(a)
(b)
2.多段绝热式固定床反应器
热效应大，常把催化剂床层分成几段(层)， 段间采用间接冷却或原料气（或惰性组分）
8
原料气
绝热式
催化剂
固定床 反应器
产物
9
绝热式固定床反应器可分为轴向反应器和
径向反应器。 (1)轴向绝热式固定床反应器
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FLOTU
7
过程开发中的资金链
High
"Angels" Grants
VCF's
Public
FLOTU
High
Sales
Low
Emerging Technology
Pilot Evaluation
Time
Start-up Company
Low
Expansion
BU
8
化学与催化剂设计层
FLOTU
工程方面：化 工、结构、环 境、机械
21
第四层次：注入及分散策略
FLOTU
C、原位移出 原位产品移入，以避免 平衡限制(脂化反应) 连串反应(选择性氧化/加氢) 产品毒化(加氢精制)
萃取 原位精馏 膜反应器
能量移入及移出 产品蒸发 反应精馏
22
第四层次：注入及分散策略
FLOTU
D、逆流、并流及错流接触
平衡限制
科学方面: 化学、
物理、生物、 数学
9
并行方法设计催化剂
FLOTU
过程开发中缩短到工业化的时间
10
两个范例
燃料电池中CO的脱除
无数的选择条件:催化剂性能、 操作条件与时间（失活、再生 等）、经济性、环境、安全等
无数的参数：催化剂合成，多 达80个元素及组合，过程参数 更多
实验无法穷尽，计算无法解决！ 专利可以很多！
参数
表征
FLOTU 性能 11
FLOTU
找性能与特征的关联 理解过程，用少量的
实验、聪明的研究少 量样品来得到好的结 果，1样／月。 可以进行大量样的并 行吗？
12
大能量催化剂研究策略
FLOTU
利用黑箱方法进行大 量筛选，100样／天
基于大量实验的合理 的关联
13
并行方法催化剂试验
对称性缺损、重整化 群？
我们更需要物理
4
反应器设计的层次
2、
FLOTU
扩散-反应传递现象
混合与分散
3、
连续物料供应
1、
4、
固定床、移动床 稀相反应
移热／供热方式 温度、浓度均匀？ 逆流、并流、错流？ 适宜的催化剂浓度
5
催化反应器设计方程(稳态)
FLOTU
I组分转化率
化学计量系数
dxi d (W /
19
Vent
用于CHP分解的新型反应器
Catalyst
过氧化氢异丙苯分解生产
苯酚、丙酮,以离子交换树脂
催化剂代替硫酸
Acetone
消除了设备腐蚀和环境污
染问题，
以丙酮蒸发取热，容易控
制，无爆炸危险。
CHP
FLOTU
Acetone Phenol
N2
怎样的设计原则保证设 计出高效反应器？
Circulating Fluidized
稀相提升管
<10秒 压降，
下行床
<1秒 催化剂损耗
气液固三相
填充床
鼓泡床
传质问题
浆态床
规整填料
FLOTU
24
Vg/Ug Particle velocity, Vp (m/s)
转化率水平
泛点及压降
加氢过程，目前：并流，将来：逆流
脱氢过程：
错流接触
减少反应物与催化剂接触
气体为平推流
长催化剂停留时间
23
第三层次：流动区域
常常是前二步已决定了这一步!
气固相反应
失活状态
填充床：固定床、移动床 1年-1周
鼓泡床
<1小时
湍动床/高密度提升管
<1小时
比表面积 破碎强度 压降 制备方法
15
催化剂设计策略
FLOTU
优化催化剂设计原则：
颗粒大小
催化剂形状
孔隙率
强度 压降
均是强相互关联的
制造成本
选择性
失活
活性分布
堆积结构
16
催化剂设计
FLOTU
均是强相互关联的
17
催化剂强度
在填充床中承受的力： 催化剂重量 压降 催化剂填充 侧向抗压强度 正向抗压强度 浆态床 流化床 抗磨损性 移动床
FLOTU
气固相催化反应： 250并行反应器（I） 10－16并行反应器（II） 15并行气液固三相反应器 反应温度25－1200度 反应压力：常压－15大气压 适合进行：烃类氧化、加氢
及各种高温反应
14
几种催化剂种类
FLOTU
无定形颗粒 球形 柱形 长柱形 三叶草形
环形 多孔柱形 车轮形 独石形 金属独石形 Foam
Fi )
i
r
失活速率方程
空速
催化剂有效因子
反应速率表达式
与热量平衡(T曲线)，动量平衡(曲线)耦合
6
反应器设计层次
第一层：原子分子重组 第二层：表面反应、基元反应动力学 第三层：催化剂设计、催化剂内传递 第四层：反应物及能量注入战略 第五层：流动及流型影响 第六层：过程设计及优化 第七层：工厂设计与园区规划 第八层：生态、环境、绿色 问题：层与层的分界如何？ 空间层与时间层会不会由于问题不同而差别很大？
Bed Reactor
20
第四层次：注入及分散策略
FLOTU
B、优化混合程度 浓度(包括催化剂浓度) 平推流(连串反应，中间产物不混合) 温度：困难的选择 从浓度角度看平推流最好，无混合 强放热反应(热点)，混合有利 能量移出/注入战略 程序冷却 催化剂活性分布 催化剂循环(循环流化床，流化床，夹带流动)
第六章 反应器设计
清华大学化工系 魏飞
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反应器的多功能性
-选择与设计
FLOTU
ห้องสมุดไป่ตู้资源与能源 反应物
过程要求
•最大转化率 •最大收率 •最大选择性 •易于放大 •高通量 •低压降 •易取热
经济性
•过程总体成
反
本最低
应
器
目的产物
副产物
未转化物
•固有安全性 •效率与环境
绿色、环境与安全
产物结构怎样考虑?
工程的目标:在众多可能性之中找出可行性,并将其效率最大化2
FLOTU
VPO催化剂
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第四层次：注入及分散战略
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A、反应物及能量注入及分散战略 反应物：一次注入(间歇式) 连续加入 脉冲注入：方波或周期变流向 分段注入：空间式(膜、测向进料) 时间式(半间歇) 能量供入/移出 通过产品流/冷进料 蒸发 热交换器(反应器内/级间)
技术创新中的知 识链与研究平台
技术转化
第五层: 大系统与生态工业
FLOTU
第四层: 过程设计与产品 设计
第三层: 流动、传递、颗粒处 理与反应器设计
第二层: 表面、催化与化 学动力学
第一层1: 分子变换、过 渡态、原子簇结构
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多功能反应器需要多尺度方法
FLOTU
问题：怎样解决不同 方法间跨尺度的耦合 问题？