反应器选择与操作
反应器选择与操作
任务3 学习拓展
• 2.爆炸极限及影响因素 • 可燃气体、可燃液体蒸汽或可燃粉尘与空气混合并达到一定浓度时，
遇火源就会燃烧或爆炸。这个遇火源能够发生燃烧或爆炸的浓度范围， 称为爆炸极限。爆炸极限通常用可燃气体在空气中的体积百分比(V%) 表示。 • 爆炸的影响因素有以下几种。 • (1)温度的影响:温度越高，爆炸范围越宽(下限下降，上限上升)， • 爆炸危险性增加。 • (2)压力的影响:压力越大，爆炸范围越宽(对下限的影响较小，对上 • 限的影响较大)，危险性增加。压力降到某一数值，上限与下限重合， 这一压力称为临界压力。低于临界压力，混合气则无燃烧爆炸的危险。 • (3)氧含量的影响:混合气中增加氧含量，会使上限显著增高，爆炸范 围增大。
气排到室外，被空气稀释;产生大量有毒气体的实验必须具备吸收或 处理装置。如氮的氧化物、二氧化硫等酸性气体用碱液吸收，可燃性 有机废液可于燃烧炉中通氧气完全燃烧。 • (二)废液的处理 • (1)各实验室应配备储存废渣、废液的容器，实验所产生对环境有污 染的废渣和废液应分类倒人指定容器内储存。
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任务2 管式反应器的操作
• 5.异常现象的原因及处理方法 • 异常现象的原因及处理方法见表2一1.
• 三、管式反应器的故障处理及维护
• (一)常见故障及处理方法 • 常见故障及处理方法见表2 -2。 • (二)维护要点
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任务2 管式反应器的操作
• (1)反应器的振动通常有两个来源:一是超高压压缩机的往复运动造成 的压力脉动的传递;二是反应器末端压力调节阀频繁动作而引起的压 力脉动。振幅较大时要检查反应器入口、出口配管接头箱紧固螺栓及 本体抱箍是否有松动，若有松动，应及时紧固。但接头箱紧固螺栓的 紧固只能在停车后才能进行。同时要注意碟形弹簧垫圈的压缩量，一 般允许为压缩量的50%，以保证管子热膨胀时的伸缩自由。反应器振 幅控制在o. 1 mm以下。
化学工程中的反应器选择
化学工程中的反应器选择反应器是化学工程中不可或缺的设备，用于进行化学反应和生产化学产品。
在化学工程设计中，选择适合的反应器类型对于反应效率、产量和产品质量至关重要。
本文将介绍几种常见的反应器类型及其适用情况，帮助读者在化学工程中做出明智的反应器选择。
一、批式反应器批式反应器是最简单、最常见的反应器类型之一。
它适用于小规模生产、实验室研究以及不需要连续运作的反应过程。
批式反应器的工作原理是将反应物一次性放入反应器中，进行反应后收集产物。
由于反应物在反应过程中减少，反应速率会逐渐降低。
批式反应器的优点是灵活性高，可以适应多种反应条件和反应物。
此外，批式反应器的设计相对简单，成本较低。
然而，批式反应器的劣势在于产能有限，操作时间较长，不适合大规模生产。
二、连续流动反应器连续流动反应器是将反应物以连续流动的方式加入反应器中，产物也以连续流动的方式从反应器中取出的反应器类型。
连续流动反应器适用于需要持续反应、高产率和高纯度产品的生产过程。
在连续流动反应器中，反应物的浓度可以更好地控制，反应条件也更稳定。
连续流动反应器的优点是生产能力强，可通过调整流速和反应时间来控制产量。
此外，连续流动反应器对于热量和质量传递较好，反应效率较高。
然而，连续流动反应器的设计和操作相对复杂，需要更高的设备投资。
三、搅拌式反应器搅拌式反应器是在反应物中使用机械搅拌器以提高混合效果的反应器类型。
搅拌式反应器适用于需要均匀混合反应物、提高传质速率的反应过程。
搅拌式反应器通常使用罐式反应器或管式反应器。
搅拌式反应器的优点是混合效果好，反应均匀。
此外，它适用于多相反应和固液反应，并且对于控制反应温度有较好的性能。
然而，搅拌式反应器的劣势在于能耗较高，同时对于粘稠液体和纤维状物料的反应较为困难。
四、固定床反应器固定床反应器是将催化剂装填在固定床中进行反应的反应器类型。
固定床反应器适用于需要高催化活性、选择性和长寿命的反应过程。
固定床反应器通常使用管式反应器或者多孔载体。
反应器型式和操作方式的选择
03
各类反应器适用场景及特点
釜式反应器
适用场景
适用于液-液、液-固相反应及反应过 程中有固体生成的场合，如酯化、硝 化、磺化等反应。
特点
结构简单，操作方便，传热面积大， 传热效果好，适用于间歇操作。
反应器分类
根据反应的特点和需求，反应器可分为釜式反应器、管式反应器 、塔式反应器、固定床反应器和流化床反应器等。
Байду номын сангаас
常见反应器型式介绍
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
适用于液相或气液相反应 ，具有结构简单、操作方 便、传热效果好等优点。
适用于气固相或气液相连 续反应，具有结构紧凑、 传热效率高、反应时间短 等特点。
适用于气固相或气液相逆 流接触反应，具有处理能 力大、传质效率高、操作 弹性大等优势。
适用于气固相或液固相反 应，具有催化剂不易磨损 、反应温度均匀、易于控 制等优点。
适用于气固相或液固相反 应，具有传热传质效果好 、催化剂活性高、操作灵 活等特点。
选型原则及影响因素
选型原则
在选择反应器型式时，应遵循满足工艺要求、保证产品质量、提高经济效益等 原则。
影响因素
反应器选型受到反应物性质、反应条件、催化剂性质、传热传质要求等多种因 素的影响。因此，在选型时需综合考虑这些因素，选择最适合的反应器型式。
02
操作方式选择依据
连续操作与间歇操作比较
连续操作
物料连续进入和离开反应器，反 应过程中各参数保持恒定，生产 效率高，产品质量稳定。
间歇操作
反应器操作规程
反应器操作规程
《反应器操作规程》
一、目的
反应器是化学反应进行的设备，为了保障操作人员的安全，维护设备的正常运转，制定本规程。
二、操作程序
1. 操作前应检查设备是否完好，包括管路、阀门、压力表等，确保设备正常运转。
2. 操作人员应穿着相应的防护服，佩戴安全帽和防护眼镜。
3. 操作人员应熟悉反应器的运转原理和操作流程，严格按照操作规程进行操作。
4. 操作人员应严格遵守操作规程的各项要求，禁止违章操作。
5. 操作过程中，如遇到异常情况应立即报告，及时处理。
三、安全注意事项
1. 操作人员严禁单人单独操作，必须两人以上配合操作。
2. 操作人员应遵守设备的安全操作规程，严禁违规操作或随意更改操作流程。
3. 操作人员应熟悉应急处理程序，如遇紧急情况应迅速采取措施。
4. 操作人员应认真学习相关安全知识，提高安全意识，做到预防在前，保障在先。
四、设备维护
1. 操作人员应对设备进行定期维护和检修，确保设备的正常运
转。
2. 设备维护过程中，操作人员应穿戴相应的防护用品，注意安全。
3. 维护过程中应遵守相关规程，严禁违规操作。
4. 维护完毕后应对设备进行试运转和检测，确保设备的正常运转。
五、附则
本规程由设备管理部门负责制定和更新，操作人员应严格遵守规程内容。
对违规操作者将给予相应的处罚。
《反应器操作规程》是保障设备正常运转和操作人员安全的重要文件，希望全体操作人员严格遵守，并将规程内容落实到实际操作中，共同维护设备的正常运转和操作人员的安全。
化学反应器设计、操作与控制
压力控制
压力是化学反应的重要参数，通过调节进料流量和压力调 节系统，将压力控制在适当的范围内，以保证反应的顺利 进行。
流量控制
进料流量对化学反应的影响较大，通过流量计和调节阀， 精确控制进料流量，以保证反应物料的均匀投入。
反应过程监控
温度监测
实时监测反应器内的温度变化 ，确保温度在预设范围内波动
。
研究反应的动力学性质，如反应速率 常数、活化能等，以优化反应过程。
02 化学反应器操作
操作参数控制
温度控制
保持反应器内的温度稳定，是实现化学反应的重要条件。 通过加热和冷却系统，将温度控制在适宜的范围内，以获 得最佳的反应效果。
液位控制
保持反应器内的液位稳定，对于化学反应的稳定性和安全 性至关重要。通过液位传感器和调节阀，实时监测和控制 液位高度。
反应器材料选择
根据反应条件选择耐 腐蚀、耐高温、耐高 压的材料。
对于特殊反应，如强 氧化、还原等，需选 用具有特殊性能的材 料。
考虑材料的机械性能、 加工性能和经济性。
反应器热力学与动力学基础
分析反应的热力学性质，如反应平衡 常数、熵变等，以确定最佳反应条件。
利用热力学和动力学数据，进行反应 器模拟和优化。
预防措施
加强设备维护和巡检，制定应急预案，提高员工安全意识。
案例分析
某化工厂反应器爆炸事故的调查与预防措施。
05 未来展望与挑战
新材料与新技术的应用
新材料的研发
随着科技的发展，新型的高性能材料如纳米材料、复合材料 等在化学反应器中的应用越来越广泛。这些新材料具有优异 的物理和化学性能，可以提高反应器的效率、降低能耗和减 少环境污染。
环保要求
严格控制三废（废气、废水和固 废）的排放，采用环保材料和工 艺，降低能耗和资源消耗，实现 绿色生产。
反应器选型与操作方式
xA
1
k
e
1
opt
max
CP,max CA0
[( k2
1 )1 2
1]2
k1
xA
k 1
1k1
opt
opt
转化率较高时
转化率中等时
0
xAf xA
CSTR PFR
∴ PFR 比CSTR优
0
xAf xA
CSTR PFR
∴ PFR 与CSTR相当
Chemical Reaction Engineering 自催化反应的操作优化：
7.4平行反应的优化
Chemical Reaction Engineering
•平行反应的浓度效应 浓度升高有利于级数高的反应
•优化目标：CPf 或Φ
C CAf
Pf PFR
CA0
dCA
CPf CSTR f (CA0 CAf )
Chemical Reaction Engineering
β
β
n1 n2
f
n1 n2
f
CAf
CA0
CSTR比PFR优
CAf
CA0
PFR比CSTR优
Chemical Reaction Engineering
β 如图：问产物浓度最大 时的反应器组合形式？ 答：PFR+CSTR+PFR
组合示意图： CA0
CAf
CA0
CAf
平行反应的加料方式 间歇操作:
Chemical Reaction Engineering
•连续操作
Chemical Reaction Engineering
Chemical Reaction Engineering
化学反应器分类
化学反应器分类化学反应器是广泛应用于化学工程领域中的一种工艺设备，其作用是在特定的反应条件下，将一种或多种反应物转化为所需的产物。
根据反应器的用途和操作方式，化学反应器可分为多种类型。
下面将针对这些类型来进行详细介绍。
一、按照用途的分类1、试验型反应器试验型反应器通常用于实验室和研究中心，其主要作用是验证反应的可行性、确定反应的动力学参数以及查找最佳反应条件。
它的体积较小，通常在1L以下，通常采用的是搅拌反应器或批式反应器。
2、工业型反应器工业型反应器用于工业规模的化学反应生产，一般容量为2m3以上，通常采用的是大型批式反应器、连续式反应器或其他特殊反应器。
3、中试型反应器中试型反应器是介于试验型反应器和工业型反应器之间的一种设备，主要用于中试阶段的生产，通常柿子500L~20m3。
这种反应器可用于验证反应的可扩展性、确定合理的反应条件以及评估反应的经济效益。
二、按照操作方式的分类批式反应器是一种适用于小批量生产的化学反应器，常用于中试研究和小量生产，其特点是可以根据需要灵活控制反应参数，但是其生产效率比较低。
2、连续式反应器连续式反应器是一种能够持续进行反应的反应器，也称为流动式反应器或定向流动反应器。
连续式反应器的主要特点是反应物从反应器的一端流入，经过反应后从另一端出口流出，这种方式使得反应可以实现连续生产，提高了生产效率。
3、循环式反应器循环式反应器是一种通过循环流动来实现反应的设备，通常由一个或多个循环回路组成。
这种反应器的主要优点是能够循环利用反应物，提高反应效率，降低反应成本。
4、气固反应器气固反应器用于气体和固体反应的化学反应器，其反应过程中，反应物一般在粉末或颗粒状态下存在，这种类型的反应器的优点是反应过程中易于控制反应条件，但也存在有一些缺点，例如反应过程中的传热和传质效率都比较低。
5、液固反应器液固反应器是一种适用于液体与固体反应的化学反应器，它的主要特点是反应物以液体形式存在，反应过程中需要充足地进行搅拌和传热传质过程，以保证反应的顺利进行。
化工原理中的反应器设计与操作
化工原理中的反应器设计与操作在化工原理中，反应器设计与操作是一项十分重要且复杂的任务。
反应器是化学反应进行的关键设备，其设计合理与否直接影响着反应效果和产物质量。
本文将介绍反应器设计与操作的基本原理和常用方法。
一、反应器设计的基本原理反应器设计的主要目标是实现反应的高效与安全，确保产物的质量和数量得到满足。
在设计反应器时，一般需要考虑以下几个方面的因素。
1. 反应动力学反应动力学是了解反应速率与反应条件（如温度、压力等）之间关系的重要理论基础。
通过反应动力学的研究，可以确定反应器的尺寸和操作参数，以实现所需的反应速率和产物收率。
2. 反应热学反应过程中常伴随着吸热或放热现象，这将对反应器的操作和安全性造成影响。
通过对反应热学的研究，可以估算反应热量的大小，设计合适的冷却设备以控制反应温度，并采取必要的安全措施。
3. 反应物料的选择和物料平衡反应器中的反应物料选择合适，能够改善反应效果。
在设计反应器时，需要进行物料平衡计算，确保反应物料的进出口量满足反应方程式的要求，避免物料的浪费和产物的污染。
4. 反应器的类型选择根据反应条件和需求，可以选择不同类型的反应器，如批量反应器、连续流动反应器、固定床反应器等。
每种反应器都有其适用的场合和特点，需要根据具体情况来选择。
二、常用的反应器设计方法反应器的设计方法有多种，根据具体的需求和反应条件选择合适的方法进行设计。
1. 理论计算法理论计算法是最常用的反应器设计方法之一，它基于反应动力学和物料平衡原理，通过数学模型和计算方法，推导出反应器的尺寸和操作参数。
这种方法需要准确的反应动力学和物料数据作为输入，相对精确但较为繁琐。
2. 经验法经验法是反应器设计的一种简化方法，它基于过去的经验和实验数据，通过调整参数和模型的经验常数来估计反应器的尺寸和操作参数。
这种方法快速简便，但其结果依赖于经验数据的准确性。
3. 缩尺实验法缩尺实验法是指在较小的实验装置中进行反应试验，并根据试验结果进行反应器的设计。
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任务2 管式反应器的操作
• 二、环氧乙烷与水反应生成乙二醇的操作与运 行
• 1.开车前的检查和准备 • (1)把循环水排放流量控制器置于手动，开始由循环水于向反应器进
水。在乙二醇反应器进口排放这些水直到清洁为止. • (2)关闭进口倒淋阀并开始向反应器内充水，打开出口倒淋阀，关闭
项目二 管式反应器选择与操作
• 任务1 管式反应器的选择 • 任务2 管式反应器的操作 • 任务3 学习拓展
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任务1 管式反应器的选择
• 一、 管式反应器的特点
• 管式反应器有以下几个特点: • (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。 • (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 内流体流型接近于理想流体。
• 1.直管 • 直管的结构如图2一6所示。 • 2.弯管 • 弯管结构与直管的结构基本相同(见图2一7)。
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任务1 管式反应器的选择
• 3.密封环 • 套管式反应器的密封环为透镜环)透镜环有两种形状:一种是圆柱形的;
另一种是带接管的T形透镜环。圆柱形透镜环用反应器内管材质制成; 带接管的T形透镜环是安装测温、测压元件用的。如图2一8所示的是 带接管的T形透镜环. • 4.管件 • 反应器的连接必须按规定的紧固力矩进行，所以对法兰、螺柱和螺母 都有一定要求。 • 5.机架 • 反应器机架用桥梁钢焊接成整体。地脚螺栓安放在基础桩的柱头上， 安装管子支架部位装有托架。管子用抱箍与托架固定。
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任务2 管式反应器的操作
• 一、环氧乙烷与水反应生成乙二醇的操作原理 及工艺流程简述
• 1.操作原理 • 在乙二醇反应器中，来自精制塔塔底的环氧乙烷和来自循环水排放物
流的水反应生成乙二醉水溶液。其反应机理如下:
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任务2 管式反应器的操作
• 2.工艺流程简述 • 精制塔塔底物料在流量控制下同循环水排放物流以1 : 22的摩尔比混
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任务1 管式反应器的选择
• (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 应尤为合活。
• 二、管式反应器的分类
• 管式反应器是应用较多的一种连续操作反应器，常用的管式反应器有 以下几种类型:
• (1)水平管式反应器。 • 图2一1给出的是进行气相或均液相反应常用的一种管式反应器，由无
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任务2 管式反应器的操作
• (3)通过乙二醇反应器在线混合器设定到乙二醇反应器的循环水排放 量。
• (4)精制塔塔底的流体，从精制塔开始，经过乙二醇反应器在线混合 器和循环水混合后，输送到乙二醇反应器进行反应。
• (5)设定并控制精制塔塔底物流的流量，控制循环水排放物流的流量 和精制塔塔底物流的流量，使之在一定的比例之下操作，如果需要， 加人气体提升塔底液位同循环水排人物流的串级控制。
管道比较困难。图2 -3所示的是反应器由许多水平盘管上下重叠串联 组成。 • (4) U形管式反应器。 • U形管式反应器的管内设有多孔挡板或搅拌装置，以强化传热与传质 过程。U形管的直径大，物料停留时间增长，可应用于反应速率较慢 的反应。例如，带多孔挡板的U形管式反应器，被应用于己内酞胺的 聚合反应。带搅拌装置的U形管式反应器适用于非均液相物料或液固 相悬浮物料，如甲苯的连续硝化、蕙醒的连续磺化等反应。图2 -4是 一种内部设有搅拌和电阻加热装置的U形管式反应器)
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任务1 管式反应器的选择
• (5)多管并联管式反应器。 • 多管并联结构的管式反应器一般用于气固相反应。例如，气相氯化氢
和乙炔在多管并联装有固相催化剂的反应器中反应制备氯乙烯，气相 氮和氢混合物在多管并联装有固相铁催化剂的反应器中合成氨。
• 三、管式反应器的结构
• 管式反应器的结构包括直管、弯管、密封环、法、介及紧固件、温度 补偿器、传热夹套、联络管和机架等几部分，如图2一5所示。
任务2 管式反应器的操作
• (6)干燥塔在运行前，干燥塔喷射系统应试验。 • (7)检查所有喷射器的倒淋阀和插入热井底部水封的尾管。用水充满
热井所有喷射器冷凝器，并密封管线。 • (8)打开喷射器系统的冷却水流量。稍开高压蒸汽管线过滤器的倒淋
阀，然后稍开到喷射泵的蒸汽阀。关闭倒淋阀，然后慢慢打开蒸汽0)干燥塔压力控制系统和压力调节器设自动状态(设计设定点)。 • (11)喷射系统已满足试验条件后，关闭入口切断阀并停止喷射泵。 • 2.正常开车 • (1)启动乙二醇反应器控制器。 • (2)启动循环水排放泵。
合。混合后通过在线混合器进入乙二醇反应器。反应为放热反应，反 应温度为200 0C时，每生成1 mol乙二醇放出热量为8. 315 x 104 J。 来自循环水排放浓缩器的水和精制塔塔底的物料以一定的比例进入乙 二醇反应器上游的在线混合器。混合物流通过乙二醇反应器在此反应 形成乙二醇。反应器的出口压力是通过维持背压来控制的。从乙二醇 反应器流出的乙二醇一水物流进入干燥塔。 • 其反应流程图如图2 -9所示。
缝钢管与U形管连接而成)这种结构易于加工制造和检修。 • (2)立管式反应器。 • 立管式反应器被应用于液相氨化反应、液相加氢反应、液相氧化反应
等工艺中。图2 -2给出几种立管式反应器。
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任务1 管式反应器的选择
• (3)盘管式反应器。 • 将管式反应器做成盘管的形式，设备紧凑，节省空间。但检修和清刷
反应器压力调节阀。当反应器出口倒淋阀排水干净时关闭它。 • (3)来自精制塔塔底泵的热水用泵通过在线混合器送到乙二醇反应器， • 连锁报警均应校验。 • (4)当乙二醇反应器出口倒淋阀排放清洁时，把水送入干燥塔。 • (5)运行乙二醇反应器压力控制器，调节乙二醇反应器压力使之接近
设计条件。
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