化工反应器类型
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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§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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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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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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第六章 反应器
第二节 釜式反应器
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§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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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。
化工设计-13 反应器
用途： 已知反应历程和平衡反应的反应方程式，
不考虑动力学可行性，计算同时达到化学 平衡和相平衡的结果。
REquil — 连接
REquil — 模型参数
REquil 模块有四组模型参数：
1、模型设定 (Specifications) 2、化学反应 (Reactions) 3、收敛 (Convergence)
△P代表选定组分 (selected) P的生成摩尔数； △A代表参照组分 (reference) A的消耗摩尔数； real 代表反应器内的实际情况； ideal 代表只有 A→P 一个反应发生时的情况。
RStoic — 示例(1)
甲烷与水蒸汽在镍催化剂下的转化反应为：
CH 4 2H2O CO2 4H2
原料气中甲烷与水蒸汽的摩尔比为14，流量为 100 kmol/hr。 若反应在恒压及等温条件下进行，系统总 压为0.1013 MPa，温度为 750 ℃，当反应器出 口处 CH4 转化率为 73% 时， CO2 和 H2 的产量是 多少？反应热负荷是多少？
RStoic — 示例(2)
反应和原料同示例 (1) ，若反应在恒压 及绝热条件下进行，系统总压为0.1013 MPa， 反应器进口温度为 950 ℃，当反应器出口处 CH4 转化率为 73% 时，反应器出口温度是多 少？
RYield — 产率
产率设置有四个选项： 1、组分产率 (Component yields) 2、组分映射 (Component mapping) 3、石油馏分表征 (Petro characterization) 4、用户子程序 (User subroutine)
RYield — 组分产率
RStoic — 化学反应
定义RStoic中进行的每一个化学反应的编 号、化学计量关系、产物生成速率或反应物转 化率。并指明计算多个反应的转化率时是否按 照串联反应方式计算。
化工生产中常见反应器
操作简便，易于控 制
广泛应用于化工、 制药等领域
流化床反应器的应用
流化床反应器在化工生产中主要用 于实现固体催化剂与液体原料的接 触和反应
在石油工业中，流化床反应器主要 用于烃类裂化反应，生产高质量的 汽油和柴油等产品
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流化床反应器具有高效、节能、环 保等优点，广泛应用于石油、化工、 制药等领域
流化床反应器具有较好的混合效果， 能够使物料在反应器内均匀混合， 提高反应效率。
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流化床反应器具有较高的传热效率， 能够实现快速反应和高效能量利用。
流化床反应器易于实现连续化、规 模化生产，能够提高生产效率和降 低生产成本。
反应器的应用
釜式反应器的应用
适用于多种化工生产过程，如聚合、缩合、烷基化等 可用于高温、高压、高粘度、高流速的化工生产环境 适用于大规模生产，能够提高生产效率和降低成本 操作简单，易于控制，能够实现自动化生产
管式反应器的应用
适用于高温、高压和高流速的反应 适用于大规模生产，产量高 适用于多种反应类型，如放热、吸热、气体和液体的反应 适用于高粘度、高固体含量的反应
塔式反应器的应用
适用于大规 模生产
分离和提纯 效果好
可用于多种 化学反应
操作简便， 易于控制
固定床反应器的应用
适用于大规模生产
可用于多种化学反 应
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特点：管式反应器通常由一组直管组成，反应物料在管内流动，通 过加热或冷却外部管壁实现温度控制。
应用范围：管式反应器广泛应用于石油、化工、制药等领域，适用 于气相、液相或固液混合相的反应。
反应器分类及特点
反应器分类及特点在化工、生物和医药等领域，反应器是实现化学反应的重要设备之一。
根据不同的分类标准，反应器可以分为多种类型。
以下是几种常见的反应器及其特点：1.固定床反应器固定床反应器是一种常见的反应器类型，其特点是在反应器中装填一定量的固体催化剂或固定床催化剂，使反应在催化剂表面进行。
这种反应器的优点是操作简单、催化剂活性高、选择性好，适用于小规模、高附加值的化工生产。
但是，固定床反应器的缺点是催化剂使用寿命有限，需要定期更换或再生。
2.活动床反应器活动床反应器是一种动态反应器，其特点是催化剂在反应器内处于运动状态。
这种反应器的优点是可以根据需要随时更换催化剂，并且可以通过控制催化剂的移动速度来优化反应过程。
但是，活动床反应器的缺点是需要复杂的机械传动系统和密封装置，维护成本较高。
3.流化床反应器流化床反应器是一种高效、大规模的反应器类型，其特点是在反应器中装填一定量的固体颗粒，使反应在颗粒表面进行。
这种反应器的优点是可以实现连续操作、生产能力大、催化剂使用寿命长等。
但是，流化床反应器的缺点是对于某些反应过程控制难度较大，可能会存在局部过热或反应不均匀等问题。
4.膜反应器膜反应器是一种新型的反应器类型，其特点是在反应器中装填一定量的膜材料，使反应在膜表面进行。
这种反应器的优点是可以实现分离和反应两个过程的集成，具有高效、环保等优点。
但是，膜反应器的缺点是膜材料的选择和控制难度较大，需要解决膜堵塞和污染等问题。
5.光敏反应器光敏反应器是一种利用光能激发化学反应的反应器类型，其特点是在反应器中引入光源和光敏剂等元素，通过光能激发化学反应。
这种反应器的优点是可以实现选择性高、条件温和的反应过程。
但是，光敏反应器的缺点是需要精密的光学系统和控制系统，维护成本较高。
6.电化学反应器电化学反应器是一种利用电能实现化学反应的反应器类型，其特点是在反应器中引入电极和电解质等元素，通过电能激发化学反应。
这种反应器的优点是可以实现条件温和、环境友好的化学过程。
化工反应器分类、特征、应用及放大方法
2.管式反应器
适用于： 气相、液相 特点：返混小，所需反应器体积小，比传 热面积大， 仅适用于连续操作，停留时间受管长限 制 生产实例：石脑油裂解，管式法高压聚 乙烯
3.鼓泡塔
适用于：气-液相、气-液-固（催化剂）相
特点：气相返混小，液相返混大，气相压力降大， 温度易于调节。流速有限制 生产实例：苯的烷基化，乙烯基乙炔的合成，二甲苯氧化等
数学模型的针对性
每一种数学模型都有一定的限制范围 。
例：管式反应器内物料的返混可以用扩散
模型描述，但扩散模型不能描述物料在管 式反应器的层流或湍流状态。
二、研究方法 以化学反应过程开发为例，按以下步骤 进行：
测定反应热力学和动力学的特征规律及其参数。
实验室研究化学反应特征
冷模试验研究传递过程特征
二、特征
只综合考虑输入变量和输出结果的关系， 不能深入研究过程的内在规律；
试验步骤由人为决定，并非科学合理的研
究程序； 放大是根据试验结果外推，不一定可靠。
第二种 数学模拟法
定义：在认识过程特征的基础上，运用理论分析 找到描述过程规律的数学模型，并验证模型与实 际过程等效，以此用来进行放大设计计算。
9、滴流床
气-液固（催化剂）相 9-2催化剂易分离， 带出少，气-液分布要求均匀， 温度调节较难 9-3焦油加氢精制和加氢裂解，
丁炔二醇加氢等
10、移动床
气-固（催化或非催化）相 10-2固体返混小，粒子传送容 易，固-气比可变形大，床内温 差大，调节困难 10-3石油催化裂化，矿物冶炼 等
特点：用一组微分方程或一组代数方程，描述过
化工原理 第七、八章 化学反应器超详细讲解
v
对第一釜有：
v
对第二釜有：
................................................................................ .
对第n釜有： 式中：CAn——第n釜的出口浓度,是从1→n逐釜降为CAn的, 第n釜中的浓度变化量为CAn-1-CAn 。 xAn—第n釜的出口转化率, 是从1→n釜, 逐釜升至xAn 的, 第n釜中的转化率为xAn-xAn-1。 1.解析法：适用于已知动力学方程及N、VRi、Ti、v0的 反应体系
∵ dCA=-CA0*dxA
x
2.定义 注意：V—反应物体积，V0 —起始反应物体积，Vx—转化率为xA时 的反应物体积；VR—反应器有效容积；VT —反应器总容积。
§7-2 间歇操作搅拌釜式反应器——间歇釜
一、间歇釜的特点
1.间歇操作，存在装料、调温、出料、清洗等辅助时间t`。 2.釜内CA, xA, (-rA)～t反变化，但不随位置变化。 3.各物料微团的 t停 都相等。
(-rA)*dVR= -dFA= v0CA0dx
管式反应器基本设计方程
tS=VR/v0—空间时间
tS=VR/v0—空间时间
变容过程：当Δν﹥0，分子数增加,使t停﹤tS (VR=10m3, v0=2m3/s,则tS=5 s,但由于体积膨胀使 t停↓，使物料不到5s 就离开了反应器)；当Δν﹤0，分子数减少，使t停﹥tS 。
2.对非定容的气相反应（不作要求）
而 ∴需先找到(-rA)~xA关系，即先找CA~xA关系： ∵CA=nA/V ∴要找 nA~xA和 V~xA关系, 而nA=nA0(1-xA) 而V~nT~xA，先找nT~xA 摩尔数、反应体系体积。 对于变容(气体)反应： 以A为关键组分, 以xA表示反应的转化率, 则反应表示为：
化工反应器的设计与性能分析
化工反应器的设计与性能分析化工反应器是化工生产过程中最重要的装置之一，其设计与性能关系着生产工艺的效率和能否达到预定的目标。
本文将从反应器的类型、设计、性能和优化等方面进行探讨。
一、反应器的类型化工反应器的类型很多，根据反应物组成和反应条件的不同，可分为多相反应器、气液反应器、液液反应器、固液反应器等。
其中，多相反应器应用最广泛，又可分为搅拌式反应器、流化床反应器、喷雾床反应器、旋转床反应器等多种形式，每种形式反应器都有其适用的条件和优缺点。
二、反应器的设计反应器的设计是反应器性能的基础，其设计必须考虑到反应物之间的反应机理、反应物的浓度、反应温度、反应时间等因素。
其中，反应物之间的反应机理是设计的核心，反应机理的不同会导致反应器结构的不同。
例如，在液液反应器中，反应物之间的相互作用易导致液相的剧烈振荡，因此设计时需要考虑如何消除或减小液相的振荡，来保证反应的稳定性。
三、反应器的性能评价反应器的性能主要包括反应物转化率、产物选择性和产量等。
其中，反应物转化率反映了反应物转变成产物的程度，而产物选择性则是反映所得产品的纯度和化学组成。
反应器的产量则从总体上反映了其生产效率。
反应器的性能评价还需考虑到反应器的耗能、占地面积等方面，从而得出反应器整体效率的评估。
四、反应器的优化反应器的优化目的是提高反应器的性能和效率。
反应器的优化可以从两个方面入手，一是改进反应器的结构和设计，比如改进反应器的搅拌系统、改善反应器内的流动状况等；二是改进反应物的组成和反应条件，比如改进反应物的浓度、改善反应物的混合方式等。
总之，反应器的设计与性能分析是化工生产过程中非常重要的一环。
在实际生产中，应根据反应物的特点、反应条件及环境因素等特点，选取合适的反应器类型，设计出合理的反应器结构，通过实验和模拟等方法对反应器的性能进行评估，并不断优化反应器的设计和条件，从而提高反应器的效率和生产效益。
化学反应器的类型和特点
化学反应器的类型和特点1. 釜式反应器（反应釜）呀，那可是很常见的一种呢！就像家里做饭的锅一样，能进行各种反应。
比如在化工生产中，很多液体之间的反应就是在釜式反应器里面完成的哦。
你说它是不是很厉害呀！2. 管式反应器呢，就像一条细长的通道。
一些快速进行的反应，好比赛车在赛道上飞驰，就特别适合在管式反应器中发生。
像石油裂解反应就是个很好的例子哟！3. 塔式反应器呀，高耸矗立，好像一个巨人。
它在气液反应中大展身手，比如吸收一些气体呀。
就像吸收空气中的污染气体一样，厉害吧！4. 固定床反应器，那里面的催化剂就乖乖地待着，一动不动。
就如同忠诚的卫士坚守岗位。
很多需要稳定催化的反应会选择它呢，想想看，是不是很神奇？5. 流化床反应器，里面的固体颗粒就像活泼的孩子，蹦蹦跳跳的。
一些要求固体和流体充分接触的反应，它就再合适不过啦。
好比孩子们尽情玩耍，活力满满呢！6. 微反应器，小巧而精致呀，却有着大能量。
一些精细的反应，就像雕琢艺术品一样在它里面进行。
这不是很让人惊叹吗？7. 膜反应器呢，就如同一个神奇的筛子，能把需要的和不需要的分开。
很多选择性反应都靠它呢，是不是感觉很酷炫？8. 光反应器，是不是一听就觉得很高科技？对呀，它就像在黑暗中寻找光明的勇士，专门处理那些需要光来引发的反应哩。
9. 酶反应器呀，利用酶的神奇魔力来催化反应。
就好像拥有魔法棒一样，能让反应高效进行。
你说这是不是太有趣啦！我觉得化学反应器的各种类型都有着独特的魅力和作用，它们就像是化学世界里的魔法道具，为我们创造出各种奇妙的反应和产物呢！。
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反应器的类型：
自从1913年德国的Berg ius发明煤直接液化技术以来, 德国、美国、日本、前苏联等国家已经相继开发了几十种煤液化工艺, 所采用的反应器的结构也各不一样。
总的来说, 迄今为止, 经过中试和小规模工业化的反应器主要有3种类型:
鼓泡式反应器
鼓泡床反应器结构简单, 其外形为细长的圆筒, 其长径比一般为18~ 30, 里面除必要的管道进出口外, 无其他多余的构件。
为达到足够的停留时间,同时有利于物料的混合和反应器的制造, 通常用几个反应器串联。
氢气和煤浆从反应器底部进入, 反应后的物料从上部排出。
由于反应器内物料的流动形式为平推流(即活塞流) , 理论上完全排除了返混现象, 实际应用中大直径的鼓泡床反应器液相有轻微的返混, 因此也有称该种反应器为活塞流反应器。
日本液化工艺和德国液化工艺鼓泡床反应器是典型的液化鼓泡床反应器, 其结构如图1和图2所示。
德国在二战前的工艺( IG ) 和新工艺( IGOR )、日本的NEDOL工艺、美国的SRC和EDS以及俄罗斯的低压加氢工艺等都采用了这种反应器。
相对而言它是3种反应器中最为成熟的一种。
日本新能源开发机构组织了10家公司合作开发了NEDOL液化工艺, 在日本鹿岛建成了150t /d中试厂[ 8 ] 。
该厂于1996 年7 月投入运行, 至1998年完成了1个印尼煤种和1个日本煤种的连续运行试验。
NEDOL 工艺反应器底部为半球形,由于长期运转后, 反应器底部有大颗粒的沉积现象, 因此反应器底部有定期排渣口, 定期排除沉积物。
德国IG 公司二战前通过工业试验发现, 用某些褐煤做液化试验时, 第一反应器运行几个星期后, 反应器就会因为堵塞而停下来, 里面积聚了大量的2~ 4 mm 的固体。
经过分析, 发现固体主要是矿物质, 而没有新鲜煤, 后来他们在反应器的圆锥底部进料口的旁边安装了排渣口, 才解决了堵塞问题。
另外他们也发现, 鼓泡床反应器内影响流体流动的内构件, 特别是其形状易截留固体的构件越少, 反应器操作就越平稳。
因此, 工业化鼓泡床反应器实际上是空筒。
强制循环悬浮床反应器：
因H - Coal工艺反应器内催化剂呈沸腾状态, 因此也称之为沸腾床反应器。
美国HR I公司借用H - O il重油加氢反应器的经验将其用于H - Coal煤液化工艺, 使用Co /Mo催化剂, 只要催化剂不粉化, 就呈沸腾状态保持在床层内, 不会随煤浆流出, 解决了煤炭液化过去只能用一次性铁催化剂, 不能用高活性催化剂的难题。
为了保证固体颗粒处于流化状态, 底部可用循环泵协助。
另外, 为保证催化剂的数量和质量, 一方面要排出部分催化剂再生, 另一方面要补充一定量的新催化剂。
我国神华集团借鉴美国HT I液化工艺反应器,开发了神华煤液化反应器, 也有人称这种反应器为外循环全返混反应器。
采用循环泵外循环方式增加循环比, 以保证在一定的反应器容积下, 达到一个满意的生产能力和液化效果。
该种反应器采用北京煤炭科学研究总院开发的863 高效催化剂, 催化剂与煤浆一起从反应器底部加入, 然后和反应后的物料一起从反应器上部排出
环流反应器：
环流反应器型式多样,种类繁多, 其中气升式内环流反应器是常用的一种。
这种反应器利用进料气体在液体中的相对上升运动, 产生对液体的曳力, 使液体也向上运动, 或者说利用导流筒内外的气含率不同而引起的压强差, 使液体产生循环运动。
气升式内环流有2种类型, 中心进料环流反应器结构如图5所示, 环隙进料环流反应器结构如图。