化工反应器基本理论172页PPT
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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。
化工基础理论概述PPT
式中 M A、M B ——分别为组分A、B的分子量。
2．质量比与摩尔比 质量比是指混合物中某组分A的质量与惰性组分B（不参加传质的组 分）的质量之比，其定义式为 mA A mB 摩尔比是指混合物中某组分A的摩尔数与惰性组分B（不参加传质的 组分）的摩尔数之比，其定义式为
nA YA nB
式中
返回
第四章 质量传递
4.1.1 概述
4.1.1.1化工生产中的传质过程
4.1.1.2.相组成表示法
4.1.1.1化工生产中的传质过程
动量传递 化工三传 热量传递 质量传递
是指物质在浓度差、温度差、压力差等推动力作用下，从 一处向另一处的转移，包括相内传质和相际传质两类。
1.传质分离过程：利用物系中不同组分的物理性质或化学性质的 差异来造成一个两相物系，使其中某一组分或某些组分从一相转移 到另一相，达到分离的目的，这一过程称为传质分离过程。 以传质分离过程为特征的基本单元操作在化工生产中很多，有：
pG 气相主体
相界面
水
pi
液相主体 传质方向
Ci CL 空气+氨气 吸收
板式塔 3. 汽液传质塔设备 填料塔
(1) 板式塔
无溢流塔板：结构简单 、压降小、塔板面积利 用率高、 弹性小、效率低 有溢流塔板： 气液两相在设备中要有良好的接触： 接触充分，接触面大，相界面不断更新 无溢流塔板
解： 混合气可视为理想气体，以下标2表示出塔气体的状态。
y A2 0.02
YA2 y A2 0.02 0.02 1 - y A2 1 0.02
pA2 pyA2 101.3 0.02 2.026kPa
cA2 nA2 p A2 2.026 8.018 104 kmol/m3 V RT 8.314 298
反应器基本理论课件
反器基本理
• 反应器概述 • 反应器的基础理论 • 反应器的类型与选择 • 反应器的操作与优化
反器概述
01
反应器的定义和分类
分类
连续反应器（Continuous Reactor）：反应物以稳定流速连 续加入，产物也连续流出。
定义：反应器是一种用于进行化 学反应的设备或系统，通过控制 反应条件来促进化学反应的进行， 并获取所需的产物。
批式反应器（Batch Reactor）： 反应物一次性加入，反应完成后 产物一次性取出。
半连续反应器（Semi-Batch Reactor）：反应物一部分连续加 入，一部分批次加入。
反应器在化工流程中的地位
01
02
03
核心设备
反应器是化工流程中的核 心设备之一，直接影响产 品质量和生产效率。
反应条件控制
评估指标
评估反应器性能的主要指标包括反应器的转化率、选择性、产率等。此外，还需关注反应器的能耗、设备寿命、 操作稳定性等方面的指标。在实际应用中，需根据具体反应体系和需求，综合权衡各方面因素，选择最适合的反 应器类型和设计参数。
04
反器的操作
化
反应器的稳态操作
稳态操作定义
指的是反应器在连续、稳 定的状态下进行操作，各 参数不随时间变化。
适用场景
非均相反应器适用于涉及固-液、固气等反应体系的反应过程，如催化裂 化、气体吸附等。
反应器的选择与评估
选择因素
在选择反应器时，需要考虑反应物的性质、反应条件、产物要求等因素。例如，对于快速反应，宜选择均相反应 器；对于慢反应，宜选择非均相反应器。同时，还需考虑反应器的传热、传质性能，设备的投资与运行成本等因 素。
非理想流动模型
分析实际反应器中可能出现的非理想流动现象，如返混、死区等， 以及这些现象对反应器性能的影响。
• 反应器概述 • 反应器的基础理论 • 反应器的类型与选择 • 反应器的操作与优化
反器概述
01
反应器的定义和分类
分类
连续反应器（Continuous Reactor）：反应物以稳定流速连 续加入，产物也连续流出。
定义：反应器是一种用于进行化 学反应的设备或系统，通过控制 反应条件来促进化学反应的进行， 并获取所需的产物。
批式反应器（Batch Reactor）： 反应物一次性加入，反应完成后 产物一次性取出。
半连续反应器（Semi-Batch Reactor）：反应物一部分连续加 入，一部分批次加入。
反应器在化工流程中的地位
01
02
03
核心设备
反应器是化工流程中的核 心设备之一，直接影响产 品质量和生产效率。
反应条件控制
评估指标
评估反应器性能的主要指标包括反应器的转化率、选择性、产率等。此外，还需关注反应器的能耗、设备寿命、 操作稳定性等方面的指标。在实际应用中，需根据具体反应体系和需求，综合权衡各方面因素，选择最适合的反 应器类型和设计参数。
04
反器的操作
化
反应器的稳态操作
稳态操作定义
指的是反应器在连续、稳 定的状态下进行操作，各 参数不随时间变化。
适用场景
非均相反应器适用于涉及固-液、固气等反应体系的反应过程，如催化裂 化、气体吸附等。
反应器的选择与评估
选择因素
在选择反应器时，需要考虑反应物的性质、反应条件、产物要求等因素。例如，对于快速反应，宜选择均相反应 器；对于慢反应，宜选择非均相反应器。同时，还需考虑反应器的传热、传质性能，设备的投资与运行成本等因 素。
非理想流动模型
分析实际反应器中可能出现的非理想流动现象，如返混、死区等， 以及这些现象对反应器性能的影响。
化学反应器设计基础学习PPT教案
理想反应器
连续式完全混合（返混程度最大）
平推流反应器 （无返混）
非理想反应器
间歇反应器
• 间歇操作的充分搅拌槽式反应器（简称间歇反应器）。在反应器中物料被充分混合，但由于所有物料均为 同一时间进入的，物料之间的混合过程属于简单混合，不存在返混。
平推流反应器
• 理想置换反应器（又称平推流反应器或活塞流反应器）。在连续流动的反应器内物料允许作径向混合（属 于简单混合）但不存在轴向混合（即无返混）。典型例子是物料在管内流速较快的管式反应器。
t
• (3)空间时间τ 其定义为反应器有效容积VR与流体特征体积流率V0之比值。 即
VR
V • 空间时间是一个人为规定的参量，它表示处理在进口条件下一个反应器体积
的流体所需要的时间。
0
• 空间时间不是停留时间
空时为2h意思为每2个小时处理的物料量相当于一个反应器的体积
• (4)空间速度SV
• 有空速和标准空速之分。空速的一般定义为在单位时间内投入单位有效反应 器容积内的物料体积。即：
2
1 kcA0
xAf 1 xAf
• xA=0.6 tr=3.18h
•
•
xA=0.8 xA=0.9
t t
r= r=
8 1
.5 9.
h
0trh
1.97
1 10
3
4
0.5 1 0.5
1 2.10 60
h
• (2)反应器体积的计算 • xA= 0.8时：tt=tr+t’=8.5+1=9.5h • 每小时己二酸进料量FA0，己二酸相对分子质量为146，则有：
设计计算过程
• 对于给定的生产任务，即单位时间处理的原料量FA[kmol.h-1]以及原料组成CA0[kmol.m-3]、达到的产品要 求xAf及辅助生产时间t’、动力学方程等，均作为给定的条件，设计计算出间歇反应器的体积。
连续式完全混合（返混程度最大）
平推流反应器 （无返混）
非理想反应器
间歇反应器
• 间歇操作的充分搅拌槽式反应器（简称间歇反应器）。在反应器中物料被充分混合，但由于所有物料均为 同一时间进入的，物料之间的混合过程属于简单混合，不存在返混。
平推流反应器
• 理想置换反应器（又称平推流反应器或活塞流反应器）。在连续流动的反应器内物料允许作径向混合（属 于简单混合）但不存在轴向混合（即无返混）。典型例子是物料在管内流速较快的管式反应器。
t
• (3)空间时间τ 其定义为反应器有效容积VR与流体特征体积流率V0之比值。 即
VR
V • 空间时间是一个人为规定的参量，它表示处理在进口条件下一个反应器体积
的流体所需要的时间。
0
• 空间时间不是停留时间
空时为2h意思为每2个小时处理的物料量相当于一个反应器的体积
• (4)空间速度SV
• 有空速和标准空速之分。空速的一般定义为在单位时间内投入单位有效反应 器容积内的物料体积。即：
2
1 kcA0
xAf 1 xAf
• xA=0.6 tr=3.18h
•
•
xA=0.8 xA=0.9
t t
r= r=
8 1
.5 9.
h
0trh
1.97
1 10
3
4
0.5 1 0.5
1 2.10 60
h
• (2)反应器体积的计算 • xA= 0.8时：tt=tr+t’=8.5+1=9.5h • 每小时己二酸进料量FA0，己二酸相对分子质量为146，则有：
设计计算过程
• 对于给定的生产任务，即单位时间处理的原料量FA[kmol.h-1]以及原料组成CA0[kmol.m-3]、达到的产品要 求xAf及辅助生产时间t’、动力学方程等，均作为给定的条件，设计计算出间歇反应器的体积。
反应器基础知识课件(原创)
反应器基础知识
主 要 内 容
概述 反应器的种类 反应器的一般结构及优缺点 反应器的操作条件 反应器的选型
概述
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。 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,例如: 冶金工业中的高炉和转炉；生物工程中的发酵罐以及 各种燃烧器，都是不同形式的反应器。
釜式反应器
搅拌器 除聚合过程外，还有许多其他化工过程需 要搅拌器。 按工艺过程搅拌器可分为混合、搅动、悬 浮和分散四种。 按型式，搅拌器有推进器式、透平式、浆式、 锚式、螺轴式、螺带式以及有刮壁作用的搅拌 器。前三种适用于高速搅拌低粘稠流体，后几 种适用于低速搅拌高粘稠流体。
釜式反应器
传热装置 聚合反应往往严格控制聚合温度， 要求反应物料纯净不被污染，加之粘度 高易结垢，要求传热装置传热效率要高， 结构要简单，避免有容易挂胶的粗糙表 面和导致结垢的死角，并便于清洗。
釜式反应器的高径比为1-2，在石化行业 中，除用于液相均相、液相非均相或气 相反应外，主要用于聚合反应，即将小 分子变为大分子，使反应物具有可塑、 成纤、成膜、高弹等特性。很多釜内含 有搅拌器和换热装置。大部分反应釜由 釜体、搅拌器、减速器、密封装置、换 热装置和挡板组成。
釜式反应器
釜体 釜体是一个压力容器，其内壁有的 要求镜面，有的无此要求。
塔式反应器
气升式鼓泡塔 气升式鼓泡塔塔内装有一根或几根气升管， 气体从下部的气体分布器进入气升管。在气升 管中，气液混合物密度比环形空间中的液体密 度小得多，引起液体在环形空间和气升管内做 循环流的，故称为气升式鼓泡反应器。苯乙烯 装置中的烃化/烃化转移反应器就是这种结构。
主 要 内 容
概述 反应器的种类 反应器的一般结构及优缺点 反应器的操作条件 反应器的选型
概述
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。 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,例如: 冶金工业中的高炉和转炉；生物工程中的发酵罐以及 各种燃烧器，都是不同形式的反应器。
釜式反应器
搅拌器 除聚合过程外，还有许多其他化工过程需 要搅拌器。 按工艺过程搅拌器可分为混合、搅动、悬 浮和分散四种。 按型式，搅拌器有推进器式、透平式、浆式、 锚式、螺轴式、螺带式以及有刮壁作用的搅拌 器。前三种适用于高速搅拌低粘稠流体，后几 种适用于低速搅拌高粘稠流体。
釜式反应器
传热装置 聚合反应往往严格控制聚合温度， 要求反应物料纯净不被污染，加之粘度 高易结垢，要求传热装置传热效率要高， 结构要简单，避免有容易挂胶的粗糙表 面和导致结垢的死角，并便于清洗。
釜式反应器的高径比为1-2，在石化行业 中，除用于液相均相、液相非均相或气 相反应外，主要用于聚合反应，即将小 分子变为大分子，使反应物具有可塑、 成纤、成膜、高弹等特性。很多釜内含 有搅拌器和换热装置。大部分反应釜由 釜体、搅拌器、减速器、密封装置、换 热装置和挡板组成。
釜式反应器
釜体 釜体是一个压力容器，其内壁有的 要求镜面，有的无此要求。
塔式反应器
气升式鼓泡塔 气升式鼓泡塔塔内装有一根或几根气升管， 气体从下部的气体分布器进入气升管。在气升 管中，气液混合物密度比环形空间中的液体密 度小得多，引起液体在环形空间和气升管内做 循环流的，故称为气升式鼓泡反应器。苯乙烯 装置中的烃化/烃化转移反应器就是这种结构。
化工反应器设计及类型介绍PPT(66张)
3)对于气体在液体中分散或气体的吸收: 要求良好的容积循环和剪切作用,选用涡轮式搅拌器。 a:当液层深度大时，宜用多层搅拌桨，釜内也应有挡板，
通气管应插入在搅拌桨下面，气体则由搅拌釜下的中央管口或 环形分布管口排山。 b:为促进釜内物料和釜壁间的传热，以及需除占粘附于釜壁 的沉淀或粘稠液体，则可采用锚式或框式搅拌釜.
定常态条件下，固定床中进行绝热催化反应，其物料衡算式 、热量衡算式和动量衡算式如下:
5-21 5-22 5-23
其中:ε为催化剂床层空隙率, f ` 为摩擦系数,量纲为1.
式中:
为修正的雷诺数,代入5-23得:
(up2)(dLs)1 (3)1 Re5M01.75
5-24
上述数学模型为固定床反应器的设计方程。在设计时数学模 型的运算并不困难，如果用机算机，则更为方便，可以求出 不同工艺条件和不同工艺要求时的催化剂床层高度和床层体 积。
应大于30。 塔式反应器：高大的圆筒体内安装塔板或填料。 固定床反应器：管式反应器或塔式反应器内填充催化剂固体颗粒。 流化床反应器：将细小催化剂颗粒在管式或塔式反应器内借流体自
下而上的鼓动作用，使之悬浮在反应器中。
二、按反应物料的相态分类 有均相反应器和非均相反应器
三、按操作方法分： 间歇操作、连续操作和半间歇操作
的物质传递和反应过程是串联的。
连续反应器：物料以一定流速连中加入物料，但连续续送入 反应器，同时反应产物又连续从反应器中流出。
§5.2间歇操作搅拌釜
主要是进行恒温恒容反应的反应器。其特征：反应过程中， 反应物浓度随时间变化。
反应时间是设计反应器的重要依据
一、等温间歇操作的反应时间
反应的转化率和反应时间的关系：
通气管应插入在搅拌桨下面，气体则由搅拌釜下的中央管口或 环形分布管口排山。 b:为促进釜内物料和釜壁间的传热，以及需除占粘附于釜壁 的沉淀或粘稠液体，则可采用锚式或框式搅拌釜.
定常态条件下，固定床中进行绝热催化反应，其物料衡算式 、热量衡算式和动量衡算式如下:
5-21 5-22 5-23
其中:ε为催化剂床层空隙率, f ` 为摩擦系数,量纲为1.
式中:
为修正的雷诺数,代入5-23得:
(up2)(dLs)1 (3)1 Re5M01.75
5-24
上述数学模型为固定床反应器的设计方程。在设计时数学模 型的运算并不困难，如果用机算机，则更为方便，可以求出 不同工艺条件和不同工艺要求时的催化剂床层高度和床层体 积。
应大于30。 塔式反应器：高大的圆筒体内安装塔板或填料。 固定床反应器：管式反应器或塔式反应器内填充催化剂固体颗粒。 流化床反应器：将细小催化剂颗粒在管式或塔式反应器内借流体自
下而上的鼓动作用，使之悬浮在反应器中。
二、按反应物料的相态分类 有均相反应器和非均相反应器
三、按操作方法分： 间歇操作、连续操作和半间歇操作
的物质传递和反应过程是串联的。
连续反应器：物料以一定流速连中加入物料，但连续续送入 反应器，同时反应产物又连续从反应器中流出。
§5.2间歇操作搅拌釜
主要是进行恒温恒容反应的反应器。其特征：反应过程中， 反应物浓度随时间变化。
反应时间是设计反应器的重要依据
一、等温间歇操作的反应时间
反应的转化率和反应时间的关系：
化学反应工程全套课件完整版ppt全册电子教案
04
动力学方程式
定量描述反应速
率与影响因素之
间的关系式。
反应速率与影响反应
速率的影响因素之
间的函数表达式
r f (T、c)
均相反应：本征动力学方程
非均相反应：宏观动力学方程
反应速率
定义:在反应系统中，某一物质在单位时间，单位反 应体系内的变化量。
变化量
反应速率
反应时间 （反应体系）
注意：
1、上述定义无论对反应物和产物均成立。
若为反应物则为消失速度 .
若为产物则为生成速度.
1 dnA
V dt
1 dni
ri
V dt
(rA )
反应速率
2、反应速率恒为正值
1 dni
ri
V dt
3、速度的表示形式和化学计量系数有关
对于 A A B B P P S S
05
工业指标
反 应 程 度
对于下列化学反应：
AA BB RR S S
初始：
某一时刻：
nA0
nA
nB0
nB
nR0
nR
ns0
ns
反应的量 nA- nA0 <0 nB- nB0 <0 nR- nR0＞0 nS- nS0＞0
其中 为化学计量系数。对反应物而言为“－”，对生成物而
I
言为“＋”。
3. 示踪剂必须是能用简便而又精
确的方法加以确定的物质
4.示踪剂尽量选用无毒、不燃、无
腐蚀、价格便宜的物质
示
踪
物
的
选
择
03
反应器流体流动
脉冲法
过 程：
在反应器中流体达到定态流动后，在极短的时间内将示踪物注入进料中，然后立刻
反应器基本理论
自催化反应 复杂反应
可控制在最佳浓度下操作
反应物浓度高有利于副 反应进行时
有利！
返混对连串副反应是有利还是不利的因素？
5. 各种不同反应器中时间的概念 （1）平均停留时间
物料流过反应器所需要的时间
连续反应器中 的液相反应
反应器的有效容积
物料的体积流量
反应器几何容 积中，用于反 应的体积。
反应器内（T、P） 下的体积流量
r=k[NO2][CO] 式中r为反应速率，[NO2]、[ CO]分别
为反应物NO2和CO的浓度，k称为反应的速率常数。根据质
量作用定律，基元反应的级数与反应的分子数是相等的。
3. 温度对反应速率的影响
从阿累尼乌斯方程可看出： 反应速率对温度敏感的程度取决于E的大小
4. 转化率、收率和选择性
转化率 X--针对反应物而言
第一章 反应器基本理论
第一节 理想反应器 一、基本的反应器型式 二、连续操作反应器的流动特性——返混 三、理性反应器
一、基本的反应器形式
间歇操作的搅拌釜
Batch Stirred Tank Reactor (BSTR)
特点：物料一次加入，一起放出，全部物料t相同时，T，n 可以达到均匀一致，反应物料的温度和浓度等操作参数随时 间而变，不随空间位置而变。
选择性S，其定义为
同一原料经几种不同反应可生成不同产物时，可用消耗的原料 中转变为特定产物的分率表示，即用实际生成的特定产物之摩 尔数除以所耗用的原料在理论上能生成的同一产物之摩尔数
例：甲苯（M=92）用浓硫酸磺化制备对甲苯磺酸，甲苯投
料量为184kg，反应产物中含对甲苯磺酸258kg，未反应的
甲苯18.4kg，则甲苯的转化率为 (184-18.4) /184 ，对