反应器
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。
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。
简述生物反应器的分类
简述生物反应器的分类
生物反应器是生物学和工程学的重要研究领域之一，其主要目的是将生物材料作为反应器，实现特定的生化过程和反应。
为了更好地研究和理解生物反应器，一般将其分为大气反应器、液体反应器和固体反应器三大类。
一、气反应器
大气反应器是指以空气为反应培养介质的生物反应器。
它们可以用于特定的气体控制反应，如氧气氧化反应和氨气气气反应。
这类反应器的特点是可以控制好气体浓度，而且可以耐受冗余气体的存在，这是其它类型反应器所不能比拟的。
二、体反应器
液体反应器是以液体为反应介质的生物反应器。
其特点是可以实现复杂的生化反应，也可以有效地控制物质的输入和输出。
细胞催化和酶催化反应在液体反应器中常常被采用，并且可以实现高灵敏度和高反应率，同时具有较高的适应性特点。
三、体反应器
固体反应器是以固体为反应介质的生物反应器。
它们通常是一个固定的填料，它可以含有大量的微生物或活性化合物，这些活性化合物能够改变物质的形状和结构，实现特定的生化反应。
固体反应器有很高的应用前景，因为它可以把微生物细胞集成在一起，因此可以实现更复杂的生化反应。
总之，生物反应器可以根据反应培养介质的不同而分为大气反应
器、液体反应器和固体反应器三大类。
每类生物反应器都有自己的优点和不足，应用于不同的环境和场合中会有不同的效果。
只有深入了解这些生物反应器，才能在更大的范围内使用它们，为科学研究提供有效的支持。
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。
反应器基本理论课件
• 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。
各种反应器特点优缺点及应用
各种反应器特点优缺点及应用反应器是化学工程中用于进行化学反应的设备。
根据不同的反应类型、工艺要求和操作条件，不同类型的反应器具有不同的特点、优缺点和应用。
下面将简要介绍几种常见的反应器及其特点、优缺点和应用。
1.批量反应器批量反应器是最简单的一种反应器，适用于小规模生产和常规实验室反应。
其特点如下：-特点：操作简单，投料灵活，适用于多种反应类型；-优点：可以实现灵活的反应过程控制，易于升级和调整；-缺点：反应过程中温度、压力和混合程度可能不均匀，反应时间较长，生产周期较长；-应用：广泛应用于实验室研究和小规模生产中，例如有机合成、催化反应等。
2.连续流动反应器连续流动反应器是在反应物连续流动的条件下进行反应的反应器，其特点如下：-特点：反应物连续流动，反应发生在管道或管束中，进出料稳定；-优点：反应时间短，反应物浓度稳定，产物纯度高，废液排放量少，能耗较低；-缺点：操作条件相对复杂，设备成本较高，不适用于反应物稳定性较差的反应；-应用：广泛应用于底物稳定性较好的化学反应，如合成化学和催化反应等。
3.管式反应器管式反应器是一种连续流动反应器，具有管状结构，反应物在管内流动进行反应。
其特点如下：-特点：反应物在直管中流动，具有较大的接触面积和较高的传热效率；-优点：反应时间短，反应速度快，能够实现高温反应和高压反应；-缺点：管内积垢和堵塞的问题较突出，操作不够灵活，难以对反应过程进行调控；-应用：广泛应用于有机合成、聚合反应、氧化反应等。
4.搅拌式反应器搅拌式反应器是一种常见的批量反应器，其特点如下：-特点：反应物在搅拌器的作用下进行混合和反应；-优点：能够实现较好的混合程度，反应均匀，温度、压力和浓度控制相对容易；-缺点：能耗较高，产物分布不均匀，反应速率受到混合效果的影响；-应用：广泛应用于有机合成、聚合反应、酯化反应等。
5.固定床反应器固定床反应器是将催化剂固定在固体床上进行反应的反应器-特点：催化剂固定，反应物流经固体床进行反应；-优点：反应过程相对稳定，操作简单，可以持续生产较长时间；-缺点：反应物质传质受到限制，催化剂活性容易降低，床层温度不易均匀；-应用：广泛应用于催化反应，如重油加氢、氯化反应等。
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。
化学反应器
化学反应器化学反应器是化学过程中一个重要的设备，它可以将原料经过离子交换、氧化还原等反应，产生新的化学物质。
在工业生产中，化学反应器被广泛用于生产化学品、药品、塑料、合成材料和燃料等领域。
本文将介绍化学反应器的结构、分类、工作原理、应用以及安全操作等方面。
一、化学反应器的结构化学反应器的主体结构包括反应釜、搅拌器、换热器、传热装置、流量计、温湿度传感器、加料泵等组成。
反应釜作为化学反应器的核心部件，是承载反应物的容器。
反应釜通常由不锈钢、玻璃钢、碳钢等材料制成，根据反应物的性质和反应条件的要求，采用不同的材料。
搅拌器是化学反应器必备的组成部分，它能够将反应物混合均匀，提高反应速率和反应效率。
搅拌器的种类很多，包括叶片式、螺旋桨式、锚式、涡轮式、磁力搅拌器等。
换热器是将反应釜内的热量释放掉的关键部分，换热器可以采用板式、管壳式、螺旋式等多种形式。
传热装置是将反应釜内的热量传递到换热器的装置，主要有夹套传热、外置传热、内置传热等形式。
二、化学反应器的分类化学反应器有许多不同的分类方法，常见的有按照反应方式分类、按照结构分类、按照加热方式分类、按照用途分类等。
按照反应方式分类，主要分为批量式反应器、连续式反应器和半批量式反应器。
批量式反应器指将一定量的反应物加入到反应釜中，然后进行反应。
这种反应器的优点是投资成本低，但是生产效率低，适合小批量生产。
连续式反应器将反应釜与加料和采样的通道相连，可以进行连续的反应。
这种反应器的优点是生产效率高，但是相对复杂，投资成本高。
半批量式反应器则是以上两种反应器的组合形式，既有批量式反应的经济效益，又具有连续式反应的高效性和生产选择的灵活性。
按照结构分类，主要分为顶部卸料反应器和底部卸料反应器。
顶部卸料反应器是指在反应釜顶部设置的卸料口，将反应物从顶部卸出，适用于处理易变质的反应物。
底部卸料反应器是指在反应釜底部设置的卸料口，将反应物从底部卸出，适用于处理稳定的反应物。
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第11页
反应器---基于物料平衡的反应器
• RYield—产率反应器
用途：
只知化学反应式和各产物间的相对产率，不知化 学计量关系。
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反应器---以化学平衡为基础的反应器
包括两类REquil（平衡反应器）和RGibbs（Gibbs 自由能最小的平衡反应器），都可用于化学平衡 和相平衡同时发生的单元操作的模拟。
第20页
反应器---以化学平衡为基础的反应器
• RGibbs规定屏中Assign Stream。
有两种选择 (1)自动指定出口物流相态； RGibbs assigns phases to outlet streams (2)使用关键组分和截尾摩尔分率指定出口物流相态； Use key components & cutoff mole fraction to assigns phas
（3）间歇釜式反应器 （RBatch)
Batch Stirred Tank Reactor ）
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反应器---动力学反应器
动力学反应器因为考虑了反应动力学, 所以必须对 其进行定义。动力学可以用一个内置模型定义, 或 用一个用户子程序定义，现有的内置模型是： 幂律模型（Power Law）
Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson
第14页
反应器---基于物料平衡的反应器 • REquil规定屏 有四组模型参数
（1）模型设定 (Specifications) （2）化学反应(Reactions) （3）收敛 (Convergence) （4）液沫夹带 (Entrainment）
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反应器---以化学平衡为基础的反应器
• RGibbs(Gibbs自由能最小的平衡反应器）
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反应器---动力学反应器
• RCSTR基本规定屏
第30页
动力学反应器---RCSTR
• RCSTR模型参数设定有两组模型参数
操作条件 (Operation Conditions) 1) 压力 (Pressure)
2)
1) 2)
温度/热负荷(Temperature/Heat Duty)
不考虑反应动力学 该类模块能求解相似的问题，但对于问题的规 定不同 允许单个反应能达到严格化学平衡
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反应器---以化学平衡为基础的反应器
• REquil
通过求解反应平衡方程进而计算化学平衡和相 平衡 不能进行三相闪蒸计算
可用于多组分物系、已知一些反应并且仅有较 少组分参加反应的情况
C, O2 RStoic
IN
2 CO + O2 --> 2 CO2 C + O2 --> CO2 2 C + O2 --> 2 CO C, O2, CO, CO2 OUT
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反应器---基于物料平衡的反应器
• RStoic规定屏 有七组模型参数
（1）模型设定 (Specifications) （2）化学反应 (Reactions) （3）燃烧 (Combustion) （4）反应器 (Heat of Reaction) （5）选择性 (Selectivity) （6）粒度分布 (PSD) （7）组分属性 (Component Attr.)
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反应器---以化学平衡为基础的反应器 • RGibbs规定屏中Product产物
(1) 系统中的所有组分都可以是产物；
RGibbs considers all components as products (2) 指定可能的产物组分； Identify possible products (3) 定义产物存在的相态。 Define phases in which products appear
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反应器---基于物料平衡的反应器
• RStoic规定屏中selectivity选择性
计算对于选定组分的选择性，其定义为
P / Areal S P, A P / Aideal
△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
第7页
反应器---基于物料平衡的反应器
• RStoic规定屏中reaction
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。
第8页
反应器---基于物料平衡的反应器
• RStoic规定屏中heat of reaction
有效相态 (Valid Phases) 设定方式 (Specification Type)
持料状态 (Holdup)
第31页
动力学反应器---RCSTR
• RCSTR模型参数持料状态 (Holdup /Specific ation Type设定方式有7个可选项
（1）反应器体积 (Reactor Volume)
（3）指定物流 (Assign Steams) （5）限制平衡 (Restricted Equilibrium)
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反应器---以化学平衡为基础的反应器
• RGibbs 基本规定屏
第18页
反应器---以化学平衡为基础的反应器
• RGibbs规定屏中specification设定操作条件、计算 选项和有效相态。
设定反应热的计算类型(Calculation type)和参照条 件(Reference condition) ： (1) 不计算反应热 (Do not calculate heat of reaction) (2) 计算反应热 (Calculate heat of reaction) (3) 用户指定反应热 (Specify heat of reaction)
es to outlet streams
第21页
反应器---化学平衡为基础的的反应器
• RGibbs反应器规定屏—惰性物
指定不参加化学反应平衡的惰性组分(Inerts)及 其不参加反应的摩尔流量(Mole flow)或分率(Fra ction)
第22页
反应器---化学平衡为基础的的反应器
• RGibbs反应器规定—限制平衡
第10页
反应器---基于物料平衡的反应器
• RYield—产率反应器
用于收率分布已ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的反应器
根据每一种产品与输入物流间的产率关系进行 反应，只考虑总质量平衡，不考虑元素平衡
RYield
1000 lb/hr Coal（煤） IN
70 lb/hr H2O 20 lb/hr CO2 60 lb/hr CO 250 lb/hr tar（焦油） 600 lb/hr char（焦碳） OUT
通过吉布斯自由能最小化来确定在产品吉布斯自由能最 小时的产品组成。可模拟单相气相或液相化学平衡、不 带化学反应的相平衡、带固体溶液相或化学平衡及同时 具有相平衡和化学平衡。
已知化学反应式，不知道反应历程和动力学可行性，
估算可能达到的化学平衡和相平衡结果。
当发生的反应未知，或由于有许多组分参与反应，致
使反应数量很多时，该模块非常有用。
RGibbs是唯一能处理固-液-汽相平衡的Aspen Plus模
块
第16页
反应器---化学平衡为基础的的反应器 • RGibbs反应器规定屏 有五组模型参数
（1）模型设定 (Specifications) （2）产物 （4）惰性物 (Products) (Inerts)
热负荷。
第28页
动力学反应器---RCSTR
• RCSTR
当反应动力学已知且反应器内物料性质与反应器出 口完全相同时采用该反应器；
允许任意数目的进料流股，所有进料流股在反应器 内完全混合； 最多允许三个产品流股：气相、液相1、液相2或者 气相、液相、自由水； 当给定反应温度时可计算反应器热负荷，或在给定 热负荷条件下计算反应温度； 可同时计算多个以速率为基础的化学反应。
第24页
反应器---化学平衡为基础的的反应器
• RGibbs反应器规定—限制平衡
有两种选择 （2）指定各个化学反应趋近平衡的温度 Individual reaction
第25页
反应器---动力学反应器
动力学反应器包含三类 （1）全混釜反应器（RCSTR） Continuous Stirred Tank （2）平推流反应器（RPlug) Plug Flow Reactor Reactor
有两种选择 （1）设定整个系统的趋近平衡温度 Entire system with temperature approa ch （2）指定各个化学反应趋近平衡的温度 Individual reaction
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反应器---化学平衡为基础的的反应器
• RGibbs反应器规定—限制平衡
有两种选择 （1）设定整个系统的趋近平衡温度 Entire system with temperature approa ch
反应器及其他常用模块
• Aspen中的单元操作模型
• • • • • • • • • • 混合器/分流器（Mixers/Splitters） 分离器(Separators) 换热器(Heat Exchangers) 塔(Columns) 反应器(Reactors) 压力变换器(Pressure Changers) 操作器(Manipulators) 固体(Solids) 用户模型(Users) 概念设计(Conceptual Design)
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反应器及其他常用模块
Reators (反应器)