化学反应器分类
化学反应器
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传热介质
❖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℃
多段绝热式固定床反应器
绝热式固定床反应器可分为轴向反应 器和径向反应器。
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绝热式固定床反应器
❖ （1）轴向反应器 ❖ 它的结构简单，在器
内下部装有栅板，催化 剂均匀堆置于床内，床 内没有换热装置，物料 进口处有保证气流均匀 分布的气体分布器，预 热到一定温度的反应气 体自上而下通过床层进 行反应。
传动装置
搅拌反应器 传动装置
1—电动机； 2—减速器； 3—联轴器； 4—机座； 5—轴封装置； 6—底座； 7—封头； 8—搅拌轴；
釜式反应器
❖ (2)电动机 ❖ 电动机的安装一般有如图所示的几种型式，选用时可根
据所选的减速机和机架对电动机安装位置的安排确定。
（a）B3型
（d）V1型
电动机的安装型式
原料气
剂床层与外界没有热量交换。气体从
上而下通过催化剂床层。 结构简单，床层横截面温度均匀。单
催化剂
位体积内催化剂量大，即生产能力大。
但只适用于热效应不大的反应。
产物57
单段绝热式固定床反应器
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） 冷激，以控制反应温度在一定 的范围内 。
❖ 但若应用在需要较高转化率的工艺要求时，有 需要较大容积的缺点。通常在操作条件比较缓 和的情况下，如常压、温度较低且低于物料沸 点时，釜式反应器的应用最为普遍。
化工反应设备
反应设备的类型在化工生产中，化学反应的种类很多，操作条件差异很大，物料的聚集状态也各不相同，使用反应器的种类也是多种多样。
一般可按用途、操作方式、结构型式等进行分类，最常见的是按结构型式分类，可分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。
1.管式反应器简介：管式反应器一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。
这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。
反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。
通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200（液体），物料的流动可近似地视为平推流特征：管式反应器是由多根细管串联或并联而构成的一种反应器，通常管式反应器的长度和直径之比大于50-100.。
管式反应器在实际应用中，多数采用连续操作，少数采用半连续操作，使用间隙操作的极为罕见。
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与理想流体。
（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适。
应用：由于管式反应器能承受较高的压力，故用于加压反应尤为合适，例如油脂或脂肪酸加氢生产高碳醇、裂解反应用的管式炉便是管式反应器。
随着化工生产越来越趋于大型化、连续化、自动化，连续操作的管式反应器在生产中使用越来越多，某些传统上一直使用间歇搅拌釜的高分子聚合反应，目前也开始改用连续操作的管式反应器。
反应器类型
反应器类型管式反应器、固定床，流化床1、管式反应器一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。
这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。
反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。
通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200（液体），物料的流动可近似地视为平推流（见流动模型）（见彩图）。
管式反应器返混小，因而容积效率（单位容积生产能力）高，对要求转化率较高或有串联副反应的场合尤为适用。
此外，管式反应器可实现分段温度控制。
其主要缺点是，反应速率很低时所需管道过长，工业上不易实现。
管式反应器与釜式反应器还是有差异的，至于是否可以换回还要看你的反应的工艺要求和反应过程如何，一般的说，管式反应器属于平推流反应器，釜式反应器属于全混流反应器，你的反应过程对平推流和全混流的反应有无具体的要求？管式反应器的停留时间一般要短一些，而釜式反应器的停留时间一般要长一些，从移走反应热来说，管式反应器要难一些，而釜式反应器容易一些，可以在釜外设夹套或釜内设盘管解决，你的这种情况，能否可以考虑管式加釜的混合反应进行，即釜式反应器底部出口物料通过外循环进入管式反应器再返回到釜式反应器，可以在管式反应器后设置外循环冷却器来控制温度，反应原料从管式反应器的进口或外循环泵的进口进入，反应完成后的物料从釜式反应器的上部溢流出来，这样两种反应器都用了进去。
2、固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。
固体物通常呈颗粒状，粒径2～15mm左右,堆积成一定高度（或厚度）的床层。
床层静止不动，流体通过床层进行反应。
它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。
固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。
化学反应器
化学反应器化学反应器是实现反应过程的设备。
化工生产过程的核心装置，也是最多而杂的部分，广泛应用于化工、炼油、冶金、轻工等工业部门。
目录分类特点操作方式生产步骤分类按操作方式分类：1、间歇操作反应器在反应之前将原材料一次性加入反应器中，直到反应达到规定的转化率，即得反应物，通常带有搅拌器的釜式反应器优点：操作弹性大，重要用于小批量生产2、连续操作反应器反应物连续加入反应器产物连续引出反应器，属于稳态过程，可以采纳釜式、管式和塔式反应器优点：适合于大规模的工业生产，生产本领较强，产品质量稳定易于实现自动化操作。
3、半连续操作反应器预先将部分反应物在反应前一次加入反应器，其余的反应物在反应过程中连续或断连续加入，或者在反应过程中将某种产物连续地从反应器中取出，属于非稳态过程优点：反应不太快，温度易于掌控，有利于提高可逆反应的转化率按流体流动及混合型式分类：1、平推流反应器物料在长径比很大的管式反应器中流动时，假如反应器中每一微元体积里的流体以相同的速度向前移动，此时在流体的流动方向不存在返混，这就是平推流。
特点：各物料微元通过反应器的停留时间相同,物料在反应器中沿流动方向逐段向前移动，无返混，物料构成和温度等参数沿管程递变，但是每一个截面上物料构成和温度等参数在时间进程中不变，连续稳态操作，结构为管式结构。
2、理想混合流反应器反应器的物料微元与器内原有的物料微元瞬间能充分混合（反应器中的猛烈搅拌），反应器中各点浓度相等不随时间变化。
特点：各物料微元在反应器的停留时间不相同，物料充分混合，返混最严重，反应器中各点物料构成和温度相同，不随时间变化，连续搅拌釜式反应器3、非理想混合流反应器实际反应器，重要是由于工业生产中在反应器中的死角、沟流、旁路、短路及不均匀的速度分布使物料流动型态偏离理想流动。
特点1、催化剂不易磨损2、较少量催化剂可获较大生产本领3、有利于达到高的选择性和转化率4、传热较差5、催化剂的更换必需停车6、催化剂应有较长的寿命操作方式化学反应器有三种操作方式：间歇（分批）式、连续式和半连续（半间歇）式。
反应器
制造加氢反应器的常用材料 制造加氢反应器的常用材料一般为Cr-Mo钢系， 因为这些钢材既具有优良的抗高温氢腐蚀性能， 又有良好的短时和长时高温力学性能。根据不同 的温度和压力，一般都选用 1Cr-0.5Mo； 1.25Cr-0.5Mo； 2.25Cr-1Mo； 2.25Cr-1Mo 0.25V； 3Cr-1Mo 0.25V；
热壁加氢反应器的 主要损伤形式
热壁加氢反应器由于器壁直接与高温、 高压含氢或氢与硫化氢介质接触，操作条 件相当苛刻，可能引起下列损伤： 1）高温氢腐蚀 2）氢脆 3）硫化物应力腐蚀开裂 4）铬-钼钢回火脆性破坏 5）奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离现象
1）高温氢腐蚀 一是表面脱碳。表面产生裂纹，一般影响 很轻； 二是内部脱碳与开裂。它是由于氢侵入扩 散到钢中与固溶碳或不稳定的碳化物发生 化学反应，生成甲烷 Fe3C + 2H2 → CH4 + 3Fe 。 而甲烷不能逸出钢外，就聚集在晶界空 穴和夹杂物附近，形成很高的局部应力， 导致钢材产生龟裂、裂纹和鼓泡，并使强 度、延性和韧性显著下降。
2）氢脆 氢脆是氢残留在钢中所引起的脆化现象。 产生了氢脆的钢材，其延伸率和断面收缩 率显著下降。这是由于侵入钢中的原子氢 使结晶的原子结合力变弱，或者作为分子 状在晶界或夹杂物周边上析出的结果。但 是，对于已经产生氢脆现象的钢材，当给 予特定的条件时，氢仍可从钢中释放出来， 使钢的性能得到恢复，所以氢脆是可逆的， 也称为一次脆化现象。
防治措施： 1、用合适的材料是有效的方法之一； 2、要尽量消除或减轻由于冷加工和焊接引 起的残余应力，并希望能够加工成不形成 应力集中或尽可能小的结构； 3、使用上应采取缓和环境条件的措施，如 抑制连多硫酸生成，采取用干燥氮气吹扫， 除去空气和防止水蒸汽析出。或碱洗方法， 中和可能生成的连多硫酸，值得注意的是 碱洗后不能再用水冲洗。
化学反应工程
化学反应和反应器的分类（四种）： 一、 按反应系统涉及的相态分类：均相反应、非均相反应 二、 按操作方式分类：间歇操作、连续操作、半连续操作 三、 按反应器型式来分类：管式反应器（长径比大于30）、槽式反应器（高径比为1—3）、塔式反应器（高径比在3—30）四、 按传热条件分类：等温反应器、绝热反应器、非等温、非绝热反应器 化学反应工程的基本研究方法：数学模型法 反应程度/进度：II I αξn n -=()()0S R B A =++-+-s r b an I 为参与反应的任意组分I 的摩尔数，αI 为其计量系数，n I0为起始时刻组分I 的摩尔数。
转化率（关键组分A ）A0A 0A A A n n n A x -==组分的起始量组分量转化了的A,00A c c c A -= ξαA0AA n x -=化学反应速率：单位反应体积内反应程度随时间的变化率。
13s m mol d d 1--⋅=tV r ξ 13AA s m mol d d 1--⋅-=-tn V r n m c c k r B A c A =- 均相反应的速率是反应物系组成、温度和压力的函数 阿累尼乌斯关系: RTE k k -=ec0c ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=T R E k k 1ln ln 0半衰期:反应转化率达到50%所需要的时间 二级反应：0A 211kc t =停留时间又称接触时间，用于连续流动反应器，指流体微元从反应器入口到出口经历的时间。
空间时间τRV V =τ （反应器有效容积V R 与流体特征体积流率V 0之比值） 空速S V 1R 0V h 1-==τV V S （在单位时间内投入单位有效反应器容积内的物料体积）标准空速 1RNO V h -=V V S 简单混合：停留时间相同（反应程度、反应前后物料相同）的物料之间的混合 返混：停留时间不同（组成、反应程度、反应速率不同）的物料之间的混合 按返混情况不同反应器被分为以下四种类型: 1. 间歇反应器 (物料之间的简单混合，不存在返混、有搅拌、釜式、间歇操作) 反应时间()⎰⎰'-==ArR A AA00r d d x t V r x n t t 恒容条件下 ()A 0A A 1x c c -= h化简：()()⎰⎰--=-=A A0AAAA A A0r d d c c x r c r x c t F A : kmol.h -1 C A0 : kmol.m -3反应器有效容积 ()t t V V C F V '+=''='r 0RA0AR或 反应器总体积ϕR R V V '= φ：装填系数 2.平推流/活塞流反应器 PFR (不存在返混、没有搅拌、管式、连续操作)β=0⎰-==A 0A A 0A 0R d x r x c V V τ 恒容过程：⎰--==2A 1A A A 0R d c c r c V V τ ⎰-==A 0AA0A 0A R d x r x c F V τ3. 全混流反应器 CSTR (返混达最大值) β→∞()f A 1A Af 0A 0R r x x c V V --==τ 恒容过程：()f A Af A1r c c --=τ =A0R F V τ/ 0A c4.非理想流反应器 (物料返混程度介于平推流反应器及全混流反应器之间) 0<β<∞变容反应过程: 1. 膨胀因子 ()A IA ααδ-=∑ (关键组份A 的膨胀因子等于反应计量系数的代数和除以A 组分计量系数的相反数) AA0A δεy =2. 膨胀率1A A A A ===-=x x x V V V ε (A 组分的膨胀率等于物系中A 组分完全转化所引起的体积变化除以物系的初始体积。
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。
化学反应器()资料
反应器 类型 塔式
单管、多管 并联
由圆形空 管构成。这种反
应器可以很长， 如丙烯二聚的反 应器管长以公里 计
形状特点 圆柱状，
应用举例 氨水碳化 反应 30
3﹤ H/D ﹤ ，内有塔件
形状特点 应用举例 反应器 类型 圆柱状， 固定床 氨的合成 式 内有流体分布装 置和固定支撑装 置
如列管式固定床反应器
（等温、非等温）
按是否换热及换热方式分
（绝热式、外热式、自热 式3种。）
1.按结构外形分类
釜式、管式、塔式、 固定床和流化床式。
（1）反应器外形结构分类
形状特点 应用举例 反应器 类型 釜式 圆柱状，高（H） 乙醇和乙 径（D）比较小。 酸合成乙 由反应容器、搅 酸乙酯反 拌器及传动系统、 H/D﹤3，内有 冷却装置、安全 应。 装置、加热炉等 搅拌器 组成。
半间歇 反应物和产物的 式 一部分连续加入 或卸出连续
反应时间长、产 氨水吸收二 物浓度要求较高 氧化碳生成 碳酸氢铵
4.按温度条件和传热方式
（等温、ห้องสมุดไป่ตู้等温）
按是否换热及换热方式分
（绝热式、外热式、自热 式3种。）
反应器按是否换热及换热方式分类表 种 类
特
点
适 用 场 合
绝热式
反应过程不换热 热效应小、反应 允许一定的温度 变化
实验室反应釜
封头法兰结构磁力驱动反 应釜 特点： 开式结构，釜盖重量小， 釜盖开启方便，适于压力 较低，容积较小的场合。 主要技术参数： 容积：50～2000L 最高工 作压力：6.4MPa 最高工作 温度：400℃ 搅拌转速：0～500rpm，可 变频调速 温度控制：可自 动控温
材料：各种不锈钢及其复 合材料，钛、镍复合材料等。 加热方式：根据用户要求 选定。冷却方式：夹套冷 却或内部盘管冷却
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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。
气液反应器主要用于气体与液体反应的化学反应器。
其主要优点是反应速度较快，反应效率高，并且反应条件容易控制。
7、微波反应器
微波反应器是一种利用微波辐射来进行化学反应的设备，它的主要特点是反应速度很快，反应效率高，并且能够在较低的温度下实现反应。
但是，由于微波辐射的特性，其反应规模较小，无法适应大规模生产。
综上所述，随着科技的不断进步和化学工程的不断发展，我们可以预见，不同类型的化学反应器将会在工业中得到更广泛的应用。