反应器设计PPT课件
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《生物反应器》课件
。
新药研发中的应用实例
01
药物筛选
利用生物反应器进行药物筛选， 寻找具有药效的化合物或微生物 。
药物合成
02
03
药物改造
通过生物反应器合成药物，如蛋 白质、多糖等，提高药物的生产 效率和纯度。
利用生物反应器对药物进行改造 ，如蛋白质工程、基因工程等， 提高药物的疗效和安全性。
05
生物反应器的发展趋势与挑战
生产成本
生物反应器的生产成本较高，需要采取有效措施降低成本，提高经济 效益。
人才短缺
生物反应器技术的发展需要大量的专业人才和技术工人，但目前市场 上相关人才短缺，制约了产业的发展。
生物反应器的未来展望
广泛应用
随着生物技术的不断发展和 应用领域的扩大，生物反应 器将在医药、食品、化工等 领域得到更广泛的应用。
生物反应器应能高效地进行生物反应，确保 高转化率和产物浓度。
适应性原则
生物反应器应能适应不同的生物反应需求， 具备灵活性和可扩展性。
稳定性原则
生物反应器应具备稳定的操作性能，保证反 应的连续性和可靠性。
易于维护原则
生物反应器应便于清洁、维修和保养，降低 运营成本。
生物反应器的优化目标
提高转化率
通过优化反应条件和操作参数，提高生物反 应的效率。
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01
温度
维持适宜的温度，保证微生物的正 常生长和代谢。
溶解氧
维持适宜的溶解氧浓度，以满足微 生物的需氧需求。
03
02
pH值
维持适宜的pH值，保证微生物的正 常生长和代谢。
底物浓度
控制底物浓度，以调节微生物的生 长和产物生成。
04
生物反应器的效率评估
反应器放大设计课件
求取b 值是几何相似放大的核心。
反应器放大设计
12
常用的几何相似放大准则
着眼的过程
放大过程中需保持恒等的量（准则）
1. 均一系混合速度
(Qd/V)0.33 Pv0.16(与N0.81d0.32等效)
2. 分散相混合速度
Pv0.5~1.1
3. 对应的流速一定
Nd
4. 同一液滴直径
N3d2(与Pv等效)
➢ 取不同的放大准则可使过程能耗相差很大，必须予以重视。
➢ 保持Qd／V 恒定（即翻转次数恒定）的放大法是最耗能的放大法。
而保持Re恒定，一般不能重现过程结果。
➢ 实用的放大法是保持Pv恒定或Nd恒定，或取二者之间。
反应器放大设计
16
反应器传热能力变化(湍流)
槽径 放大 倍数
3 5 10 r
N3d2恒定
5. 使液滴分散的最小转速 N d1.1
6. 相际传质速度
N3 d2
7. 固液悬浮
Nd或N4 d3
8. 溶解速度
(Qd/V)0.24 Pv0.11或N3 d2
反应器放大设计
13
问题的提出：
• 反应器选型与设计强烈依赖经验和实 验，对其的优劣很难用理论预测。
• 逐级放大来以达到搅拌设备被要求的 传质、传热和混合，周期长、耗费大。
• 对釜的长径比、桨径/槽径比、叶片宽/槽径 比、叶片截面形状对NP、NC的影响，以及夹 套和内冷管的传热作了系统的研究。
反应器放大设计
29
混合参数的冷模研究
叶片截面 d/D
板截面 0.5
园角矩形 0.5
椭园
0.5
扁园
0.5
三叶后掠式叶轮的特性参数
b/D
反应器放大设计
12
常用的几何相似放大准则
着眼的过程
放大过程中需保持恒等的量（准则）
1. 均一系混合速度
(Qd/V)0.33 Pv0.16(与N0.81d0.32等效)
2. 分散相混合速度
Pv0.5~1.1
3. 对应的流速一定
Nd
4. 同一液滴直径
N3d2(与Pv等效)
➢ 取不同的放大准则可使过程能耗相差很大，必须予以重视。
➢ 保持Qd／V 恒定（即翻转次数恒定）的放大法是最耗能的放大法。
而保持Re恒定，一般不能重现过程结果。
➢ 实用的放大法是保持Pv恒定或Nd恒定，或取二者之间。
反应器放大设计
16
反应器传热能力变化(湍流)
槽径 放大 倍数
3 5 10 r
N3d2恒定
5. 使液滴分散的最小转速 N d1.1
6. 相际传质速度
N3 d2
7. 固液悬浮
Nd或N4 d3
8. 溶解速度
(Qd/V)0.24 Pv0.11或N3 d2
反应器放大设计
13
问题的提出：
• 反应器选型与设计强烈依赖经验和实 验，对其的优劣很难用理论预测。
• 逐级放大来以达到搅拌设备被要求的 传质、传热和混合，周期长、耗费大。
• 对釜的长径比、桨径/槽径比、叶片宽/槽径 比、叶片截面形状对NP、NC的影响，以及夹 套和内冷管的传热作了系统的研究。
反应器放大设计
29
混合参数的冷模研究
叶片截面 d/D
板截面 0.5
园角矩形 0.5
椭园
0.5
扁园
0.5
三叶后掠式叶轮的特性参数
b/D
多相催化反应器的设计和分析课件
8
3.压力降计算公式
流 颗粒的粘滞曳力 动 阻 力 局部阻力
p
f
Lr
u
2
0
1
ds 3
150 f 1.75
Re
Re dsu0 1 1
ds
6Vp ap
影响最大的因素: u0、
9
7.1.2.质量和热量的轴向扩散
（1）R轴e 向d质pu扩散的10贝克莱Pe数m=2((P气e体a )m)/0.3d～Dpau1(液体)
对于固定床反应器，一般有以下模型: 一维: 参数只随轴向位置而变。
一维拟均相平推流模型
二维: 参数随轴向和径向位置而变
一维拟均相带有轴向返混的模型
拟均相: 流相和固相结合，视为同一相
二维拟均相模型
非均相: 流相和固相分别考虑。
二维非均相模型
平推流: 不考虑轴向返混。
…………
带有轴向返混的模型: 在平推流模型的 基础上叠加了轴向返混。
14
小结 轴向:
等温时，若用N个等体积的全混釜来描述固定床内 气体的流动状况，则N等于50或更大。
对工业固定床反应器，大多数Lr/dp值远大于50， 故可采用活塞流模型表示等温固定床内气体的流动状 况。
轴向扩散： N Lr
dp
非等温时，以Lr/dp值大于150作为准则较稳妥。 径向:
若用N个等体积的全混釜来描述固定床内气体的流 径向扩散：
7 多相催化反应器的设计与分析
Design and Analysis of Multiphase Catalytic Reactor
1
7 多相催化反应器的设计与分析
Contents
① 固定床内的传递现象
② 固定床反应器的数学模型
3.压力降计算公式
流 颗粒的粘滞曳力 动 阻 力 局部阻力
p
f
Lr
u
2
0
1
ds 3
150 f 1.75
Re
Re dsu0 1 1
ds
6Vp ap
影响最大的因素: u0、
9
7.1.2.质量和热量的轴向扩散
（1）R轴e 向d质pu扩散的10贝克莱Pe数m=2((P气e体a )m)/0.3d～Dpau1(液体)
对于固定床反应器，一般有以下模型: 一维: 参数只随轴向位置而变。
一维拟均相平推流模型
二维: 参数随轴向和径向位置而变
一维拟均相带有轴向返混的模型
拟均相: 流相和固相结合，视为同一相
二维拟均相模型
非均相: 流相和固相分别考虑。
二维非均相模型
平推流: 不考虑轴向返混。
…………
带有轴向返混的模型: 在平推流模型的 基础上叠加了轴向返混。
14
小结 轴向:
等温时，若用N个等体积的全混釜来描述固定床内 气体的流动状况，则N等于50或更大。
对工业固定床反应器，大多数Lr/dp值远大于50， 故可采用活塞流模型表示等温固定床内气体的流动状 况。
轴向扩散： N Lr
dp
非等温时，以Lr/dp值大于150作为准则较稳妥。 径向:
若用N个等体积的全混釜来描述固定床内气体的流 径向扩散：
7 多相催化反应器的设计与分析
Design and Analysis of Multiphase Catalytic Reactor
1
7 多相催化反应器的设计与分析
Contents
① 固定床内的传递现象
② 固定床反应器的数学模型
环氧丙烷反应器的设计PPT课件
9
TS-1质量分数的影响
2021
10
2021
11
反应温度的影响
2021
12
2021
13
结论
2021
14
对于反应取上述反应条件时，其动力学 方程为：
2021
15
平推流反应器的设计方程
c
A0
xA 0
dxA rA
当反应温度为60℃时
r 0.0179 H2O2
2021
16
用Aspen模拟时的物流进料参数
2021
21
环氧丙烷反应器的设计
➢环氧丙烷的制备方法 ➢HPPO法环氧丙烷的动力学研究 ➢设计反应器的原理及思路 ➢反应器操作方法
2021
1
环氧丙烷的制备方法
环氧丙烷PO的生产工艺较多，目前国内外已 工业化的主要有：氯醇化法、共氧化法和过 氧化氢氧化法(简称HPPO法)，其中共氧化法 又可以分为乙苯法和异丁烷法两种。根据 2007年世界PO生产能力统计，氯醇化法占总 生产能力的40.3%，共氧化法占51.5%，HPPO 法占5%。在共氧化法中，乙苯法占世界总生 产能力的24.9%，异丁烷法占26.6%。
氧化法
腐蚀；废水量小，环境污染小；
无联产品；装置投资少
过氧化
工程流程简单；产品收率
须解决过氧化氢的供应问题
氢 直 接 氧 化 高；无副产品；无污染，属环
法
境友好工艺
2021
3
HPPO法环氧丙烷动力学研究
2021
4
2021
5
反应压力的影响
2021
6
2021021
8
2021
2021
2
表 5-1 氯醇法、共氧化法、CHP 法和 HPPO 法技术优缺点对比
管式-反应器ppt课件
二、管式反应器的结构
反应器的结构可以是单管， 也可以是多管并联；可以是空 管，也可以是在管内填充颗粒 状催化剂的填充管。
它包括直管、弯 管、密封环、法兰及 紧固件、温度补偿器、 传热夹套及联络管和 机架等几部分。
三、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、根据是否存在填充剂可分为空管 和填充管。
• 3、根据管式反应器的连接方式可以 分为串联管式反应器和并联管式反应 器。
• 4、根据反应器放置方式可分为横管 式反应器和竖管式反应器
五、应用
1、多管串联结构的管式反 应器，一般用于气相反应和 气液相反应。例如烃类裂解 反应和乙烯液相氧化制乙醛 反应。
管式裂解炉
用于烃类裂解制乙烯及其相关产品 的一种生产设备，为目前世界上大型 石油化工厂所普遍采用。
目前国际上应用较广的管式裂解炉 有短停留时间炉、超选择性炉、林德西拉斯炉、超短停留时间炉。
大型石油化工厂管式裂解炉
乙烯裂解炉加料控制过程
2、 多管并联结构的管式反应器， 一般用于气固相反应。例如气相氮 和氢混合物在多管并联装有固相铁 催化剂中合成氨，气相氯化氢和乙 炔在多管并联装有固相催化剂中反 应制氯乙烯。
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理想管式反应器
人们设想了一种理想流动，即 假设在反应器内具有严格均匀的 速度分布，且轴向没有任何混合。 这是一种不存在的理想化流动。 管式反应器当管长远大于管径时， 比较接近这种理想流动，通常称 为理想管式反应器。
传热方式
《生物反应器》课件
生物反应器的设计
REPORTING
生物反应器的结构设计
结构设计原则
生物反应器的结构设计应遵循简 单、稳定、高效的原则，确保工 艺流程的顺畅和生产效率的提高
。
结构种类
常见的生物反应器结构包括搅拌槽 式、固定床式、流化床式、膜式等 ，应根据生产需求和工艺特点选择 合适的结构形式。
结构设计要素
结构设计需考虑进出料、换热、消 泡、搅拌等装置的配置，以及反应 器容积和放大效应等因素。
PART 04
生物反应器的应用实例
REPORTING
工业生产中的应用实例
微生物发酵
利用生物反应器进行微生 物发酵，生产酒精、抗生 素、酶制剂等产品。
动物细胞培养
通过生物反应器大规模培 养动物细胞，生产疫苗、 单克隆抗体等生物药物。
植物细胞培养
利用生物反应器进行植物 细胞培养，生产天然植物 次生代谢产物。
生物反应器的应用领域
生物制药
用于生产各类抗体、疫 苗、细胞因子等生物药
物。
农业领域
用于植物细胞培养、动 物细胞培养等，以生产
转基因作物和动物。
环保领域
用于处理废水、废气等 环境污染问题，以及资
源回收和再利用。
食品工业
用于生产各类食品添加 剂、调味品、酶制剂等
。
PART 02
生物反应器的工作原理
REPORTING
定律。
酶的活性受到温度、pH值、底物浓度等多种因素的 影响，因此在生物反应器的操作过程中需要密切关注
这些参数的变化。
生物反应器的物质转化涉及到各种化学物质的 合成和分解过程，这些过程通常是由酶催化的 。
酶是生物反应器中最重要的物质转化催化剂之一 ，它能够加速化学反应的速率并降低活化能。
REPORTING
生物反应器的结构设计
结构设计原则
生物反应器的结构设计应遵循简 单、稳定、高效的原则，确保工 艺流程的顺畅和生产效率的提高
。
结构种类
常见的生物反应器结构包括搅拌槽 式、固定床式、流化床式、膜式等 ，应根据生产需求和工艺特点选择 合适的结构形式。
结构设计要素
结构设计需考虑进出料、换热、消 泡、搅拌等装置的配置，以及反应 器容积和放大效应等因素。
PART 04
生物反应器的应用实例
REPORTING
工业生产中的应用实例
微生物发酵
利用生物反应器进行微生 物发酵，生产酒精、抗生 素、酶制剂等产品。
动物细胞培养
通过生物反应器大规模培 养动物细胞，生产疫苗、 单克隆抗体等生物药物。
植物细胞培养
利用生物反应器进行植物 细胞培养，生产天然植物 次生代谢产物。
生物反应器的应用领域
生物制药
用于生产各类抗体、疫 苗、细胞因子等生物药
物。
农业领域
用于植物细胞培养、动 物细胞培养等，以生产
转基因作物和动物。
环保领域
用于处理废水、废气等 环境污染问题，以及资
源回收和再利用。
食品工业
用于生产各类食品添加 剂、调味品、酶制剂等
。
PART 02
生物反应器的工作原理
REPORTING
定律。
酶的活性受到温度、pH值、底物浓度等多种因素的 影响，因此在生物反应器的操作过程中需要密切关注
这些参数的变化。
生物反应器的物质转化涉及到各种化学物质的 合成和分解过程，这些过程通常是由酶催化的 。
酶是生物反应器中最重要的物质转化催化剂之一 ，它能够加速化学反应的速率并降低活化能。
光催化反应器的设计ppt课件
3.展望
➢ 磁场的电路设计还需进一步研讨优化。 ➢ 对多相体系的光辐射模型做更多的研讨， 将构造更加优化，使得光催化效率更高。 ➢ 目前，对光催化反响器的研讨还仅仅 限于实验室研讨，还需更多的研讨为它的 工业化运用指明方向。 ➢
致谢
本次设计中教师给予了我很大的协助， 经常讯问设计进度，对于设计中存在的问 题及时指出并纠正，最后使我能顺利完成 设计义务，在这里再次对教师表示赞赏。
2.1设计思绪
本设计针对三相态的反响液，结合悬浮 式和负载式两种反响器的优点，选用一种磁 性负载式催化剂，建立磁场，设计出三相内 循环可磁性分别的光催化反响器。
2.2光催化反响器的设计要素
光
反响器的几何外形
催
化 反
催化剂存在的形状
响
器 的
光源
设
计
设备选型
要
素
尺寸计算
2.3光催化反响器的构造设计
根据电生磁的 原理，将一条的金 属导线在反响器外 壁上沿一个方向缠 绕起来，构成螺线 管，通电流，可产 生磁场。
反响区 沉降区 底部 反响器
R
50mm 75mm 50mm 75mm
H
275mm 275mm 50mm 415mm
V
5 mL 1649 mL 425 mL 6144 mL
光催化反响器的尺寸标注如下：
4.光催化反响器的优势
圆柱形的几何外形，中灯外反响区的构造， 使得反响器内的光照均匀，光能利用率大； 气体分布器使得催化剂悬浮于反响液中，与 反响液接触充分，催化效率高； 磁场的建立使得催化剂的分别回收方便； 内循环的设置使得反响的停留时间加大，增 大反响效率； 反响器可延续循环处置反响液。
悬浮式光催化反响器 负载式光催化反响 器
均相反应器设计优秀课件
CA
CA0 C
3.4 组合反应器
•平推流反应器组合 •全混釜反应器串联 •不同形式反应器的组合
1.平推流反应器的串、并联操作
特点：若忽略物料在管线中的停留，则 •并联反应器，每个支线应保证空时相等； •串联反应器，与总体积为V的单个反应器反应 结果相同。
2.多釜串联组合的全混流反应器
多级全混流反应器串联的特点
CAi 1
CAi1 1kii
C A ,mC A ,1C A ,2..C .A ,mm( 1 )
C A 0 C A 0C A ,1 C A ,m 1 i 1 1ki
当各釜容积相同且在相同的温度下操作时
CAN CA0
1
(1ki
)N
单釜空时，V=NVi=Nv0i
• 图解法
iC A 1 rA i C iA i rA i1 i(C A iC A 1) i
单A的位流时入间量
单位时间 A的流出量
单位时间 A的反应量
的反积应累器速中度A
0
0
rAVR
dnA dt
即： rAVR dnA
dt
积分得(1)：t nA0
xA 0
dx A rAVR
恒容时：
t CA0
xAf xA0
dxA rA
※间歇反应器的 设计方程※（1）
对于间歇系统达到一定转化率所需时间取决于 反应速率，而与反应器体积大小无关；反应器 的大小由处理量决定。
CA0 FA0 v0 T0
Tm，out G
VR T=Tout
CA FA v Tout
Ci=Ci，out
Tm，in G
全混流反应器浓度-时间图
CA0
CA t0
tt
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化学反应器设计
气体 液体
气体
张茂润
液体
1
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前言
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2
一、课程性质、目的与任务
化学反应器是化工工艺过程的核心，是工程设计和工 业生产操作的关键。通过本课程的学习，使学生了解几种 典型反应器的基本特点，掌握反应器的基本设计原则和计 算方法，并能结合具体反应过程进行反应器的工程分析和 设计计算，为从事反应过程的工程设计和实际工业反应器 的优化操作奠定基础。
实际的反应过程可能包括： 反应物、产物的扩散过程（内外）+表面反应过程 无论对于放热过程，还是吸热过程，催化剂与反应物
气体存在温差。
对整个反应器而言，如反应器内的浓度和温度随位置 变化，需将化学反应与传递现象综合起来考虑。
4、化学反应工程的作用
对于化学产品和加工过程的开发、反应器的设计、放
大起着重要的作用。运用化学反应工程知识可以：
提高反应器的放大倍数，减少试验次数和开发周期。
9
对现有反应装置操作工况进行优化，提高生产效率反应器的操作方式
间歇操作反应器、半间歇半连续操作反应器、连续操
作反应器。
液体 气体
液体
气体 气体
液体
气体
气体
液体
1.2 化学反应器的类型
反应器的类型很多，按工作原理来分，反应器可分为以 下几种类型。
本章要求： 一、了解化学反应器的三种操作方式和特点。 二、了解化学反应器的主要类型、结构和工作原理。 化工产品、医药产品（化学合成）、石油炼制、能源 加工等工业过程，均采用化学方法将原料加工成为有用的 产品。生产过程包括如下三个组成部分： 第一、三两部分属于单元操作的研究范围；第二部分 是化学反应工程的研究对象，是生产过程的核心。
6
反应器设计------研究反应器内上述因素的变化规律， 找出最优工况和适宜的反应器型式和尺寸。 注意：化学反应是研究反应本身的规律，与反应器内各局 部的状况有关。所以可以说反应动力学从点上着眼，反应 器的设计与分析则从面上（体上）着手。
2、 化学反应的分类（反应工程学科） 无论是自然界还是实际生产过程中，存在各种各样的 化学反应，通常为了便于研究和应用，将化学反应进行分 类。下表中给出了常见的化学反应分类、方法和种类，一 些可能同时属于两个或者更多的反应种类。
4
原料
原料预处理过程
(物理、化学处理)
未
反
应
化学加工过程
原
料
(物质转化)
反应产物分离、提 纯(物理处理)
图1.1 典型的化学加工过程
目的产物 副产物
5
1.1 化学反应工程
1、化学反应工程的研究对象
化学反应工程是化学工程学科的一个重要分支，主要
包括两个方面的内容，即反应动力学和反应器设计分析。
二、教学基本内容与基本要求
本课程详细地阐述了釜式、管式、流化床等反应器的 基本特点、基本设计原则和计算方法；反应器的结构及强 度设计、刚度设计、外压容器的稳定性及设计等内容。学 生能够根据具体反应过程进行反应器的工程分析和设计计
3
算，为以后的实际工作和科研工作打下坚实的基础。
第一章 绪 论
固定床鼓泡反应器
特点：反应过程中反应器内部有固体颗粒的悬浮和循环运
动，提高反应器内液体
液体
的混合性能。
应用范围：多相反应体
系，可以提高传热速率。
液体 流化床反应器
13
(6)移动床反应器 特点：固体颗粒自上而下作定向 移动与反应流体逆向接触。 应用范围：用于多相体系，催化 剂可以连续再生。 (7)滴流床反应器 特点：是固定反应器的一种，但 反应物还包括气液两种。 应用范围：属于固定床的一种， 用于使用固体催化剂的气液反应 过程 。
反应器设计的任务是确定进行化学反应的最佳操作条
管式反应器
液体
气体
釜式反应器
11
应用范围：用于多相反应过程。
气体
气体
气体
液体
液体
液体
气体
气体
气体
液体 填料塔反应器
液体 喷雾塔反应器
液体 板式塔反应器
12
(4)固定床反应器
气体
特点：底层内部装有不动的固体颗
粒，固体颗粒可以是催化剂或是反
应物 。
气体
应用范围：用于多相反应系统。 (5)流化床反应器
7
例如：SO 2O 2 钒 SO 为3气一固催化反应
3、反应过程的举例
一般来说反应过程包括:
物理现象--- 传递现象(热量、动量和能量传递过程) 化学现象--- 化学反应
概括为“三传一反”。例如：对于反应过程
8
CH4H2O N i/A l2O3 CO3H2 CH4H2O(g) CO2H2O
反应动力学---- 研究化学反应进行的机理和速率，以
获得工业反应器设计与操作所需的动力学知识和信息，如
反应模式、速率方程及反应活化能等，其中速率方程可表
示为：rf(T、 C、 P)
对于一定的反应物系而言， r 随时间、空间变化。
其中，r 为反应系统中某一组分的反应速率， C 代表浓度 的矢量，P 为系统的总压。
气体 液体
气体 液体 移动床反应器 固体 气体
气体
固体 滴流床反应器
14
(8)交流磁场流化床反应器 特点：床内的固体颗粒在交流磁场 床体 作用下做旋转运动,进入床内液体中 的离子在交流磁场中做不规则的螺 旋运动,可以极大地提高反应速率。 应用范围：用于多相体系。 磁性颗粒
液体
线圈 筛板 液体
磁场流化床反应器
15
第二章 釜式反应器
本章要求：
一、熟练掌握等温间歇釜式反应器反应时间和体积的计算
（单一反应、平行与连串反应）；
二、熟练掌握连续釜式反应器反应时间和体积的计算；
三、掌握连续釜式反应器的串联和并联；
四、掌握釜式反应器中平行与连串反应选择性的分析，连
接和加料方式的选择；
五、了解串联釜式反应器最佳体积的求取方法；
10
(1)管式反应器 特点：反应器的长度远大于内径、 且内部无零部件。 应用范围：多用于均相反应过程。 (2)釜式反应器 特点：高度与直径比约为2-3内设 搅拌装置和档板。 应用范围：均相、多相反应过程 均可。 (3)塔式反应器
特点：高度远大于直径，内部设有 填料、塔板等以提高相互接触面积。
气体 液体
气体
张茂润
液体
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一、课程性质、目的与任务
化学反应器是化工工艺过程的核心，是工程设计和工 业生产操作的关键。通过本课程的学习，使学生了解几种 典型反应器的基本特点，掌握反应器的基本设计原则和计 算方法，并能结合具体反应过程进行反应器的工程分析和 设计计算，为从事反应过程的工程设计和实际工业反应器 的优化操作奠定基础。
实际的反应过程可能包括： 反应物、产物的扩散过程（内外）+表面反应过程 无论对于放热过程，还是吸热过程，催化剂与反应物
气体存在温差。
对整个反应器而言，如反应器内的浓度和温度随位置 变化，需将化学反应与传递现象综合起来考虑。
4、化学反应工程的作用
对于化学产品和加工过程的开发、反应器的设计、放
大起着重要的作用。运用化学反应工程知识可以：
提高反应器的放大倍数，减少试验次数和开发周期。
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对现有反应装置操作工况进行优化，提高生产效率反应器的操作方式
间歇操作反应器、半间歇半连续操作反应器、连续操
作反应器。
液体 气体
液体
气体 气体
液体
气体
气体
液体
1.2 化学反应器的类型
反应器的类型很多，按工作原理来分，反应器可分为以 下几种类型。
本章要求： 一、了解化学反应器的三种操作方式和特点。 二、了解化学反应器的主要类型、结构和工作原理。 化工产品、医药产品（化学合成）、石油炼制、能源 加工等工业过程，均采用化学方法将原料加工成为有用的 产品。生产过程包括如下三个组成部分： 第一、三两部分属于单元操作的研究范围；第二部分 是化学反应工程的研究对象，是生产过程的核心。
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反应器设计------研究反应器内上述因素的变化规律， 找出最优工况和适宜的反应器型式和尺寸。 注意：化学反应是研究反应本身的规律，与反应器内各局 部的状况有关。所以可以说反应动力学从点上着眼，反应 器的设计与分析则从面上（体上）着手。
2、 化学反应的分类（反应工程学科） 无论是自然界还是实际生产过程中，存在各种各样的 化学反应，通常为了便于研究和应用，将化学反应进行分 类。下表中给出了常见的化学反应分类、方法和种类，一 些可能同时属于两个或者更多的反应种类。
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原料
原料预处理过程
(物理、化学处理)
未
反
应
化学加工过程
原
料
(物质转化)
反应产物分离、提 纯(物理处理)
图1.1 典型的化学加工过程
目的产物 副产物
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1.1 化学反应工程
1、化学反应工程的研究对象
化学反应工程是化学工程学科的一个重要分支，主要
包括两个方面的内容，即反应动力学和反应器设计分析。
二、教学基本内容与基本要求
本课程详细地阐述了釜式、管式、流化床等反应器的 基本特点、基本设计原则和计算方法；反应器的结构及强 度设计、刚度设计、外压容器的稳定性及设计等内容。学 生能够根据具体反应过程进行反应器的工程分析和设计计
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算，为以后的实际工作和科研工作打下坚实的基础。
第一章 绪 论
固定床鼓泡反应器
特点：反应过程中反应器内部有固体颗粒的悬浮和循环运
动，提高反应器内液体
液体
的混合性能。
应用范围：多相反应体
系，可以提高传热速率。
液体 流化床反应器
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(6)移动床反应器 特点：固体颗粒自上而下作定向 移动与反应流体逆向接触。 应用范围：用于多相体系，催化 剂可以连续再生。 (7)滴流床反应器 特点：是固定反应器的一种，但 反应物还包括气液两种。 应用范围：属于固定床的一种， 用于使用固体催化剂的气液反应 过程 。
反应器设计的任务是确定进行化学反应的最佳操作条
管式反应器
液体
气体
釜式反应器
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应用范围：用于多相反应过程。
气体
气体
气体
液体
液体
液体
气体
气体
气体
液体 填料塔反应器
液体 喷雾塔反应器
液体 板式塔反应器
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(4)固定床反应器
气体
特点：底层内部装有不动的固体颗
粒，固体颗粒可以是催化剂或是反
应物 。
气体
应用范围：用于多相反应系统。 (5)流化床反应器
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例如：SO 2O 2 钒 SO 为3气一固催化反应
3、反应过程的举例
一般来说反应过程包括:
物理现象--- 传递现象(热量、动量和能量传递过程) 化学现象--- 化学反应
概括为“三传一反”。例如：对于反应过程
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CH4H2O N i/A l2O3 CO3H2 CH4H2O(g) CO2H2O
反应动力学---- 研究化学反应进行的机理和速率，以
获得工业反应器设计与操作所需的动力学知识和信息，如
反应模式、速率方程及反应活化能等，其中速率方程可表
示为：rf(T、 C、 P)
对于一定的反应物系而言， r 随时间、空间变化。
其中，r 为反应系统中某一组分的反应速率， C 代表浓度 的矢量，P 为系统的总压。
气体 液体
气体 液体 移动床反应器 固体 气体
气体
固体 滴流床反应器
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(8)交流磁场流化床反应器 特点：床内的固体颗粒在交流磁场 床体 作用下做旋转运动,进入床内液体中 的离子在交流磁场中做不规则的螺 旋运动,可以极大地提高反应速率。 应用范围：用于多相体系。 磁性颗粒
液体
线圈 筛板 液体
磁场流化床反应器
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第二章 釜式反应器
本章要求：
一、熟练掌握等温间歇釜式反应器反应时间和体积的计算
（单一反应、平行与连串反应）；
二、熟练掌握连续釜式反应器反应时间和体积的计算；
三、掌握连续釜式反应器的串联和并联；
四、掌握釜式反应器中平行与连串反应选择性的分析，连
接和加料方式的选择；
五、了解串联釜式反应器最佳体积的求取方法；
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(1)管式反应器 特点：反应器的长度远大于内径、 且内部无零部件。 应用范围：多用于均相反应过程。 (2)釜式反应器 特点：高度与直径比约为2-3内设 搅拌装置和档板。 应用范围：均相、多相反应过程 均可。 (3)塔式反应器
特点：高度远大于直径，内部设有 填料、塔板等以提高相互接触面积。