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1、化学反应过程与设备物理过程的原理和操作设备物理过程的原理和操作设备流体流动与传热流体流动与传热和和 传质与分离技术传质与分离技术化学反应过程的原理和反应设备化学反应过程的原理和反应设备化学反应过程与设化学反应过程与设 备备，属于化学反应工程的范畴，属于化学反应工程的范畴化学反应器是化工生产装置中的关键设备化学反应器是化工生产装置中的关键设备通过本课程的学习，能掌握各种反应器的基本结构、特点，掌握化学反应动力学表述方式，掌握各种反应器工艺设计方法，能根据反应特征和生产条件选择反应器，初步掌握各种反应器的基本操作和基本维护方法，能判断和排除反应器常见的不正常工况，能初步对反应过程进行优化。 本课程
2、的总目标 项目一 反应器选择工作任务工作任务根据化工产品的反应特点和生产条件初步选根据化工产品的反应特点和生产条件初步选择工业反应器的类型择工业反应器的类型 任务1 均相反应器的选择化学工业中常见的均相反应器，主要有 釜式反应器、管式反应器 一、搅拌釜式反应器的应用与分类1.按操作方式分为间歇（分批）式、半连续（半间 歇）式和连续式操作。图1-2反应釜的操作方式 (a)间歇 (b)、(c)半间歇 (d)连续 (e)多釜串联2.按材质分为钢制（或衬瓷板）反应釜、铸铁反 应釜及搪玻璃反应釜。（1）最常见的钢制反应釜的材料为Q235A（或容 器钢）。（2）铸铁反应釜在氯化、磺化、硝化、缩合、硫 酸增
3、浓等反应过程中使用较多。（3）搪玻璃反应釜，俗称搪瓷锅。能耐大多数无 机酸、有机酸、有机溶剂等介质的腐蚀。3.按反应釜所能承受的操作压力可分为低压釜和 高压釜 二、搅拌釜式反应器结构 釜式反应器是生产中广泛采用的反应器。 它可用来进行均相反应，也可用于以液相为主 的非均相反应。如非均相液相、液固相、气液 相、气液固相等。釜式反应器的结构釜式反应器的结构, , 主要由壳体、搅拌主要由壳体、搅拌 装置、轴封和换热装置、轴封和换热 装置四大部分组成装置四大部分组成 。三、管式反应器的种类与结构多管串联结构管式反应器 多管并联结构管式反应器 管式反应器四、均相反应器的选择 通常反应器选择的依据是： 反
4、应的特征：主副反应的生成途径，反应速 率、反应热等； 反应器的特征：返混大小，流动状态、换热 能力等； 生产要求：反应温度、反应压力、反应时间 、转化率、选择性，压降、能耗、生产能力 等。 型式适用的反 应应用特点应用举例管式反应 器气相，液 相返混小，所需反应器体积 较小，比传热 面大， 但对慢速反应，管要很 长，压降大石脑油裂解， 甲基丁炔醇 合成，管式 法高压聚乙 烯生产等反应釜， 单釜或 多釜串 联液相，液 液相， 液固相适用性强，操作弹性大， 连续 操作时温度、浓 度容易控制，产品质量 均一，但高转化率时， 反应器体积大甲苯硝化，氯 乙烯聚合， 酯化反应等表 均相化学反应器选择举例
5、任务2 气固相反应器的选择化学工业中最为常用的气固相反应器， 主要是固定床反应器和流化床反应器，其 他还有移动床反应器和滴流床反应器等。 一、固定床反应器的特点与结构 （一）固定床反应器的特点 1.优点： （1）流体的流动皆可看成是理想置换流动，因此化学反应 速率较快，在完成同样生产能力时，所需要的催化剂用 量和反应器体积较小。 （2）气体停留时间可以严格控制，温度分布可以调节，因 而有利于提高化学反应的转化率和选择性。 （3）催化剂不易磨损，可以较长时间连续使用。 （4）适宜于在高温高压条件下操作。 2.缺点： （1）导热性差，温度分布复杂。 （2）不能使用细粒催化剂，催化剂的活性内表面得不
6、到充 分利用。 （3）催化剂的再生、更换均不方便。 （二）固定床反应器的类型与结构 1.绝热式固定床反应器 单段绝热式固 定床反应器多段绝热式固定床反应器2.换热式固定床反应器 列管式固定床反应器 列管式固定床反应器的温度分布 3.径向固定床反应器一般固定床中由于压降限制，不能使用太小粒度的催化剂，但催化剂的有效系数降低了，为提高催化剂的利用率而设计了径向反应器。二、流化床反应器的特点与结构 （一）流化床反应器的特点1.优点： （1）采用细粒催化剂，传质效率高。 （2）传热效率高，床层温度均匀。 （3）催化剂容易方便地往来输送。 2.缺点： （1）返混较严重，不适宜于高转化率过程。 （2）催化
7、剂和反应器均有磨损。流化床反应器（二）流化床反应器的类型与结构 1.流化床反应器的结构 1.流化床反应器主体 锥底 浓相段 稀相段 扩大段 2.气体分布装置 3.内部构件 4.换热装置 5.气固回收装置2.流化床反应器的种类 单器反应器 双器反应器双器由流化床反应器和流化床再生器组成，多用于催化剂使用寿命较短容易再生的气固相催化反应过程。 三、气固相催化反应器的选择 气固相催化反应器选择举 例型式适用的反应应用特点应用举例固定床气固（催化 或非催化） 相返混小，高转化率时催化剂用量 少，催化剂不易磨损，传热 控 温不易，催化剂装卸麻烦乙苯脱氢制苯乙烯 ，乙炔法制氯乙烯 ，合成氨，乙烯法 制醋酸
8、乙烯等 流化床气固（催化 或非催化） 相传热 好，温度均匀，易控制，催 化剂有效系数大，粒子输送容易 ，但磨耗大，床内返混大，对高 转化率不利，操作条件限制较大萘氧化制苯酐，石 油催化裂化，乙烯 氧氯化制二氯乙烷 等 移动床气固（催化 、非催化） 相固体返混小，固气比可变性大， 粒子传送较易，床内温差大，调 节困难石油催化裂化，矿 物的焙烧或冶炼任务3 气液相反应器的选择化学工业中最为常用的气液相反应器是 鼓泡塔反应器和填料塔反应器，此外还有 板式塔反应器、喷雾塔反应器和降膜反应 器等。 一、气液相反应器的种类与工业应用 （一）气液相反应的特点与应用1.气液相反应的特点气液相反应侧重于研究传质
9、过程如何影响化 学反应的转化率、选择性及宏观速率，以求经济 、合理地利用气体原料生产化学产品，即着眼于 化学反应，故称其为气液相反应。 2.气液相反应的工业应用 在化学工业中，气液相反应广泛地应用于加氢 、磺化、卤化、氧化等化学加工过程。 （二）气液相反应器的基本类型与特点 1.气液相反应器的基本类型 常用气液相反应器的特性参数型式反应器液含率低持液量填料塔12001000.08板式塔10001500.15喷淋塔1200600.05高存液量鼓泡塔20200.98搅拌釜2002000.90二、鼓泡塔反应器结构化学工业所遇到的鼓泡反应器，按其结构 可分为：空心式、多段式、气提式和液体喷射 式。 三、气液相反应器的选择 1.具备较高的生产能力 2.有利于反应选择性的提高 3.有利于降低能量消耗 4.有利于反应温度的控制 5.能在较少液体流率下操作 思考与复习 1-1釜式反应器的种类有哪些？各有哪些 特点和应用？ 1-2釜式反应器的基本结构及其作用是什 么？ 1-3无泄漏磁力釜的安全与保护装置有哪 些？ 1-4管式反应器的特点？基本结构有哪些 ？
