五反應(yīng)器的選型和設(shè)計(jì)

1、6.6、反應(yīng)器的選型和設(shè)計(jì) 反應(yīng)器分類方法(1)按反應(yīng)器的幾何構(gòu)形分類 管式反應(yīng)器 槽式反應(yīng)器 塔式反應(yīng)器1特征：長度遠(yuǎn)較管徑為大，內(nèi)部中空，不設(shè)任何構(gòu)件，多用于均相反應(yīng)。如裂解爐管式反應(yīng)器23Tube reactor4裂解爐用于乙烯生產(chǎn)的管式裂解爐5釜式反應(yīng)器一種低高徑比的圓筒形反應(yīng)器，用于實(shí)現(xiàn)液相單相反應(yīng)過程和液液、氣液、液固、氣液固等多相反應(yīng)過程。器內(nèi)常設(shè)有攪拌（機(jī)械攪拌、氣流攪拌等）裝置。在高徑比較大時(shí)，可用多層攪拌槳葉。在反應(yīng)過程中物料需加熱或冷卻時(shí)，可在反應(yīng)器壁處設(shè)置夾套，或在器內(nèi)設(shè)置換熱面，也可通過外循環(huán)進(jìn)行換熱。6塔式反應(yīng)器這類反應(yīng)器的高度一般為直徑的數(shù)倍乃至十幾倍，主要有板式

2、塔和填料塔、鼓泡塔、噴霧塔等。塔式反應(yīng)器主要用于兩種流體反應(yīng)的過程，如氣液反應(yīng)和液液反應(yīng)等。7固定床反應(yīng)器反應(yīng)器中填充有固定不動(dòng)的固體顆粒，它們可以是固體催化劑，也可以是固體反應(yīng)物。通常在化工生產(chǎn)中，應(yīng)用廣泛的是固定床催化反應(yīng)器。如氨的合成，苯氧化，甲醇合成等。8流化床反應(yīng)器是工業(yè)上使用較廣泛的一種反應(yīng)器，適用于流固或氣-液-固催化或非催化反應(yīng)系統(tǒng)。在流化床中，固體粒子可以象流體一樣進(jìn)行流動(dòng)，這種現(xiàn)象就是所謂的流態(tài)化。9典型的工業(yè)例子：丁烯氧化脫氫制丁二烯、萘氧化制苯二甲酸酐等。10(2) 按照操作方式，可以分為間歇過程和連續(xù)過程，相應(yīng)的反應(yīng)器為間歇反應(yīng)器和流動(dòng)反應(yīng)器。A.間歇反應(yīng)器 物料一次

3、性加入，反應(yīng)一定時(shí)間后把產(chǎn)物一次性取出，反應(yīng)是分批進(jìn)行的。物料在反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)狀況是相同的，經(jīng)歷的反應(yīng)時(shí)間也是相同的。11B、流動(dòng)反應(yīng)器（連續(xù)反應(yīng)器） 物料不斷地加入反應(yīng)器，又不斷地離開反應(yīng)器。 物料在反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)過程不同。有的物料正常的通過反應(yīng)器，有的物料進(jìn)入反應(yīng)器的死角，有的物料短路（即近路）通過反應(yīng)器，有的物料在反應(yīng)器內(nèi)回流。1213(3).按反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物的相態(tài)分類 均相反應(yīng)器 氣相均相反應(yīng)器 液相均相反應(yīng)器 非均相反應(yīng)器 氣固相反應(yīng)器 固定床反應(yīng)器 絕熱式固定床反應(yīng)器 多段絕熱式反應(yīng)器 列管式固定床反應(yīng)器 套管式固定床反應(yīng)器 流化床反應(yīng)器 散式流化床反應(yīng)器 聚式流化床反應(yīng)器 氣液相

4、反應(yīng)器 液液相反應(yīng)器 氣液固三相反應(yīng)器14(4).按反應(yīng)器內(nèi)物流的流動(dòng)狀態(tài)分類 理想平推流反應(yīng)器 理想全混流反應(yīng)器 非理想流反應(yīng)器15 (5).其它分類方法 絕熱式反應(yīng)器 換熱式反應(yīng)器 等溫式反應(yīng)器 變溫式反應(yīng)器16工業(yè)反應(yīng)器的放大工業(yè)反應(yīng)器中，由于進(jìn)行著所謂的“三傳一反”過程，影響因素十分復(fù)雜。長期以來，反應(yīng)器通常采用逐級經(jīng)驗(yàn)放大法。如果放大倍數(shù)很大，又無把握時(shí)，往往還要進(jìn)行多次規(guī)模不同的中試。因此逐級經(jīng)驗(yàn)放大既費(fèi)事又費(fèi)錢。放大的主要依據(jù)是實(shí)驗(yàn)，是每種規(guī)模的宏觀實(shí)驗(yàn)結(jié)果，是經(jīng)驗(yàn)性的，難以做到高倍數(shù)放大。17數(shù)學(xué)模型方法是60年代發(fā)展起來的一種比較理想的反應(yīng)器放大方法。步驟： 1)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模實(shí)

5、驗(yàn)：新產(chǎn)品的合成、新型cat.的開發(fā)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。側(cè)重過程的化學(xué)反面，屬于基礎(chǔ)性工作。 2)小型試驗(yàn)：仍屬于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，但比上一步大，且反應(yīng)器結(jié)構(gòu)大體上與將來工業(yè)裝置相接近。如采用列管式固定床反應(yīng)器時(shí)，可采用單管試驗(yàn)。 目的：考察物理過程對化學(xué)反應(yīng)的影響，工業(yè)原料的影響等等。 183)大型冷模試驗(yàn)：用空氣，水，砂（廢催化劑）代替反應(yīng)原料中的（g-l-s三相）；用玻璃，有機(jī)玻璃等代替鋼材。 目的：考察傳遞過程規(guī)律。 因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)過程總是受到傳遞過程的影響，而傳遞過程的影響總是隨著設(shè)備規(guī)模的改變而改變。 4)中試：不但規(guī)模增大，且在流程與設(shè)備形式上都與生產(chǎn)車間十分接近。 目的：(1)對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行

6、檢驗(yàn)與修正。為設(shè)計(jì)大廠提供有用的信息。(2)對催化劑的壽命，活性，設(shè)備的腐蝕情況等進(jìn)行考察。（因?yàn)檫@些項(xiàng)目的考察往往要經(jīng)歷很長的時(shí)間。）19 5)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算試驗(yàn)：這一步貫穿在上述四步之中。對各步的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合與尋優(yōu)，檢驗(yàn)和修正數(shù)學(xué)模型，預(yù)測下一階段的反應(yīng)器性能，最終建立能預(yù)測大型反應(yīng)器工況的數(shù)學(xué)模型，完成大型反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。 20數(shù)學(xué)模型法應(yīng)用實(shí)例：對于某些具體反應(yīng)也許不需要經(jīng)過那么多個(gè)實(shí)驗(yàn)階段。如美國Goodrich公司，用丙烯二聚生產(chǎn)異戊二烯，沒有經(jīng)過中試，直接由小試結(jié)果放大而成，放大倍數(shù)高達(dá)17000倍。產(chǎn)品性能、質(zhì)量與小試結(jié)果相似。德國魯奇(Lurge)公司用低壓法合成甲醇，4000t/a，開車兩天后就達(dá)到了正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從小試到中試到建立最終的工業(yè)規(guī)模裝置生產(chǎn)，只用了三年時(shí)間，而一般經(jīng)驗(yàn)放大法需十年或更長時(shí)間。21釜式反應(yīng)釜設(shè)計(jì)程序 (1)確定反應(yīng)釜操作方式根據(jù)工藝流程的特點(diǎn)，確定反應(yīng)釜是連續(xù)操作還是間歇操作。(2)匯總設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)工藝計(jì)算依據(jù)如生產(chǎn)能力、反應(yīng)時(shí)間、溫度、裝料系數(shù)、物料膨脹比、投料比、轉(zhuǎn)化率、投料變化情況以及物料和反應(yīng)產(chǎn)物的物性數(shù)據(jù)、化學(xué)性質(zhì)等。(3)計(jì)算反應(yīng)釜體積(4)確定反應(yīng)釜設(shè)計(jì)（選用）體積和臺數(shù)。如系非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的反應(yīng)釜，則還要決定長徑比以后再校算，但可以初