《化工單元過程及設(shè)備的選擇與操作》反應過程及設(shè)備的選擇與操作引言主講人：周寅飛引言化學反應原料產(chǎn)品精致在化工生產(chǎn)過程中，為化學反應提供反應空間和反應條件的設(shè)備稱為反應器?；蛘哒f：反應器就是用于化學反應的設(shè)備，是化工生產(chǎn)裝置中的關(guān)鍵設(shè)備。過程化學反應過程是化工生產(chǎn)過程的核心。性能優(yōu)良的反應器必須具備的條件一個好的反應器既要能夠充分有效地利用原料，減輕分離設(shè)備的負荷，降低生產(chǎn)過程中的能耗，還要盡可能抑制副反應的發(fā)生，提高目的產(chǎn)物的收率，并且能夠為操作控制提供方便。具體要求:通過對參加反應的介質(zhì)充分攪拌，使物料充分混合均勻；強化傳熱與相際間的傳質(zhì)。如氣體在液體中均勻分散、固體顆粒在液相中均勻懸浮、使不相溶的另一相均勻懸 浮或充分乳化。工程項目乙酸正丁酯合成反應器的選擇與操作：某化工企業(yè)用乙酸和丁醇為原料生產(chǎn)乙酸正丁酯，其反應式為：CH3COOH

C4

H9OH ?

CH3COOC

4

H9

H

2O反應在373K等溫條件下進行，以硫酸為催化劑,反應速率常數(shù)k=0.0174m3/（kmol·min

）。該反應以乙酸（下標以A計）表示的動力學方程式為

:2A A

r

kC工程項目現(xiàn)要求裝置的生產(chǎn)能力為：乙酸正丁酯665t/a，工作時間300d/a。已知：原料乙酸密度為970kg/m3,正丁醇密度為811kg/m3，工藝規(guī)定進入反應器的原料中，乙酸與正丁醇的摩爾比為1:5.4；要求乙酸轉(zhuǎn)化率控制在xAf=50%，乙酸正丁酯收率為90%。試根據(jù)反應任務(wù)選擇合適的反應器并確定其反應器的有效體積。項目任務(wù)分析確定反應器的類型01確定反應器的結(jié)構(gòu)和大小02學會正確操作和維護03教學目標① 理解反應過程設(shè)備在化工生產(chǎn)中的重要性；掌握反應器的基本要求及反應器的分類方法。② 掌握釜式反應器、管式反應器工作過程特點。③ 掌握釜式反應器的基本結(jié)構(gòu)、特點及應用場合。④ 掌握間歇釜式反應器基本操作要點和維護要點。教學目標① 了解固定床反應器的分類方法，結(jié)構(gòu)、特點及應用場合。② 了解固定床仿真系統(tǒng)的主要控制指標，掌握固定床反應器的操作與控制要點。③ 了解流化床反應器的分類，掌握各類流化床反應器的結(jié)構(gòu)、特點及應用場合。④ 熟悉流化床仿真系統(tǒng)的流程、反應特點、主要控制指標，掌握流化床反應器的操作與控制要點。反應器的結(jié)構(gòu)分類1可用于均相反應主講人：周寅飛《化工單元過程及設(shè)備的選擇與操作》反應器的結(jié)構(gòu)分類釜式01管式02塔式03固定床04流化床05釜式反應器管式反應器釜式反應器結(jié)構(gòu)高徑比一般接近于1。通常釜內(nèi)裝有攪拌裝置，器內(nèi)混合比較均勻。釜式反應器010203間歇操作釜式反應器半間歇操作釜式反應器連續(xù)操作釜式反應器按操作方式的不同分類間歇操作釜式反應器反應裝料卸料反應產(chǎn)物一次性進料，反應完成后一次性出料清洗優(yōu)

點：結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，傳質(zhì)效率高，溫度分布均勻，便于控制和改變工藝條件（如溫度、濃度、反應時間等），操作靈活性大，便于更換品種、小批量生產(chǎn)。缺

點：設(shè)備生產(chǎn)效率低，間歇操作的輔助時間有時占的比例較大。間歇操作釜式反應器反應裝料卸料反應產(chǎn)物一次性進料，反應完成后一次性出料清洗適用場合：它可用來進行均相反應，也可用于非均相反應。它是化學工業(yè)中廣泛采用的反應器之一，尤其在精細化學品、高分子聚合物和生物化工產(chǎn)品的生產(chǎn)中，間歇操作釜式反應器約占反應器總數(shù)的90%。在精細化工的生產(chǎn)中，幾乎所有的單元操作都可以在釜式反應器中進行。連續(xù)操作釜式反應器正常情況下均為穩(wěn)態(tài)操作過程，反應器內(nèi)物料濃度及溫度都不隨時間變化,但隨位置而變進出物料的操作都是連續(xù)的優(yōu)

點：容易實現(xiàn)自動控制，操作簡單，節(jié)省人力。缺

點：改變產(chǎn)品品種十分困難。連續(xù)操作釜式反應器正常情況下均為穩(wěn)態(tài)操作過程，反應器內(nèi)物料濃度及溫度都不隨時間變化,但隨位置而變進出物料的操作都是連續(xù)的適用場合：由于攪拌使加入的濃度高的原料立即和釜內(nèi)物料完全混合，不存在熱量的累積引起局部過熱問題，特別適宜對溫度敏感的化學反應，不容易引起副反應。連續(xù)操作釜式反應器正常情況下均為穩(wěn)態(tài)操作過程，反應器內(nèi)物料濃度及溫度都不隨時間變化,但隨位置而變進出物料的操作都是連續(xù)的由于釜式反應器的物料容量大，當進料條件發(fā)生一定程度的波動時，不會引起釜內(nèi)反應條件的明顯變化，穩(wěn)定性好，操作安全。半間歇操作釜式反應器原料與產(chǎn)物只要其中有一種為連續(xù)流入或流出，而其余則為分批加入或卸出優(yōu)

點：某些強放熱反應除了通過冷卻介質(zhì)移走熱量外，采用半間歇操作時還可以調(diào)節(jié)加料速度來控制所要求的反應溫度。為了提高某些可逆反應的產(chǎn)品收率，辦法之一就是不斷移走產(chǎn)物，打破反應的平衡，同時還可以提高反應速率。半間歇操作釜式反應器原料與產(chǎn)物只要其中有一種為連續(xù)流入或流出，而其余則為分批加入或卸出適用場合：對于要求一種反應物濃度高而另一種反應物濃度低的化學反應，常采用半間歇操作。廣泛應用于精細化工生產(chǎn)，如硝化、磺化、氯化、氧化、酰化及重氮化等許多單元反應中都可以采用半間歇操作形式。釜式反應器適用場合：主要應用于液-液均相反應過程，在氣-液、液-液非均相反應過程也有應用。優(yōu)

點：操作時溫度、濃度容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量均一。在化工生產(chǎn)中，既可單釜操作，也可多釜串聯(lián)使用；既可用于連續(xù)操作過程，也可用于間歇操作過程。缺

點：若應用在需要較高轉(zhuǎn)化率的工藝要求時，有需要較大容積的缺點。管式反應器結(jié) 構(gòu)高徑比很大，內(nèi)部中空，不設(shè)置任何構(gòu)件。在與流動方向垂直的截面上，各質(zhì)點的流速和流向完全相同，好像活塞向前平推移動，這種流動狀況稱為平推流，又稱活塞流、理想置換流。管式反應器特 點所有物料質(zhì)點在反應器中的停留時間相等，不存在返混。連續(xù)管式反應器內(nèi)物料流況基本符合這一特點，反應器內(nèi)物料混合作用較小。管式反應器優(yōu) 點點容積小，易于控制，能承受較高的壓力，故用于加壓反應尤為合適。管式反應器缺 點點對于慢速反應，則有需要管子長，壓降較大。管式反應器使 用 場 合主要用于氣相或液相連續(xù)反應過程。隨著化工生產(chǎn)越來越趨于大型化、連續(xù)化、自動化。連續(xù)操作的管式反應器在生產(chǎn)中使用越來越多，就是某些傳統(tǒng)上一直使用間歇攪拌釜的高分子聚合反應，目前也開始改用連續(xù)操作的管式反應器。-----

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謝謝觀看主講人：周寅飛反應器的結(jié)構(gòu)分類2可用于非均相反應主講人：周寅飛《化工單元過程及設(shè)備的選擇與操作》塔式反應器床式反應器塔式反應器結(jié) 構(gòu)塔式反應器的高徑比介于釜式和管式之間，內(nèi)部設(shè)有為了增加兩相接觸的構(gòu)件，如填料、篩板等。塔式反應器適用場合塔式反應器主要用于兩種流體相反應的過程，如氣液反應和液液反應。參與反應的兩種流體的流向可以是逆流，也可以是并流。板式塔反應器板式塔反應器的液體是連續(xù)相而氣體是分散相，借助于氣相通過塔板分散成小氣泡而與板上液體相接觸進行化學反應。適用場合：板式塔反應器適用于快速及中速反應。優(yōu)

點：采用多板可以將軸向返混降低至最小程度，并且它可以在很小的液體流速下進行操作，從而能在單塔中直接獲得極高的液相轉(zhuǎn)化率。同時，板式塔反應器的氣液傳質(zhì)系數(shù)較大，可以在板上安置冷卻或加熱元件，以適應維持所需溫度的要求。缺

點：氣相流動壓降較大和傳質(zhì)表面較小。填料塔反應器適用場合：填料塔反應器是廣泛應用于氣體吸收的設(shè)備，也可用作氣、液相反應器，由于液體沿填料表面下流，在填料表面形成液膜而與氣相接觸進行反應，故液相主體量較少。適用于瞬間反應、快速和中速反應過程。優(yōu)

點：結(jié)構(gòu)簡單、壓降下、易于適應各種腐蝕介質(zhì)和不易造成溶液起泡。缺 點：無法從塔體中直接移去熱量，當反應熱較高時，必須借助增加液體噴淋量以顯熱形式帶出熱量。鼓泡塔反應器適用場合：鼓泡塔反應器廣泛應用于液體相也參與反應的中速、慢速反應和放熱量大的反應。優(yōu)

點：1.氣體以小的氣泡形式均勻分布，連續(xù)不斷地通過氣液反應層，保證了氣、液接觸面，使氣、液充分混合，反應良好；2.結(jié)構(gòu)簡單，容易清理，操作穩(wěn)定，投資和維修費用低；3.具有極高的儲液量和相際接觸面積，傳質(zhì)和傳熱效率較高，適用于緩慢化學反應和高度放熱的情況；4.在塔的內(nèi)、外都可以安裝換熱裝置；5.和填料塔相比較，鼓泡塔能處理懸浮液體。鼓泡塔反應器缺

點：1.鼓泡塔的直徑不宜過大，一般在2～3m以內(nèi)；2.液相軸向返混很嚴重，較難在單一連續(xù)反應器中達到較高的液相轉(zhuǎn)化率；3.在鼓泡時所耗壓降較大。噴淋塔反應器適用場合：適用于瞬間、界面和快速反應，也適用于生成固體的反應。優(yōu)

點：結(jié)構(gòu)較為簡單，液體以細小液滴的方式分散于氣體中，氣體為連續(xù)相，液體為分散相，具有相接觸面積大和氣相壓降小。缺

點：持液量小和液側(cè)傳質(zhì)系數(shù)過小，氣相和液相返混較為嚴重。固定床反應器流化床反應器固定床反應器結(jié)

構(gòu)：固定床反應器為反應器內(nèi)填充有固體顆粒，這些固體顆粒可以是固體催化劑，也可以是固體反應物。反應過程中催化劑顆粒固定不動。應 用：多用于氣固催化反應，如氨的合成、甲醇合成、苯氧化等等。流化床反應器結(jié) 構(gòu)：流化床反應器內(nèi)裝填有小固體顆粒，這些顆粒處于運動狀態(tài)，其運動方向多種多樣。一類是固體被流體帶出，經(jīng)分離后固體循環(huán)使用，稱為循環(huán)流化床。另一類是固體在流化床內(nèi)運動，流體與固體顆粒所構(gòu)成的床層猶如沸騰的液體，稱為沸騰床反應器。適用場合：流化床反應器可用于氣固、液固以及氣液固催化或非催化反應，是工業(yè)生產(chǎn)中較廣泛使用的反應器。典型的例子是石油工業(yè)中的催化裂化反應裝置。-----

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謝謝觀看主講人：周寅飛《化工單元過程及設(shè)備的選擇與操作》反應器類型的認識主講人：周寅飛反應器類型的認識根據(jù)物料的聚集狀態(tài)分類01根據(jù)操作方式分類02根據(jù)操作溫度條件分類03根據(jù)反應器的結(jié)構(gòu)型式分類04PART/

01根據(jù)物料的聚集狀態(tài)分類1.

根據(jù)物料的聚集狀態(tài)分類均相反應器氣相單一的液相非均相反應器氣-液、氣-固液-液、液-固以及氣-液-固反應器PART/

02根據(jù)操作方式分類2.

根據(jù)操作方式分類連續(xù)操作一般用于產(chǎn)品品種比較單一而產(chǎn)量較大的場合。大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的反應器絕大部分都是采用連續(xù)操作。半間歇（連續(xù)）操作物料有一些是分批加入或取出的，

而另一些則是連續(xù)地通過的，或者用蒸餾的方法連續(xù)移走部分產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。間歇操作適用于反應速率慢的化學反應，

以及產(chǎn)量小的化學品生產(chǎn)過程。對于那些批量小而產(chǎn)品的品種多的企業(yè)尤為適合。間歇反應器反應器原料卸出物料一次性加入達到規(guī)定的轉(zhuǎn)化率反應產(chǎn)物以及少量未被轉(zhuǎn)化的原料清洗反應器① 間歇反應器又稱為分批反應器。② 整個過程中物料濃度隨時間變化，是非穩(wěn)態(tài)的生產(chǎn)過程。在反應過程中由于既沒有物料的輸入，也沒有物料的輸出，即不存在物料的流動，這個反應過程都是在恒容下進行的。③ 采用間歇操作的反應器幾乎都是釜式反應器，其余類型較罕見。特點連續(xù)反應器含義：連續(xù)將原料加入反應器，反應物也連續(xù)從反應器中流出。特點：① 連續(xù)操作過程是一個穩(wěn)態(tài)過程，此時反應器內(nèi)任何部位的物系參數(shù)（溫度、濃度等）均不隨時間而變，但卻隨位置而改變。② 大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的反應器絕大部分都是采用連續(xù)操作。因為它具有產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、勞動生產(chǎn)率高、便于實現(xiàn)機械化和自動化等優(yōu)點。③ 但是連續(xù)系統(tǒng)一旦建立，想要改變產(chǎn)品品種是十分困難的，甚至要較大幅度改變產(chǎn)品產(chǎn)量也不易實現(xiàn)，靈活性較差。④ 一般用于產(chǎn)品品種比較單一而產(chǎn)量較大的場合。半間歇操作反應器含義：反應器中的物料有一些是分批加入或取出的，而另一些則是連續(xù)地通過的，或者用蒸餾的方法連續(xù)移走部分產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。特點：是一個非穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)過程，反應器中物系組成必然既隨時間改變，又隨位置而變。舉例：① 例如由氯氣和苯生產(chǎn)一氯苯的反應器就有采用半間歇操作的。② 管式、釜式、塔式以及固定床反應器都有采用半間歇操作的。PART/

03根據(jù)操作溫度條件分類3.

根據(jù)操作溫度條件分類反應器010203等溫反應器反應過程中反應溫度不隨時間而變非等溫反應器反應過程中反應溫度隨時間而變化絕熱反應器反應過程中反應器與環(huán)境沒有熱量交換PART/

04根據(jù)反應器的結(jié)構(gòu)型式分類4.

根據(jù)反應器的結(jié)構(gòu)型式分類反應器結(jié)構(gòu)型式釜式反應器管式反應器塔式反應器固定床反應器流化床反應器-----

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謝謝觀看主講人：周寅飛反應器類型的選擇原則主講人：周寅飛《化工單元過程及設(shè)備的選擇與操作》選擇原則反應器的特征反應器物流的狀態(tài)、返混程度的大小、換熱能力的強弱。生產(chǎn)要求生產(chǎn)能力、反應溫度、反應壓力、反應時間、轉(zhuǎn)化率、選擇性、壓降及能耗。反應的特征主副反應的生成途徑、反應熱效應大小、動力學特征、催化劑壽命長短。不同反應器的應用范圍① 管式反應器多用于均相反應過程。② 釜式反應器均相和多相反應過程均可。③ 塔式反應器中的代表填料塔、板式塔均可以提高相互接觸面積，用于多項反應過程。④ 固定床反應器床層內(nèi)部裝有不動的固體顆粒，固體顆粒可以是催化劑或是反應物，用于多相反應系統(tǒng)。⑤ 流化床反應器內(nèi)部有固體顆粒的懸浮和循環(huán)運動，以提高反應器內(nèi)流體的混合性能，多相反應體系，可提高傳熱效率。不同反應器的應用范圍釜式反應器管式反應器選擇原則生產(chǎn)能力與設(shè)備投資比較反應器容積的大小其它因素溫度控制、操作難易、生產(chǎn)安全、操作費用反應器的選擇均相反應器的選擇原則若反應的活化能大，即反應速度對溫度非常敏感，則反應在等溫條件下操作有利，此時應選用連續(xù)操作釜式反應器。若反應物之一的濃度高時，反應非常激烈，甚至具有爆炸的性質(zhì)（如硝化和氧化反應等），則適于采用連續(xù)操作釜式反應器，因為反應物在進入反應釜后，其濃度立即降到反應器出口的濃度。若反應速率小，需要在反應器內(nèi)有較長的停留時間，最好選用連續(xù)操作釜式反應器。均相反應器的選擇原則對于平行反應，反應器的選擇取決于主反應和副反應級數(shù)。若主反應比副反應的反應級數(shù)低，則應選用連續(xù)操作釜式反應器；反之，則應選用管式反應器。對于連串反應，若中間產(chǎn)物為目的產(chǎn)物，管式反應器一般較為適宜；若最終產(chǎn)物為目的產(chǎn)物，則應選用連續(xù)操作釜式反應器。若反應混合物為氣體，一般用管式反應器。高壓反應最好在管式反應器內(nèi)進行，因在壁厚相同的情況下設(shè)備直徑小能耐較高壓強。均相反應器的選擇原則強的吸熱反應，需要在高溫下進行，應選用管式反應器。從化學動力學的因素考慮，凡是適合于在管式反應器內(nèi)進行的反應，若為小批量的生產(chǎn)，均可用間歇操作釜式反應器代替。凡是適合于在連續(xù)操作釜式反應器內(nèi)進行的反應，若為小批量生產(chǎn)，則可采用半連續(xù)操作的反應器。即采用將原料中的一種或幾種連續(xù)而緩慢加入，最后將生成物一次放出的方法，這樣可以使反應器內(nèi)更接近于連續(xù)操作釜式反應器的反應條件。-----

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謝謝觀看主講人：周寅飛主講人：周寅飛管式反應器工作特點《化工單元過程及設(shè)備的選擇與操作》管式反應器概述① 通常管式反應器的長度和直徑之比大于50~100。② 管式反應器在實際應用中，多數(shù)采用連續(xù)操作，少數(shù)采用半連續(xù)操作，使用間隙操作的極為罕見。水平管式01立管式02盤管式03U形管式04管式反應器工作特點① 與釜式反應器相比，管式反應器返混較小，在流速較低的情況下，其管內(nèi)流體流型接近于平推流，反應物的分子在反應器內(nèi)停留時間相等。② 穩(wěn)定操作時，管式反應器內(nèi)各截面處的過程參數(shù)不隨時間而變化。管式反應器工作特點③ 反應器內(nèi)濃度、溫度等參數(shù)僅隨軸向位置變化，故化學反應速度隨軸向位置而變化，只隨管長變化。等溫等容過程① 將物料在連續(xù)操作管式反應器的空間時間與間歇釜的反應時間進行對比，可以看出等溫等容過程是完全相同的。② 在間歇釜內(nèi)反應物濃度隨時間在逐漸減小，而在管式反應器內(nèi)反應物濃度沿著管子軸向延長（空間時間的延長）也在逐漸減小。等溫等容過程① 對于同一個均相一級不可逆反應，選用連續(xù)操作的管式反應器時所需要的容積比選用連續(xù)操作釜式反應器容積要小得多。② 原因是連續(xù)操作的釜式反應器，一直在最低濃度下進行反應，其反應速度較慢，而管式反應器的反應速度則是先大后小，其最低速度為釜式反應器的反應速度。管式反應器特點反應器特 點由于反應物在管式反應器中反應速度快、流速快，所以它的生產(chǎn)能力高；與其它反應器相比管式反應器具有體積小、比表面大、單位容積的傳熱面積大，特別適用于熱效應較大的反應。管式反應器特點反應器特 點管式反應器既適用于液相反應，又適用于氣相反應，用于加壓反應尤為合適。因此，管式反應器普遍用于大型化和連續(xù)化的化工生產(chǎn)，如己內(nèi)酰胺的聚合反應器、石化企業(yè)的管式裂解爐等。均相反應器小結(jié)以釜式反應器為代表的全混流反應器機械混合最大，逆向混合最大，所以返混程度無窮大。以管式反應器為代表平推流反應器機械混合為零，逆向混合為零，所以返混程度等于零。反應器內(nèi)的返混程度不同，會導致停留時間不同，進而使得反應器內(nèi)濃度分布不同，反應速率不同，最終的反應結(jié)果也就不盡相同，生產(chǎn)能力也就有的高低之分。-----

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謝謝觀看主講人：周寅飛《反應過程及設(shè)備的選擇與操作》理想流動模型及相關(guān)術(shù)語主講人：周寅飛化學反應的轉(zhuǎn)化率反應器A

100%A0AxA組分的起始量

n

A組分反應掉的量

100%

nA0

nA① nA0——為反應前加入反應體系中的A組分的摩爾數(shù)，② nA——為反應進行一段時間后A組分的摩爾數(shù)。在反應過程的分析中，通常用關(guān)鍵組分（A）的轉(zhuǎn)化率來表示反應進行的程度?；瘜W反應速度rs――產(chǎn)物S的生成速度，mol/(m3?s)；V――反應混合物的體積，m3；產(chǎn)物S

+

P化學反應速度是指單位時間內(nèi)，單位反應混合物體積內(nèi)，某一組分的變化量。V dtSS

r

1 dnnS――產(chǎn)物S的摩爾數(shù)，mol；t

――反應時間，s。反應器A+B反應時間t和停留時間τ停留時間（τ）指物料從進入反應器到離開反應器所經(jīng)歷的時間，它的大小由反應器的體積與物料體積流量的比值來決定。反應時間（t）是指反應從開始至達到一定轉(zhuǎn)化率所需的時間，

通常由反應速度決定?？臻g速度（SV）和空間時間（τC）空間速度（SV）簡稱空速，是指單位體積的反應區(qū)域內(nèi)在單位時間內(nèi)所通過的反應物的標準體積流量，因次：時間-1?？账僭酱?，反應器的原料處理能力越大?？臻g時間（τC）簡稱空時，其值的大小等于反應器的體積與反應物進入反應器的物料的

VR

V0體積流量的比值即：

C因次：時間。對于等容反應過程，τC=τ。混合與返混混合反應器內(nèi)不同位置物料的攪合。反混是指不同停留時間物料的混合。反應器混合增強了不同反應物之間的接觸機率，對化學反應有利。返混的存在降低了反應物的濃度，對反應過程的選擇性及轉(zhuǎn)化率都會產(chǎn)生影響。理想流動模型理想混合流動模型01為了便于對反應器進行分析和計算，對反應器內(nèi)物料的流動情況作一些簡化處理，提出了理想流動模型。理想置換流動模型02理想混合流動模型理想混合流動模型理想混合流動模型簡稱全混流模型，是一種返混程度無窮大的理想流動模型。理想混合流動模型理想混合流動模型特點是物料進入反應器的瞬間即與反應器內(nèi)的原有物料完全混合，反應器的物料的組成和溫度處處相等，且等于反應器出口處物料的組成和溫度，物流有很寬的停留時間分布。理想置換流動模型理想置換流動模型理想置換流動模型又稱平推流模型、活塞流模型，其物料在反應器的流動好比活塞在缸內(nèi)的平行推移一樣，是一種返混量為零的理想化流動模型。理想置換流動模型理想置換流動模型特點是物料在反應器的徑向具有嚴格均勻的流速和流體性質(zhì)（溫度、壓力和組成），軸向不存在任何形式的混合，物料具有嚴格劃一的停留時間。-----

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謝謝觀看主講人：周寅飛反應過程及設(shè)備的選擇與操作釜式反應器的工業(yè)應用釜式反應器的認識1、按操作方式的不同分類原料與產(chǎn)物只要其中有一種為連續(xù)流入或流出，而其余則為分批加入或卸出。間歇操作釜式反應器連續(xù)操作釜式反應器半間歇操作釜式反應器進出物料的操作都是連續(xù)的。一次性進料，反應完成后一次性出料。釜式反應器的認識（1）間歇操作釜式反應器優(yōu) 點：結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，傳質(zhì)效率高，溫度分布均勻，便于控制和改變工藝條件（如溫度、濃度、反應時間等），操作靈活性大，便于更換品種、小批量生產(chǎn)。缺 點：設(shè)備生產(chǎn)效率低，間歇操作的輔助時間有時占的比例較大。適用場合：它可用來進行均相反應，也可用于非均相反應。它是化學工業(yè)中廣泛采用的反應器之一，尤其在精細化學品、高分子聚合物和生物化工產(chǎn)品的生產(chǎn)中，間歇操作釜式反應器約占反應器總數(shù)的90%。在精細化工的生產(chǎn)中，幾乎所有的單元操作都可以在釜式反應器中進行。裝

料反

應"

料清

洗是一個非定態(tài)反應過程,反應器內(nèi)物料組成隨時間而變。釜式反應器的認識優(yōu)

點：容易實現(xiàn)自動控制，操作簡單，節(jié)省人力。由于釜式反應器的物料容量大，當進料條件發(fā)生一定程度的波動時，不會引起釜內(nèi)反應條件的明顯變化，穩(wěn)定性好，操作安全。缺點：改變產(chǎn)品品種十分困難。適用場合：一般適用于產(chǎn)量大的產(chǎn)品生產(chǎn)。由于攪拌使加入的濃度高的原料立即和釜內(nèi)物料完全混合，不存在熱量的累積引起局部過熱問題，特別適宜對溫度敏感的化學反應，不容易引起副反應。（2）連續(xù)操作釜式反應器正常情況下均為穩(wěn)態(tài)操作過程，反應器內(nèi)物料濃度及溫度都不隨時間變化,但隨位置而變。釜式反應器的認識（3）半間歇操作釜式反應器優(yōu) 點：容易實現(xiàn)自動控制，操作簡單，節(jié)省人力。由于釜式反應器的物料容量大，當進料條件發(fā)生一定程度的波動時，不會引起釜內(nèi)反應條件的明顯變化，穩(wěn)定性好，操作安全。缺 點：改變產(chǎn)品品種十分困難。適用場合：一般適用于產(chǎn)量大的產(chǎn)品生產(chǎn)。由于攪拌使加入的濃度高的原料立即和釜內(nèi)物料完全混合，不存在熱量的累積引起局部過熱問題，特別適宜對溫度敏感的化學反應，不容易引起副反應。釜式反應器的認識2、按釜式反應器所能承受的壓力分類低壓釜高壓釜目前高壓釜采用磁力攪拌釜。磁攪拌釜的主要特點是以靜密封代替了傳統(tǒng)的填料密封或機械密封，從而實現(xiàn)整臺反應釜在全密封狀態(tài)下工作，保證無泄漏。因此，更適合于各種極毒、易燃易爆以及其它滲透力極強的化工工藝過程，是石油化工、有機合成制藥、食品等工藝中進行硫化、氟化、氫化、氧化等反應的理想設(shè)備。是最常見的攪拌釜式反應器。在攪拌軸與殼體之間采用動密封結(jié)構(gòu)，在低壓（1.6MPa以下）條件下能夠防止物料的泄漏。謝謝觀

看《反應過程及設(shè)備的選擇與操作》釜式反應器工作特點主講人：周寅飛特 點間歇釜工作特點反應器間歇操作的釜式反應器，反應物是在操作前一次加入，當反應進行至達到預定的轉(zhuǎn)化率出料為止，離開間歇釜的物料中除了反應產(chǎn)物外還有少量未被轉(zhuǎn)化的原料。特 點間歇釜工作特點反應器間歇釜內(nèi)隨著反應的進行，釜內(nèi)反應物的濃度隨著反應時間不斷減小，反應速度和反應體系的溫度也有可能隨時間而變化，視化學反應的級數(shù)與反應器的換熱情況不同。間歇釜工作特點間歇釜工作特點反應器特 點由于間歇釜式反應器內(nèi)物料的組成隨反應時間而變化，所以操作過程是一非穩(wěn)態(tài)過程。對攪拌良好的緩慢反應，反應釜內(nèi)各處物料的組成和溫度均勻一致，即任一處的組成和溫度皆可作為反應器狀態(tài)的代表。間歇釜的反應時間反應時間t01輔助時間t’02裝料、卸料、檢查及清洗設(shè)備。① 欲求其體積，必需先求出達到一定轉(zhuǎn)化率所需的反應時間，然后再結(jié)合裝料、卸料、清洗等非生產(chǎn)時間和處理量，就可以求出間歇釜的體積。② 具體實踐證明，轉(zhuǎn)化率越高所需的反應時間越長。大量反應時間花在高轉(zhuǎn)化率上，設(shè)備用于等待的時間太多，這在工程上是極大的浪費。間歇釜的反應時間反應時間t01輔助時間t’02裝料、卸料、檢查及清洗設(shè)備。因此在實際生產(chǎn)中一般通過適當降低一次轉(zhuǎn)化率，以提高裝置的生產(chǎn)能力；同時利用后處理設(shè)備將未反應的原料經(jīng)分離后再循環(huán)使用，以提高原料的利用率。連續(xù)釜工作特點特 點連續(xù)操作釜式反應器的結(jié)構(gòu)和間歇操作釜式反應器相同，但進出物料的操作是連續(xù)的，即一邊連續(xù)恒定地向反應器內(nèi)加入反應物，同時連續(xù)不斷地把反應產(chǎn)物引出反應器。連續(xù)釜工作特點在連續(xù)操作、攪拌良好的釜式反應器內(nèi)，物料達到了完全混合，濃度、溫度、反應速度處處均一，不隨時間變化，并與出口的狀態(tài)完全相同（如圖），而且整個反應都在較低的反應物濃度下進行。這樣的流動狀況非常接近全混流模型。連續(xù)釜工作特點連續(xù)操作釜式反應器適用于產(chǎn)量大的產(chǎn)品生產(chǎn)，特別適宜對溫度敏感的化學反應。溫度容易自動控制，操作簡單，節(jié)省人力，穩(wěn)定性好，操作安全。化工生產(chǎn)中，攪拌良好的連續(xù)操作釜式反應器流動狀況接近理想混合流動模型或全混流模型。其過程參數(shù)與空間位置、時間無關(guān)，各處的物料組成和溫度都是相同的，且等于出口處的組成和溫度。整個反應都在較低的反應物濃度下進行。連續(xù)釜工作特點具體特點有如下三條：連續(xù)操作，屬于穩(wěn)定流動，物料的積累項為零。穩(wěn)定常態(tài)，T、CA、-rA處處均一，不隨時間而變，且與出口處完全相同。物料粒子在反應器內(nèi)的停留時間不同，返混現(xiàn)象嚴重。串聯(lián)釜工作特點① 為克服全混流反應器反應速率較慢的缺點，可以采用全混流反應器串聯(lián)使用。如果采用三個串聯(lián)的全混流反應器來進行原來由一個全混流反應器所進行的反應，如圖所示。串聯(lián)釜工作特點① 由單釜操作和多釜串聯(lián)操作時釜內(nèi)反應物濃度的分布可見，除了最后一個反應器外，前面的反應器都在比原來高的反應物濃度下進行反應。② 對于同一個反應任務(wù)，控制相同的最終轉(zhuǎn)化率，幾個串聯(lián)釜式反應器的體積之和肯定比單釜操作反應器容積要小，而且串聯(lián)的臺數(shù)越多，總體積就越接近于平推流反應器。-----

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謝謝觀看主講人：周寅飛反應過程及設(shè)備的選擇與操作釜式反應器的基本結(jié)構(gòu)認識——攪拌裝置釜式反應器內(nèi)攪拌裝置的作用1、加強物料的均勻混合2、強化釜內(nèi)的傳熱和傳質(zhì)過程常用的攪拌裝置化工常用的攪拌裝置是機械攪拌裝置，包括攪拌器（旋轉(zhuǎn)的軸和裝在軸上的葉輪）和輔助部件及附件（包括密封裝置、減速箱、攪拌電機、支架、擋板和導流筒）。攪拌器攪拌器是實現(xiàn)攪拌操作的主要部件，其主要的組成部分是葉輪，它隨旋轉(zhuǎn)軸運動將機械能施加給液體，并促使液體運動。攪拌器主要有兩方面性能：產(chǎn)生強大的液體循環(huán)流量；產(chǎn)生強烈的剪切作用。攪拌器攪拌器的類型、尺寸和轉(zhuǎn)速不同，液體在釜體內(nèi)作循環(huán)流動的途徑不同。液體在釜體圍內(nèi)作循環(huán)流動的途徑稱作液體的“流動模型”，簡稱“流型”。在攪拌作用下，液體在釜內(nèi)流型如圖所示。(a)軸向流(b)徑向流(c)切線流（d）打漩現(xiàn)象攪拌器性能的基本規(guī)律在消耗同等功率的條件下，低轉(zhuǎn)速、大直徑的葉輪，可增大液體循環(huán)流量，同時減少液體受到的剪切作用，有利于宏觀混合。反之，高轉(zhuǎn)速、小直徑的葉輪，結(jié)果與此恰恰相反。攪拌器的選用在工業(yè)上可根據(jù)物料的性質(zhì)、要求物料的混合程度以及能耗等因素來選擇適宜的攪拌器。在一般情況下，對低粘度的均相液體混合過程，可選用任何形式的攪拌器，而對非均相液體的分散混合，選擇渦輪式、旋漿式攪拌器為好。在有固體懸浮物存在，固液密度差較大時選用渦輪式攪拌器，固液密度差較小時選用漿式攪拌器。對于物料粘稠性很大的液體混合過程，一般選用錨式攪拌器，對于需要更大攪拌強度或需要被攪拌物料物料作上下翻騰的運動情況，可根據(jù)需要在反應器內(nèi)再裝設(shè)橫向或豎向擋板及導向筒等，以滿足混合要求。攪拌器基本原則綜上所述根據(jù)被攪拌物料的性質(zhì)、攪拌的主要目的再結(jié)合攪拌器的性能的基本規(guī)律，攪拌器選擇原則總結(jié)如下：①按物料粘度選型 對于低粘度液體，宜選用小直徑、高轉(zhuǎn)速攪拌器，如推進式、渦輪式；對于高粘度液體，可選用大直徑、低轉(zhuǎn)速攪拌器，如錨式、框式和漿式。②按攪拌目的選型 對于低粘度均相液體的混合過程，主要考慮循環(huán)流量，各種攪拌器的循環(huán)流量從大到小排列：推進式、渦輪式、漿式；對于非均相液-液分散過程，首先考慮的是剪切作用，同時要求有較大的循環(huán)流量，各種攪拌器的剪切作用按從大到小的順序排列為：渦輪式、推進式、漿式。謝謝觀

看反應過程及設(shè)備的選擇與操作釜式反應器的基本結(jié)構(gòu)認識——殼體殼體殼體部分的結(jié)構(gòu)包括筒體、底、蓋（或稱封頭）、手孔或人孔、視鏡、安全裝置及各種工藝接管等。（1）筒體作用：是反應器用以完成化學反應所需要的主要壓力空間，并且有足夠的強度和腐蝕能力以保證運行可靠，其內(nèi)直徑和容積需由工藝計算確定。①

筒體直徑較?。ㄒ话阈∮?00mm）時，可用無縫鋼管制作，此時筒體上沒有焊縫。②

直徑較大時，筒體可用鋼板卷成圓筒或用鋼板在水壓機上壓制成兩個半圓筒，再將兩者焊接在一起，形成整圓筒。再焊上鋼板壓成的底和蓋就形成了釜式反應器的殼體。殼體（2）封頭封頭常用的形狀有平面形、碟形、橢圓形和球形，釜底也有錐形。① 平面形結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，一般在釜體直徑小、常壓（或壓力不大）條件下操作時采用；②碟形和橢圓形應用較多；③球形多用于高壓反應器。④

當反應后的物料需用分層法使其分離時可用錐形底。殼體（3）手孔或人孔作用：是為了檢查設(shè)備內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件而安設(shè)的。人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種。①

當釜體內(nèi)徑為450～900mm，一般不考慮開設(shè)人孔，可開設(shè)1～2個手孔。它的結(jié)構(gòu)一般是在封頭上接一短管，并蓋以盲板。②當釜體內(nèi)徑為900mm以上時，至少應開設(shè)一個人孔。③當釜體內(nèi)徑大于2500

mm時，頂蓋與筒體上至少應各開設(shè)一個人孔。人孔和手孔已標準化，使用時可以根據(jù)需要選擇合適的人孔、手孔，并查找相應的標準確定尺寸。附注：碳素鋼、低合金鋼制的標準為HG21514-1995～HG21535-1995，不銹鋼制的標準為HG21594-1999～HG21604-1999。殼體（4）視鏡作用：為了便于觀察設(shè)備內(nèi)部的物料反應情況，也可作物料液面指示。壓力容器視鏡帶燈視鏡帶燈有沖洗孔視鏡組合視鏡目前常用的有殼體（5）安全裝置計量檢測儀表安全泄放裝置安全連鎖裝置物料在反應過程中，壓力有可能增高，這將使操作條件發(fā)生變化，并影響反應器的安全，則需設(shè)置安全裝置。安全裝置包括三大類：用于顯示和檢測容器內(nèi)部工作介質(zhì)的各項參數(shù)，主要有壓力表、溫度計和液面計等。是指為了防止操作失誤而裝設(shè)的控制結(jié)構(gòu)，如緊急切斷閥、超壓連鎖保護裝置等。殼體安全泄放裝置的作用：①

當容器在正常工作壓力下運行時，保持嚴密不漏；②

若容器內(nèi)的壓力一旦超過限定值，則能自動、迅速地排泄出容器內(nèi)介質(zhì)，使容器內(nèi)的壓力始終保持在許用壓力范圍以內(nèi)；③

自動報警。安全泄放裝置主要包括安全閥、爆破片以及兩者的組合裝置。殼體安全泄放裝置主要包括安全閥、爆破片以及兩者的組合裝置。安全閥的作用原理：通過閥的自動開啟排出氣體來降低容器內(nèi)過高的壓力。其優(yōu)點是僅排放容器內(nèi)高于規(guī)定值的部分壓力，當容器內(nèi)的壓力降至稍低于正常操作壓力時，能自動關(guān)閉，避免一旦容器超壓就把全部氣體排出而造成浪費和中斷生產(chǎn)；可重復使用多次，安裝調(diào)整也比較容易；但密封性能較差，閥的開啟有滯后現(xiàn)象，泄壓反應較慢。爆破片作用原理：是一種斷裂型安全泄放裝置，它利用爆破片在標定爆破壓力下即發(fā)生斷裂來達到泄壓目的，泄壓后爆破片不能繼續(xù)有效使用，容器也被迫停止運行。雖然爆破片是一種爆破后不重新閉合的泄放裝置，但與安全閥相比，它有兩大優(yōu)點：一是密閉性能好，能做到完全密封；二是破裂速度快，泄壓反應迅速。因此，當安全閥不能起到有效保護作用時，必須使用爆破片或爆破片與安全閥的組合裝置。殼體（6）工藝接管作用：工藝接管主要用于進、出物料及安裝壓力、溫度的測定裝置。進料管或加料管應做成不使料液的液沫濺到釜壁上的形狀，以避免由于料液沿反應釜內(nèi)壁向下流動而引起釜壁局部腐蝕。注：釜式反應器的所有人孔、手孔、視鏡、安全閥和工藝接管，除出料管外，一律都開在頂蓋上。釜式反應器殼體所用材料，一般皆為碳鋼。根據(jù)需要，可在與反應物料接觸部分襯有不銹鋼、鉛、橡膠、玻璃鋼或搪瓷，個別情況也有襯貴重金屬的如銀等，也可直接用銅、不銹鋼制造的反應釜。謝謝觀

看反應過程及設(shè)備的選擇與操作釜式反應器的基本結(jié)構(gòu)認識——密封裝置與換熱裝置密封裝置靜止的攪拌釜封頭和轉(zhuǎn)動的攪拌軸之間設(shè)有攪拌軸密封裝置，簡稱軸封，以防止釜內(nèi)物料泄漏。軸封裝置主要有填料密封和機械密封兩種，都已標準化，可根據(jù)需要直接選用。填料密封結(jié)構(gòu)簡單，填料裝卸方便，但使用壽命較短，難免微量泄漏。當軸頸處圓周速度在5m/s以上即不能使用，密封壓力稍高時也不宜采用。機械密封結(jié)構(gòu)較復雜，造價高，但密封效果甚佳，泄漏量少，使用壽命長，磨擦功耗小。此外還可用新型密封膠密封等。具體密封原理參見流體輸送學習情境。此任務(wù)采用機械密封。換熱裝置換熱裝置是用來加熱或冷卻反應物料，使之符合工藝要求的溫度條件的設(shè)備。其結(jié)構(gòu)型式主要有夾套式、蛇管式、列管式、外部循環(huán)式、回流冷凝式等，也可用直接火焰或電感加熱。換熱裝置夾套與反應釜內(nèi)壁的間距視反應釜直徑的大小采用不同的數(shù)值，一般取25～100mm。夾套的高度取決于傳熱面積，而傳熱面積由工藝要求確定。但必須注意夾套高度一般應高于料液的高度，應比釜內(nèi)液面高出50～100mm左右，以保證充分傳熱。（1）夾套式換熱裝置（2）蛇管式當工藝需要的傳熱面積大，單靠夾套傳熱不能滿足要求時，或者是反應器內(nèi)壁襯有橡膠、瓷磚等非金屬材料時，可采用蛇管傳熱。工業(yè)上常用的蛇管有兩種：水平式和直立式蛇管。排列緊密的水平式蛇管能同時起到導流筒的作用，排列緊密的直立式蛇管同時起到擋板的作用，它們對于改善流體的流動狀況和攪拌的效果起積極的作用。蛇管浸沒在物料中，熱量損失少，且由于蛇管內(nèi)傳熱介質(zhì)流速高，它的給熱系數(shù)比夾套大很多。對于含有固體顆粒的物料及粘稠的物料,容易引起物料堆積和掛料,影響傳熱效果。換熱裝置對于大型反應釜，需高速傳熱時，可在釜內(nèi)安裝列管式換熱器。它的主要優(yōu)點是單位體積所具有的傳熱面積大，傳熱效果好；此外結(jié)構(gòu)簡單，操作彈性大。（3）列管式換熱裝置（4）外部循環(huán)式當反應器的夾套和蛇管傳熱面積仍不能滿足工藝要求，或由于工藝的特殊要求無無法在反應器內(nèi)安裝蛇管，而夾套的傳熱面積又不能滿足工藝要求時，可以通過泵將反應器內(nèi)的料液抽出，經(jīng)過外部換熱器換熱后再循環(huán)回反應器中。換熱裝置（5）回流冷凝式當反應在沸騰溫度下進行且反應熱效應很大時，可以采用此種方式進行換熱，使反應器內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽通過外部的冷凝器加以冷凝，冷凝液返回反應器中。采用這種方式進行傳熱，由于蒸汽在冷凝器中以冷凝的方式散熱，可以得到很高的給熱系數(shù)。謝謝觀

看反應過程及設(shè)備的選擇與操作釜式反應器溫度檢測與控制方法認識反應溫度的檢測方式及儀表溫度不能直接測量，只能借助于冷熱不同物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質(zhì)隨冷熱程度不同而變化的特性來加以間接測量。反應溫度的檢測方式及儀表溫度測量儀表若按工作原理可分為膨脹式溫度計、壓力式溫度計、熱電耦溫度計、熱電阻溫度計和輻射高溫計五類。若按測量方式分，則分為接觸式與非接觸式兩大類。前者測溫元件直接與被測介質(zhì)接觸，這樣可以使被測介質(zhì)與測溫元件進行充分熱交換，而達到測溫目的；后者測溫元件與被測介質(zhì)不相接觸，通過輻射或?qū)α鲗崿F(xiàn)熱交換來達到測溫的目的，按測量方式分類見表所示。反應溫度的檢測方式及儀表反應溫度測量用溫度計的種類及優(yōu)缺點測溫方式溫度計種類測溫范圍/℃優(yōu)

點缺

點接觸式測溫儀表膨脹式玻璃液體-50～600結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測量準確、價格低廉測

量上限和精度受玻璃質(zhì)量的限制、易碎不能記錄遠傳雙金屬-80～600結(jié)構(gòu)緊湊、牢固可靠精

度低、

量程

和使用范圍有限壓力式液體氣體蒸汽-30～600-20～3500～250結(jié)構(gòu)簡單、耐震、防爆能記錄、報警、價格低廉精

度低、

測溫距離短、滯后性大熱電偶鉑銠-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-考銅0～1600-50～1000-50～600測溫范圍廣、精度高、便于遠距離、多點、集中測量和自動控制需

冷端溫度補償、

在低溫段測量精度較低熱電阻鉑銅-200～600-50～150測量精度高、便于遠距離、多點、集中測量和自動控制不

能測高溫、須注意環(huán)境溫度的影響非接觸式測溫儀表輻射式輻射式光學式比色式400～2000700～3200900～1700測溫時，不破換被測溫度場低

溫段測量不準、

環(huán)境條件會影響測溫準確度紅外線光電探測熱電探測0～3500200～2000測溫范圍大、適于測溫度分布不破壞被測溫度場、響應快易

受外界干擾標定困難、、釜式反應器溫度的控制物料經(jīng)過預熱器（或冷卻器）進入反應釜。通過改變進入預熱器（或冷卻器）的熱劑量（或冷劑量），可以改變反應釜的進料溫度，從而達到維持釜內(nèi)溫度恒定的目的。（1）改變進料溫度釜式反應器溫度的控制（2）改變加熱劑或冷卻劑流量由于大多數(shù)反應釜均有傳熱面，以引入或移走反應熱，所以用改變引入傳熱量多少的方法實現(xiàn)溫度控制。當帶夾套的反應釜內(nèi)溫度改變時，可用改變加熱劑（或冷卻劑）流量的方法來控制釜內(nèi)溫度。這種方案的結(jié)構(gòu)比較簡單，使用儀表少，但由于反應釜容量大，溫度滯后嚴重，特別是當反應釜用來進行聚合反應時，釜內(nèi)物料粘度大，傳熱效果較差，混合又不易均勻，就很難使溫度控制達到嚴格的要求。釜式反應器溫度的控制（3）串級控制針對反應釜釜溫滯后較大的特點，反應釜溫度目前一般采用串級控制方案。串級控制方案就是根據(jù)進入反應釜的主要干擾的不同情況，可以采用釜溫與加熱劑（或冷卻劑）流量串級控制見圖8-14(a)、釜溫與夾套溫度串級控制如圖8-14(b)所示及釜溫與釜壓串級控制見圖8-14(c)等。釜式反應器溫度的控制（3）串級控制(a)

釜溫與冷劑流量串級控制(b)

釜溫與夾套溫度串級控制(c)釜溫與釜壓串級控制謝謝觀

看反應過程及設(shè)備的選擇與操作固定床反應器特點及應用場合固定床反應器的優(yōu)點固定床反應器的主要優(yōu)點是床層內(nèi)氣體的流動接近平推流（除床層極薄和氣體流速很低的特殊情況外），因而與返混式反應器相比，化學反應速度較快，可用較少量的催化劑和較小的反應器體積獲得較大的生產(chǎn)能力；氣體通過床層的停留時間可以嚴格控制，溫度分布可適當調(diào)節(jié)，有利于達到較高的轉(zhuǎn)化率和選擇性。此外，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，催化劑機械磨損小，也是固定床反應器獲得廣泛應用的重要原因。固定床反應器的缺點固定床反應器的主要缺點是傳熱能力差，反應器中縱向和橫向溫度分布不均勻，使床層各處轉(zhuǎn)化率高低不等，不但降低了設(shè)備利用率，而且容易發(fā)生局部過熱，甚至使催化劑失去活性。固定床反應器缺點的原因這是由于催化劑的載體往往是導熱性能較差的物質(zhì)，加之催化劑在床層中靜止不動，氣體流速受壓降限制不能太大。因此，對熱效應大的反應過程，傳熱和溫控問題成為固定床反應器技術(shù)中的難點和關(guān)鍵。固定床反應器的另一缺點是催化劑的更換必須停產(chǎn)進行，因此用于固定床反應器的催化劑要有足夠長的壽命，對催化劑需頻繁再生的反應過程不宜使用。此外，由于床層壓降的限制，固定床反應器中催化劑粒度一般不小于1.5mm，使催化劑表面利用率不高，對高溫下進行的快速反應，可能導致較嚴重的內(nèi)擴散影響。由于反應和再生在同一設(shè)備中進行，而兩者的操作條件相差很大，因此對反應器的材質(zhì)要求高。固定床反應器的應用固定床反應器是應用最廣的工業(yè)反應器之一，除催化劑需連續(xù)再生的過程外，幾乎所有工業(yè)上重要的氣固相催化反應都是在固定床反應器中進行的，在液固相催化反應及氣固或液固非催化反應過程中，固定床反應器也有應用。另外，移動床反應器和滴流床反應器也是特殊形式的固定床反應器。固定床反應器的應用反應催化劑反應器型式操作條件操作周期（年）氨合成Fe3O4-K2O-Al2O3多段絕熱450～550℃

20～50MPa5～10烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化Ni列管式500～850℃

3MPa2～4一氧化碳變換CuO-ZnOFe2O3-Cr2O3絕熱絕熱200～250℃

3Mpa350～500℃

3MPa2～62～4二氧化硫氧化V2O5-K2O多段絕熱420～600℃

0.1MPa5～10甲醇合成CuO-ZnO-Cr2O3多段絕熱，列管式200～300℃

3MPa2～8乙苯合成ZSM5分子篩多段絕熱350～450℃

1．7～2MPa1/8～1/4乙苯脫氫Fe3O4-K2O-Cr2O3多段絕熱,列管式550～650℃0.05～0.1MPa2～4乙烯部分氧化Ag列管式200～270℃

1～2MPa1～4苯氧化V2O5-MnO列管式350℃ 0.1MPa1～2甲醇部分氧化Ag列管式600～700℃

0.1MPa0.3～1丁烯氧化脫氫鐵尖晶石絕熱350～580℃

0.1MPa催化重整Pt多段絕熱460～525℃

0.8～2MPa0.01～0.5乙炔加氫Pd絕熱30～100℃ 5MPa0.1～0.5甲醛三聚離子交換樹脂絕熱離子交換絕熱常溫 常壓表固定床反應器的重要工業(yè)應用謝謝觀

看反應過程及設(shè)備的選擇與操作固定床反應器型式選擇原則與溫度控制固定床反應器型式選擇原則在工業(yè)上選擇固定床反應器時，應考慮以下條件，保證徑向、軸向溫度分布均勻，并使反應維持最適宜的溫度范圍；催化劑裝填量充足，并能充分發(fā)揮作用；氣體物料通過催化劑層的阻力要小，并可加大空間速度以強化生產(chǎn)；還要考慮到設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，安全可靠等因素。固定床反應器型式選擇原則影響固定床反應器選型的最重要的因素是反應的熱效應。單段絕熱式固定床反應器由于結(jié)構(gòu)簡單往往成為首先考慮的對象，但這種反應器在反應過程中無法和外界進行熱交換。當反應熱效應較大時，可以采用多段絕熱式固定床反應器；對強放熱反應，多段絕熱式固定床反應器需要的段數(shù)可能會多到不經(jīng)濟的程度，這時采用列管式固定床反應器將更有利。固定床反應器的溫度控制固定床傳熱較差，而化學反應又多半伴有熱效應，化學反應對溫度的依賴關(guān)系又很強，因此，傳熱與控溫問題就成為固定床技術(shù)中的關(guān)鍵所在。由于反應是在粒內(nèi)進行的，因此固定床的傳熱實質(zhì)上包括了粒內(nèi)傳熱，粒子與流體間的傳熱以及床層與器壁的傳熱等幾方面。對于在非絕熱條件下進行的放熱反應來說，在反應器的入口端，由于反應物的濃度高，反應速度快，單位反應器容積的放熱速度大于除熱速度，因而物料的溫度將沿軸向逐漸上升。然而隨著反應的進行，反應物的濃度下降，逐漸達到放熱速度小于除熱速度的地步，溫度就會沿軸向逐漸下降。這樣就會在軸向出現(xiàn)溫度極大點，稱為熱點。如設(shè)計或操作不當，強放熱反應的熱點溫度有可能失去控制，飛速上升，稱做“飛溫”。“飛溫”的結(jié)果可能造成催化劑失效，甚至引起更嚴重的事故。固定床反應器的溫度控制這是放熱反應的軸向溫度分布示意圖，為防止飛溫現(xiàn)象發(fā)生，固定床放熱反應常采取措施為：嚴格控制進料溫度低于反應器內(nèi)的平均溫度、降低進口反應物濃度、降低入口端催化劑的活性或濃度(用惰性填料稀釋)和提高進料速度等方法?？傊潭ù卜磻鞯牟僮鳁l件是相當嚴格的，操作時必須引起重視。謝謝觀

看反應過程及設(shè)備的選擇與操作換熱式固定床反應器換熱式固定床反應器為了維持適宜的溫度條件，需要用換熱介質(zhì)來移走或供給熱量。根據(jù)換熱介質(zhì)的不同，可分為對外換熱式反應器和自身換熱式反應器。對外換熱式反應器以各種熱載體為換熱介質(zhì)的換熱式反應器稱為對外換熱式反應器，在化工生產(chǎn)中應用最多的是換熱條件較好的列管式固定床反應器。這種反應器由多根管子并聯(lián)組成，通常在管內(nèi)充填催化劑，管間通熱載體（在用高壓水或高壓蒸汽作熱載體時，把催化劑放在管間，管內(nèi)走反應氣體），原料氣體自上而下通過催化劑床層進行反應，反應熱則由床層通過管壁與管外的熱載體進行熱交換。對外換熱式反應器列管式反應器的管子由導熱系數(shù)較大的金屬材料制成。管徑的選擇和反應熱效應有關(guān)，為使床層徑向溫度分布均勻，一般取25～50mm為宜，熱效應愈大選用管徑愈小。根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模，列管數(shù)可為數(shù)百根到數(shù)千根，甚至達到萬根以上。對外換熱式反應器為使氣體在各管內(nèi)分布均勻，以滿足反應過程所需的停留時間和溫度條件，要求催化劑顆粒大小盡可能均勻，裝填時保證床層各部分的數(shù)量和分布，力求各管阻力相等。催化劑粒徑應小于管徑的八分之一，防止近壁處出現(xiàn)溝流，但為了減少流動壓降，粒徑不宜過小，一般在2～6

mm左右，不小于1.5mm。對外換熱式反應器熱載體的選用可根據(jù)反應的溫度范圍、熱效應、操作狀況及過程對溫度波動的敏感性等來確定，合理地選擇熱載體，是控制反應溫度和保持反應器操作穩(wěn)定的關(guān)鍵。熱載體應在反應條件下穩(wěn)定、不生成沉積物、無腐蝕性，具有較大的熱容及價廉易得等性質(zhì)。常用的熱載體有水、加壓水（373～573K）、導生液（聯(lián)苯和二苯醚混合物，473～623K）、熔鹽（如硝酸鈉、硝酸鉀和亞硝酸鈉混合物，573～773K）、煙道氣（873～973K）等。熱載體溫度與反應溫度相差不宜太大，以免造成接近管壁的催化劑過冷或過熱，影響催化劑作用的發(fā)揮。熱載體必須循環(huán)，以增強傳熱效果。對外換熱式反應器采用不同的熱載體和熱載體循環(huán)方式的列管式固定床反應器的結(jié)構(gòu)如圖所示。圖1是乙炔與氯化氫合成氯乙烯反應器，采用沸騰水為熱載體，反應熱使沸騰水部分氣化經(jīng)出口引出，將蒸汽冷凝后由沸騰水入口重新進入反應器循環(huán)使用，屬沸騰循環(huán)，其特點是整個反應器內(nèi)溫度基本恒定。對外換熱式反應器圖2是萘氧化反應器，以熔鹽為熱載體，以旋槳式攪拌器強制熔鹽循環(huán)，屬內(nèi)部循環(huán)，此類反應器結(jié)構(gòu)比較復雜。對外換熱式反應器圖3是乙烯環(huán)氧化反應器，以有機熱載體帶走反應熱，反應器外部設(shè)置熱載體冷卻器，屬外部循環(huán)。對外換熱式反應器圖4是乙苯脫氫反應器，以燃燒氣為載熱體。對外換熱式反應器列管式固定床反應器換熱效果較好，催化劑層的溫度較易控制，加上反應器內(nèi)物料流動接近于平推流，有可能將副反應限制在較低程度，因此，對于原料成本高、副產(chǎn)物價值低以及分離不易的情況特別適用。但這種反應器結(jié)構(gòu)比較復雜，而且不宜在高壓條件下操作。自身換熱式反應器（雙套管）在反應器內(nèi)，以原料氣為換熱介質(zhì)，通過管壁與反應物料進行換熱以維持反應溫度的反應器，稱為自身換熱式反應器。這種反應器只適用于高壓條件下、熱效應不大的放熱反應，其優(yōu)點是熱量能做到自給，不需要另設(shè)高壓換熱設(shè)備，如圖所示。為使催化劑層溫度分布合理，工業(yè)上常在催化劑層內(nèi)插入各種各樣的冷卻管，然而大量冷卻管的存在，減少了催化劑的裝填量，影響到反應器的生產(chǎn)能力。謝謝觀

看反應過程及設(shè)備的選擇與操作絕熱式固定床反應器固定床反應器的基本概念固定床式反應器是因為反應器內(nèi)填充有固體催化劑顆?；蚬腆w反應物，在反應過程中顆粒固定不動而得名，一般多用于氣固相催化反應。固定床反應器的溫度調(diào)節(jié)在氣固相固定床反應器操作中，催化反應的溫度控制非常重要。對于不可逆反應和可逆的吸熱反應，在催化劑活性允許的范圍內(nèi)，應盡可能提高反應溫度，

以保持高的反應速率，提高設(shè)備的生產(chǎn)能力。對于可逆的放熱反應，則存在給

定轉(zhuǎn)化率下的最適宜溫度，亦即反應速率最大時的溫度。最適宜溫度一般隨轉(zhuǎn)化率升高而逐步降低，如果能使催化劑床層內(nèi)的溫度隨著反應的進行沿著最適

宜溫度變化，就可以使反應達到較高的轉(zhuǎn)化率，還可以使反應器保持大的生產(chǎn)

能力。對于有副反應發(fā)生的復雜反應，還必須考慮避免發(fā)生副反應的溫度條件。固定床反應器的溫度調(diào)節(jié)溫度對催化劑的活性及使用壽命有直接影響，當溫度超過催化劑的耐熱溫度時，由于催化劑有效組分的升華、半融或燒結(jié)，而使催化劑活性很快降低，影響催化劑的使用壽命。因此固定床反應器的溫度調(diào)節(jié)非常重要。固定床反應器的溫度調(diào)節(jié)根據(jù)反應器的溫度調(diào)節(jié)方法的不同換熱式固定床反應器固定床反應器絕熱式固定床反應器絕熱式固定床反應器適用場合絕熱操作是在與外界斷絕熱量交換的條件下進行的。若為放熱反應，則反應放出的熱量將使反應混合物的溫度升高。所以絕熱式固定床反應器雖然結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備費用低，但只適用于放熱量不大和反應混合物的熱容量大的反應，因為催化劑床層進出口的溫差較大，不適于溫度允許變化范圍窄的反應。絕熱式固定床反應器分類徑向反應器絕熱式固定床反應器軸向反應器軸向反應器1-礦渣棉；2-瓷環(huán)；3-催化劑軸向反應器一般為空心的圓筒體，在器內(nèi)下部裝有柵板，催化劑均勻堆置其上形成床層；物料進口處有保證氣流均勻分布的氣體分布器，預