反应器选型与设计(完结版).pdf

反应器选型与设计 一、反应器类型 反应器设备种类很多， 按结构型式分， 大致可分为釜式反应器、 管式反应器、 塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。 1.1 釜式反应器： 反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应器出口物料的浓度和温 度。物料质点在反应器内停留时间有长有短， 存在不同停留时间物料的混合， 即 返混程度最大。应器内物料所有参数，如浓度、温度等都不随时间变化，从而不 存在时间这个自变量。 优点：适用范围广泛，投资少，投产容易，可以方便地改变反应内容。 缺点：换热面积小，反应温度不易控制，停留时间不一致。绝大多数用于有液相 参与的反应，如：液液、液固、气液、气液固反应等。 1. 2 管式反应器 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。 1.3 固定床反应器 固定床反应器的优点是： ①返混小， 流体同催化剂可进行有效接触， 当反应 伴有串联副反应时可得较高选择性。②催化剂机械损耗小。③结构简单。 固定床反应器的缺点是： ①传热差， 反应放热量很大时， 即使是列管式反应器也 可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。②操作过程中 催化剂不能更换， 催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用， 常代之以流化床反 应器或移动床反应器。 固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状， 网状催化剂早已 应用于工业上。目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。 1. 4 流化床反应器 （1）流化床反应器的优点 ①由于可采用细粉颗粒， 并在悬浮状态下与流体接触， 流固相界面积大 （可 2 3 高达 3280~16400m/m ），有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。 ②由于颗粒在床内混合激烈， 使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致， 床层 2 ~ 与内浸换热表面间的传热系数很高 [200 400 /( ? )] ，全床热容量大，热稳定 性高，这些都有利于强放热反应的等温操作。 这是许多工艺过程的反应装置选择 流化床的重要原因之一。 流化床内的颗粒群有类似流体的性质， 可以大量地从装置中移出、 引入，并可以 在两个流化床之间大量循环。 这使得一些反应—再生、 吸热—放热、 正反应—逆 反应等反应耦合过程和反应—分离耦合过程得以实现。 使得易失活催化剂能在工 程中使用。 （2）流化床反应器的缺点 ①气体流动状态与活塞流偏离较大， 气流与床层颗粒发生返混， 以致在床层 轴向没有温度差及浓度差。 加之气体可能成大气泡状态通过床层， 使气固接触不 良，使反应的转化率降低。因此流化床一般达不到固定床的转化率。 ②催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造