反应器介绍ppt模板

化学反应器发展动态J化工0801概述反应器实现反应过程的设备，广泛应用于化工、炼油、冶金、轻工等工业部门。化学反应工程以工业反应器中进行的反应过程为研究对象，运用数学模型方法建立反应器数学模型，研究反应器传递过程对化学反应的影响以及反应器动态特性和反应器参数敏感性，以实现工业反应器的可靠设计和操作控制。反应器作为化工生产的核心设备,其技术先进程度对化工生产有重要影响,尤其是在化学品制备和工程放大方面。概述反应器的应用始于古代，制造陶器的窑炉就是一种原始的反应器。近代工业中的反应器形式多样,例如:冶金工业中的高炉和转炉；生物工程中的发酵罐以及各种燃烧器，都是不同形式的反应器。反应器石化反应器是进行化学反应的关键设备，而化学反应过程又是原料转化为目的产品的主要过程。因为反应过程是一个极其复杂的过程，不仅要遵守化学热力学和化学反应动力学的规律，还要受到能量传递和热量传递过程的制约，特别指出的是各个过程之间相互影响，使得反应过程极其复杂，所以反应器与其他石化单元设备（如塔、冷换设备、泵、压缩机等）不同。反应器的设计都要单独进行，没有系列可言，设备制造一定要完全满足设计要求，才能保证生产的顺利进行。一、化工反应器分类化工反应种类繁多，性质各异、化学反应器的一个特点是具有相差甚远的构性和尺寸，如窑炉、锅炉、斧、塔、混合器、高炉、回转炉，甚至简单的管子。实现化学反应为其共同点，但特殊性的考虑十分重要。化工反应器的种类可从可从影响反应的几个重要的方面进行大致区分。1、按反应器中的物相分类：反应器可分为单（均）相和多（复）相。单相可分为单——气相或者单——液相。多相可分为气——液相（G-L），液——液相(L-L)，气——固相（G-S），液——固相（L-S）和气液——固——相(G-L-S),也可有两种以上流体相和固相的反应。2、按操作方式分类反应器可分为间歇操作、连续操作和半连续操作。3、按物料流动状态分类连续反应器的流动状态（如返混）影响反应器中反应物的浓度分布和温度分布，也影响反应物通过反应器的停留时间的分布，对反应结束有重要效应。平推流型和全混流型是返混为零或无穷大的两种极限流型。实际工业反应器中物料流型只可能趋近于前者（统称管式反应器）或后者（通称搅拌釜式反应器或者釜式反应器），不可能完全一致。应根据反应特征选择反应器的流动形态。为了限制返混可以采用多级串联搅拌釜是反应器。物相操作方式间歇连续管式多级斧式斧式单相G少用或不用常用（裂解炉）少用或不用少用或不用L常用（溶液聚合）较常用较常用常用（溶液聚合）多相G+L较常用（发酵罐）常用（填料塔）较常用（板式塔）常用（搅拌釜鼓泡塔）L+L较常用（搅拌釜）较常用较常用（筛板塔）较常用（搅拌釜）G+S少用或不用常用（固定床，移动床）较常用（多层流化床）较常用（流化床）L+S较常用（搅拌釜）较常用（固定床，移动床）较常用（多层流化床）较常用（流化床）G+L+S常用（娟流床，高炉）较常用常用(桨式反应器)表为不同类型反应器在工业生产中的使用程度。4、按传热特征分类化学反应不可避免的伴有热效应。捂热交换的反应器为绝热反应器。热交换能力极强（或热效应可以忽略）以致可视为等温的反应器为等温反应器。工业上常见的是非等温非绝热反应器。后者有一定的换热能力，既不同于绝热型，也不同于等温型。除以上分类以外，尚可按物料的流向等特点分类。各种反应器适用于不同反应、间歇反应器操作灵活，适用于多品种生产和产量小、反应时间长的情形，但操作控制不便，产品质量不易稳定。连续反应器适用于大生产量品种的生产。管式反应器由于体积限制，适用于快速反应。较慢的反应由于其对停留时间的要求，常考虑用复式反应器。二、反应器的选型判别1、反应类别反应类别即反应介质类别，例如气——液相或者气——固相或气相反应。这是最简单却是应首先使用的判据。2、催化剂的失活速度对于催化反应，应判别催化剂的失活速度。如催化剂失活速度很快，床层的操作周期很短，例如几秒钟、几分钟或者几小时，则应采用流化床等床型，否则应采用其它形势的反应器用来减少投资和操作费用。3、有反应的浓度效应决定的混合要求反应器中的物流混合按照尺度可分为宏观混合和微观混合两种。微观混合是指大尺度的混合现象，如在搅拌釜式反应器中由于机械搅拌反应物流发生设备尺度的循环流动。在连续流动反应器中，宏观混合就是返混，返混使反应物的平均浓度降低产物的平均浓度升高。4、由反应的热负荷和温度效应所决定的热量传递和温度控制要求应该按照反应系统的绝热温升和过程温度控制的要求，由简到繁选择反应器的形式。常见反应器的类型①管式反应器②釜式反应器③固定床与流化床反应器④塔式反应器⑤喷射反应器⑥其他多种非典型反应器管式反应器一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很长，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，以进行多相催化反应。通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200（液体），物料的流动可近似地视为平推流。管式反应器返混小，因而容积效率（单位容积生产能力）高，对要求转化率较高或有串联副反应的场合尤为适用。此外，管式反应器可实现分段温度控制。其主要缺点是，反应速率很低时所需管道过长，工业上不易实现。管式反应器釜式反应器由长径比较小的圆筒形容器构成，常装有机搅拌或气流搅拌装置，可用于反应器外型液相单相反应过程和液液相、气液相、气液固相等多相反应过程。用于气液相反应过程的称为鼓泡搅拌釜（见鼓泡反应器）；用于气液固相反应过程的称为搅拌釜式浆态反应器。釜式反应器属于全混流反应器，釜式反应器釜式反应器的高径比为1-2，在石化行业中，除用于液相均相、液相非均相或气相反应外，主要用于聚合反应，即将小分子变为大分子，使反应物具有可塑、成纤、成膜、高弹等特性。很多釜内含有搅拌器和换热装置。大部分反应釜由釜体、搅拌器、减速器、密封装置、换热装置和挡板组成。釜式反应器优点：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。固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状，粒径2～15mm左右,堆积成一定高度（或厚度）的床层。床层静止不动，流体通过床层进行反应。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。固定床反应器固定床反应器固定床反应器有三种基本形式：①轴向绝热式固定床反应器流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。②径向绝热式固定床反应器。流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无热交换。③列管式固定床反应器由多根反应管并联构成。管内或管间置催化剂，载热体流经管间或管内进行加热或冷却，管径通常在25～50mm之间，管数可多达上万根。列管式固定床反应器适用于反应热效应较大的反应。此外，尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器，称为多级固定床反应器。固定床反应器优缺点固定床反应器优点:1、床层极薄，流体流速很低；2、床层内的流体轴向流动可看成是理想置换流动，因而化学反应速度较快；3、流体停留时间可严格控制，温度分布可以适当调节，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性；4、催化剂不易磨损；5、可在高温下操作。固定床反应器缺点:催化剂颗粒不能太大，不能使用细粒催化剂;催化剂导热性较差，催化剂的再生、更换不方便。流化床反应器流体自下而上通过固体颗粒床层,当流体速度增加到一定程度时,颗粒被流体拖起作悬浮运动,这种现象叫固体流态化。利用流态化技术进行化学反应的装置叫流化床反应器。传统流化床反应器的应用始于1922年,经过近100a的发展,流化床反应器以其独特优势在化学工业中得到了广泛应用。流化床反应器这也是一种气-固相反应的一种反应器。气体从反应器底部的气体分布板、分布管进入，将反应器床层上固体催化剂颗粒流化如液体沸腾状，在流化状态中进行反应。按流化床反应器的应用可分为两类：一类的加工对象主要是固体,如矿石的焙烧,称为固相加工过程；另一类的加工对象主要是流体，如石油催化裂化、酶反应过程等催化反应过程，称为流体相加工过程。流化床反应器流化床反应器优缺点流化床反应器优点:1、床层温度分布均匀，可避免局部过热或局部反应不完全现象。2、可利用循环颗粒作为传热介质，大大简化了反应器结构。3、流化床单位体积内气固相之间接触面积很大，提高了界面的传热、传质速率。4、催化剂内孔表面利用率高，加速气固相间的反应。5、反应过程及再生过程连续化。6、流化床中换热器所需面积较小。7、设备生产强度大，适于大规模生产。流化床反应器优缺点流化床反应器缺点:1、反应的转化率低，流化床一般达不到固化床的转化率。2、催化剂损失率高，防尘比较困难。3、流化床的管子和容器磨损非常严重。塔式反应器塔式反应器高径比很大，常用于气-液反应和液-液反应，包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等。常用的有鼓泡式反应器（鼓泡塔），其中又可分为简单鼓泡塔和气升式鼓泡塔。塔式反应器简单鼓泡塔鼓泡塔为盛液体的空心圆筒，底部装有气体分布器。气体通过分布器上小孔均匀以鼓泡形式进入液相，液相间歇或连续加入反应器，液体和气体可以并流或逆流（并流常见）。为了提高气体的分散程度，减少液位纵向循环，在反应器中安置水平多孔隔板进行时，往往有热效应，常采用夹套或其他外部散热方式。塔式反应器气升式鼓泡塔气升式鼓泡塔塔内装有一根或几根气升管，气体从下部的气体分布器进入气升管。在气升管中，气液混合物密度比环形空间中的液体密度小得多，引起液体在环形空间和气升管内做循环流的，故称为气升式鼓泡反应器。苯乙烯装置中的烃化/烃化转移反应器就是这种结构。喷射反应器利用喷射器进行混合，实现气相或液相单相反应过程和气液相、液液相等多相反应过程的设备。喷射反应器是近几十年迅速发展起来的多相反应器，多用于气液两相反应，也可用于含催化剂等悬浮颗粒的气液固三相反应。其原理是利用高速流动相去卷吸其他相，使各相密切接触，继而在反应器内均匀分散或悬浮，并完成反应。喷射反应器是一大类反应器的总称，其主体部分一般由一个反应釜和一个射流喷嘴所组成，根据需要还可加入其他附件。喷射反应器分类根据射流喷嘴在反应器内的不同位置上，有上喷式、下喷式及水平式喷射反应器分。而根据反应工艺过程的不同，有一次喷射反应式，也有利用循环泵将物料多次循环的所谓喷射环路反应器(有时简称为环路、环流或回路反应器)。喷射反应器性能喷射反应器作为一类新型反应器，有许多独特、优异的性能：①多相传质性能好；②传热能效大；③密封性能好，便于高压反应；④单位体积输入功率大；⑤工作体积大，操作弹性好；⑥反应器结构简单，无动件，节约能耗且便于反应过程的连续化；⑦传质速率和混合效果对反应器规模依赖程度小，便于工程放大；⑧用途广泛。喷射反应器研究现状及进展喷射反应器的研究起步相对较晚，但其发展迅速，种类越来越多，性能也不断得到完善，并越来越受到国际学术和工程界的关注。1939年，Flugel最早提出了可适用于描述单相物质系统中喷射反应器实验结果的基本理论概念。BlenkelJ在1985年对喷射环路反应器作了较为全面的综述，并划分了反应器性能的不同方面及其表征参数。随后，Dirix等对反应器的各种性能作了大量研究，并提出不少理论模型。VanDierendonck从工作特性、设计放大及应用等方面对比分析了喷射反应器和机械搅拌釜反应器，阐明了喷射反应器的优异性能，并指出喷射反应器极有可能取代搅拌釜反应器成为多相反应器的首选。喷射反应器研究现状及进展Duveen在此基础上详细总结了喷射反应器的各种性能，认为喷射反应器作为高性能反应器即将成为气液反应器的设计标准。在国际上，有不少公司对喷射反应器进行了研究开发，如瑞士Buss、E