4.6 化学反应器.ppt

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1、4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器化学反应器是化工工艺过程的核心，是工化学反应器是化工工艺过程的核心，是工程设计和工业生产操作的关键。程设计和工业生产操作的关键。常用工业反应器的类型常用工业反应器的类型管式反应器管式反应器特点：特点：反应器的长度远大于直径，反应器的长度远大于直径，且内部无零部件。且内部无零部件。应用：应用：多用于均相反应过程，如多用于均相反应过程，如 轻油裂解生产乙烯使用的轻油裂解生产乙烯使用的 管式裂解炉。管式裂解炉。4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器常用工业反应器的类型常用工业反应器的类型釜式反应器（反应釜、搅拌

2、反应器）釜式反应器（反应釜、搅拌反应器）特点：特点：高度与直径比约为高度与直径比约为23，内，内 设搅拌装置和挡板。设搅拌装置和挡板。应用：应用：用于均相及多相反应（液相用于均相及多相反应（液相 均相、气液、液液、液固、均相、气液、液液、液固、气液固反应等）。如酯化、气液固反应等）。如酯化、硝化、磺化、氯化反应等。硝化、磺化、氯化反应等。4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器常用工业反应器的类型常用工业反应器的类型釜式反应器（反应釜、搅拌反应器）釜式反应器（反应釜、搅拌反应器）4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器常用工业反应器的类型常用工业

3、反应器的类型塔式反应器塔式反应器4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器特点：特点：高度远大于直径，内部设有填料、塔板等高度远大于直径，内部设有填料、塔板等 以提高相互接触面积。以提高相互接触面积。应用：应用：用于两种流体的反应（气液、用于两种流体的反应（气液、液液反应等）。液液反应等）。常用工业反应器的类型常用工业反应器的类型固定床反应器固定床反应器4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器特点：特点：内部装有不动的固体颗粒，固体颗粒可以是内部装有不动的固体颗粒，固体颗粒可以是 催化剂或是反应物。催化剂或是反应物。应用：应用：用于多相反应（气固、

4、用于多相反应（气固、液固催化反应及非液固催化反应及非 催化反应等）。如合成氨、合成甲醇、催化反应等）。如合成氨、合成甲醇、SO2 氧化制氧化制SO3、乙烯氧化制环氧乙烷、甲醇氧、乙烯氧化制环氧乙烷、甲醇氧 化制甲醛、乙醇氧化制乙醛、邻二甲苯氧化化制甲醛、乙醇氧化制乙醛、邻二甲苯氧化 制苯酐等。制苯酐等。分类：分类：绝热式、换热式和列管式；轴向和径向等。绝热式、换热式和列管式；轴向和径向等。常用工业反应器的类型常用工业反应器的类型固定床反应器固定床反应器4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器常用工业反应器的类型常用工业反应器的类型流化床反应器（沸腾床）流化床反应器（沸腾

5、床）4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器特点：特点：反应过程中内部有固体颗粒的悬浮和循环运反应过程中内部有固体颗粒的悬浮和循环运 动，提高反应器内液体的混合性能。动，提高反应器内液体的混合性能。应用：应用：用于多相反应（气固、用于多相反应（气固、液固催化反应及非液固催化反应及非 催化反应等），催化剂可连续再生。如炼厂催化反应等），催化剂可连续再生。如炼厂 的催化裂化、丙烯氨氧化制丙烯腈、石灰石的催化裂化、丙烯氨氧化制丙烯腈、石灰石 煅烧等。煅烧等。常用工业反应器的类型常用工业反应器的类型流化床反应器（沸腾床）流化床反应器（沸腾床）4 化工设备的设计计算与选型4.6

6、4.6 化学反应器化学反应器 选择反应器类型时，首先判断反应相态，其次了解选择反应器类型时，首先判断反应相态，其次了解在该相态下可选择何种反应装置，选择合适的类型，在该相态下可选择何种反应装置，选择合适的类型，然后进行具体计算。然后进行具体计算。4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器常用工业反应器的类型常用工业反应器的类型4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器反应器的设计要点反应器的设计要点保证物料转化率和反应时间。保证物料转化率和反应时间。满足反应的热传递要求。满足反应的热传递要求。设计适当的搅拌器或类似作用的机构。设计适当的搅拌器或类似作

7、用的机构。注意材质选用和机械加工要求。注意材质选用和机械加工要求。搅拌釜式反应器标准系列搅拌釜式反应器标准系列K型型4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器搅拌釜式反应器的设计搅拌釜式反应器的设计搪玻璃开式搅拌容器搪玻璃开式搅拌容器 GB/T 25027-2010搅拌釜式反应器标准系列搅拌釜式反应器标准系列K型型4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器搅拌釜式反应器的设计搅拌釜式反应器的设计搪玻璃开式搅拌容器搪玻璃开式搅拌容器 GB/T 25027-2010特点：特点：筒体上设置与筒体等径高颈法兰的带搅拌装筒体上设置与筒体等径高颈法兰的带搅拌装

8、置的搪玻璃容器，代号为置的搪玻璃容器，代号为K。技术参数：技术参数：公称压力公称压力 1.0MPa 公称容积公称容积505000L L，介质温度介质温度-20200。搅拌形式：搅拌形式：叶轮式、桨式、锚式、框式。叶轮式、桨式、锚式、框式。搅拌釜式反应器标准系列搅拌釜式反应器标准系列F型型4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器搅拌釜式反应器的设计搅拌釜式反应器的设计搪玻璃闭式搅拌容器搪玻璃闭式搅拌容器 GB/T 25026-2010搅拌釜式反应器标准系列搅拌釜式反应器标准系列F型型4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器搅拌釜式反应器的设计搅拌釜

9、式反应器的设计搪玻璃闭式搅拌容器搪玻璃闭式搅拌容器 GB/T 25026-2010特点：特点：容器封头上设置高颈法兰的带搅拌装置的搪容器封头上设置高颈法兰的带搅拌装置的搪 玻璃容器，不可拆式，代号为玻璃容器，不可拆式，代号为F。技术参数：技术参数：公称压力公称压力1.0MPa 公称容积公称容积250020000L 介质温度介质温度-20200。搅拌形式：搅拌形式：叶轮式、桨式。叶轮式、桨式。4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器搅拌釜式反应器标准系列搅拌釜式反应器标准系列搅拌釜式反应器的设计搅拌釜式反应器的设计搅搅拌拌形形式式(1)(1)确定反应釜操作方式确定反应釜操

10、作方式 根据工艺流程的特点，确定连续还是间歇操作。根据工艺流程的特点，确定连续还是间歇操作。(2)(2)汇总设计基础数据汇总设计基础数据 包括生产能力、反应时间、温度、装料系数、物包括生产能力、反应时间、温度、装料系数、物料膨胀比、投料比、转化率、投料变化情况以及物料料膨胀比、投料比、转化率、投料变化情况以及物料和反应物的物性数据、化学性质等。和反应物的物性数据、化学性质等。(3)(3)计算反应釜体积计算反应釜体积 对连续操作和间歇操作分别选择适宜的公式计算。对连续操作和间歇操作分别选择适宜的公式计算。4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器釜式反应器的设计程序釜式反应

11、器的设计程序搅拌釜式反应器的设计搅拌釜式反应器的设计(4)(4)确定反应釜台数和连接方式确定反应釜台数和连接方式 将理论计算值加以圆整。若选择标准系列，应将理论计算值加以圆整。若选择标准系列，应根据反应釜体积系列圆整，同时确定设备台数。根据反应釜体积系列圆整，同时确定设备台数。如选择非标准系列反应釜，则要确定高径比后再如选择非标准系列反应釜，则要确定高径比后再进行校核。进行校核。一般来说，反应釜体积越小，相对传热面积越一般来说，反应釜体积越小，相对传热面积越大，搅拌效果越好，但停留时间未必符合要求。大，搅拌效果越好，但停留时间未必符合要求。4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器

12、化学反应器釜式反应器的设计程序釜式反应器的设计程序搅拌釜式反应器的设计搅拌釜式反应器的设计(5)(5)确定反应釜直径和筒体高度确定反应釜直径和筒体高度 按非标准设备设计时，高径比一般取为按非标准设备设计时，高径比一般取为31。高径。高径比小（矮胖型），单位体积消耗的钢材少，液体比表比小（矮胖型），单位体积消耗的钢材少，液体比表面积大，适于间歇反应。高径比大（瘦长型），单位面积大，适于间歇反应。高径比大（瘦长型），单位体积釜内传热面积大，返混减少，停留时间长，有利体积釜内传热面积大，返混减少，停留时间长，有利于气体参加的反应或反应热效应较大的反应，但加工于气体参加的反应或反应热效应较大的反应，但

13、加工困难，材料耗费较高，搅拌支承有一定的难度。困难，材料耗费较高，搅拌支承有一定的难度。通常选择直径为国家规定的容器系列尺寸，确定通常选择直径为国家规定的容器系列尺寸，确定高径比后，即可计算容积，进而考虑校核。高径比后，即可计算容积，进而考虑校核。4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器釜式反应器的设计程序釜式反应器的设计程序搅拌釜式反应器的设计搅拌釜式反应器的设计(6)(6)确定反应釜的传热装置的型式和换热面积确定反应釜的传热装置的型式和换热面积 反应釜最常见的冷却（加热）形式是夹套，其制造反应釜最常见的冷却（加热）形式是夹套，其制造简单，不影响釜内物流的流型，但传热

14、面积小，传热简单，不影响釜内物流的流型，但传热面积小，传热系数也不大。系数也不大。根据确定的直径和高径比计算出传热面积，如满根据确定的直径和高径比计算出传热面积，如满足换热要求，则选择尺寸合适；如不满足换热要求，足换热要求，则选择尺寸合适；如不满足换热要求，则调整尺寸，或考虑在釜内设置盘管、列管、回形管则调整尺寸，或考虑在釜内设置盘管、列管、回形管等增大传热面积。对于易粘壁、结垢或有结晶沉淀产等增大传热面积。对于易粘壁、结垢或有结晶沉淀产生的反应通常不主张设置内冷却（加热）器。生的反应通常不主张设置内冷却（加热）器。4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器釜式反应器的设

15、计程序釜式反应器的设计程序搅拌釜式反应器的设计搅拌釜式反应器的设计(7)(7)搅拌器设计与选型搅拌器设计与选型 一般根据液体黏度、釜的容积、操作目的和其一般根据液体黏度、釜的容积、操作目的和其它主要影响因素来选型。它主要影响因素来选型。(8)(8)管口和开孔设计管口和开孔设计 根据工艺要求有进料口、夹套开孔、釜底和釜根据工艺要求有进料口、夹套开孔、釜底和釜盖开孔、有关仪器仪表接口、手孔、人孔、备用盖开孔、有关仪器仪表接口、手孔、人孔、备用口等。口等。(9)(9)画出反应器设计条件图，或选择标准型号。画出反应器设计条件图，或选择标准型号。4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器釜式反应器的设计程序釜式反应器的设计程序搅拌釜式反应器的设计搅拌釜式反应器的设计作业：作业：1.1.列出几种常见的反应类型及适用的反应器类型。列出几种常见的反应类型及适用的反应器类型。2.2.简要简要说明反应釜设计的基本程序。说明反应釜设计的基本程序。4 化工设备的设计计算与选型4.6 4.6 化学反应器化学反应器