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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
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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
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~
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
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