组合反应器[精选].ppt

3.7 组合反应器 为了节约能源，提高经济效益，现代化工装置需要有较大规模和对产品进行深加工的能力，单台反应器很难满足要求。 怎么办? 将相同或不同型式和大小的单个反应器组合起来使用。 请举例说明 年产30万吨乙烯生产装置：10台管式裂解炉并联； 釜式高压法生产低密度聚乙烯：单釜→双釜串联，转化率从18%→24%。 一般地，反应器 并联操作→增大处理能力 串联操作→提高反应深度。 对国内大型石油化工企业的调查表明： 并联操作反应器：常采用相同的操作条件和结构尺寸； 串联操作反应器：不但大小和类型各不相同，实际运行工艺状况（如T、搅拌速度等）绝大部分各不相同。 因此，串联操作反应器一般采取逐个计算方法进行设计。 常见的组合反应器? 工业生产上为了适应不同反应的不同要求，常应用并联、串联或串并联组合的反应器。 循环反应器 平推流反应器的串联 平推流反应器的并联 全混流反应器的串联 全混流反应器的并联 不同型式反应器的串联 3.7.2 平推流反应器的串联 当PFR的长度受到设备制造、安装及操作等限制，不允许做得过长，就需采用多个串联。 对组分A作第一个反应器的物料衡算。 所以，总体积为V 的N个PFR串联，其最终转化率与一个体积为V 的单个PFR 所能获得的转化率相同。 即：若v0、CA0、xAf 相同，操作T也相同，多级串联PFR的总体积和单级相同。 平推流反应器的串联组合，可以根据上述原理简化为单一反应器。 3.7.3 平推流反应器的并联 当处理的物料量过大，以致单个反应器的直径过大而难于制造时，可采用PFR并联操作。 如有机化工中的管壳式反应器：反应管数量达数千根，每个反应器的计算与单个相同。 并联原则？ 为使所需总反应体积最小，应保证各个反应器出口物料组成相同。 why 即：相同类型反应器并联操作，当各反应器出口物料组成相同时，反应体积能够得到最有效的利用，否则？ 高xA物料被低 xA出料稀释，降低总 xA。 如何满足上述条件？ 并行线上每条支流的Vi/Fi 或τi 相同，保证各支流汇合时产物浓度相同，每条支流出口浓度=混合后浓度。 满足以上条件，对第 i个反应器有： 所以： ⑴ N个PFR并联操作，与一个和其总体积相同的单个PFR作用相同。 ⑵ 根据PFR并联的特点，计算各支流的物料流率。 [例3-5] 练习：如图所示的平推流反应器组，包括两股平行支路，D支路由体积为50L和30L的两台反应器串联而成，E支路有一台体积为40L的反应器，求总进料中进入支路D的物料分率为多少？ 3.7.4 全混流反应器的串联 如果要求反应过程中温度均匀，需采用CSTR 。 CSTR无论是在绝热或是与外界有热交换情况下反应，过程基本上是等温的。 多级串联全混流反应器的性能（粗略分析） 多级串联全混流反应器的计算（理论推导） 应用及实例 多级串联全混流反应器的图解计算 多级串联全混流反应器的优化 3.7.4.1 粗略分析 浓度和速率变化情况： PFR：CA沿反应器长度逐渐降低； CSTR：反应物进入反应器后立即下降到CAf，反应在较低 CA下进行， -rA低； 推动力： 相同条件下，PFR＞CSTR。 如何提高过程的推动力和 -rA？ 采用多釜串联。 也就是：采用N个串联CSTR来进行原来由一个CSTR所进行的反应，除最后一个反应器外的所有反应器都在比原来高的CA下进行反应，减少了混合作用所产生的稀释效应。 Why 串联CSTR中浓度的变化？ 可看出，N个全混釜串联操作时， CA逐步下降，使得串联釜数增加时，多台全混釜串联操作时的性能接近于PFR的性能。 串联CSTR的推动力 因此若干个CSTR串联使用，可使： ⑴　反应物浓度逐渐降低，从而提高反应速率。 ⑵　过程推动力增加。 ⑶　串联釜数N 越多，所需总容积越小，越接近于PFR的性能。( ？) 3.7.4.2 理论推导