催化反应工程-反应器设计概论.ppt

三催化反应器设计概论 主要内容 催化反应器的设计要求 催化反应器一般的开发方法 催化反应器设计的特点 主要催化反应器类型及其特点 催化反应器的设计 典型催化反应过程分析 主要反应器类型 2. 催化反应器的一般开发方法 * * 间歇釜反应器 全混流反应器 平推流反应器 间歇釜：返混小，容积效率高，换热好，但存在非操作 时间，产品质量难保证一致；适合小批量生产 平推流：返混小，容积效率高，产品质量稳定，但换热 差，存在温度梯度；适合温度要求不高、易发 生深度副反应的工艺过程的大规模生产 全混流：换热好，器内温度均一，利于消除内扩散，产 品质量稳定，但返混大，容积效率低；适合于 强放热且对反应温度范围要求狭窄的工艺过程 的大规模生产 1. 催化反应器设计要求 生产过程总的费用最低 反应器 *安全、可靠、稳定运行 *环境保护法规 *节材、廉价、制造安装、维修方便 *最大选择性 *最大转化率 *易于开发 *高产率 *低压降 *结构简单 *处理量大 经济 反应物 能量 期望产物 副产物 未反应产物 环境保护和安全生产 过程要求 传统方法——逐级放大法 实验室规模 小装置 中间装置 中间装置 工厂 理想方法——数学模型法 催化反应器的一般开发方法 催化剂设计和工业制备的工程放大 初步工艺试验 化学动力学的研究 反应器型式的选择和反应条件 大型冷模中作模拟实验 动力学模型 流动和传递特性及其模型 中间生产 生产装置 预测性模型 设计模型 初级模型 控制模型 3. 催化反应器设计特点 个性强； 成熟理论少，经验式多； 技艺性 创新空间大（风险？），专利 滞气层：增加热阻，强化催化剂顶部冷却效果，改善催化剂床层的温度分布。 4. 主要催化反应器类型及其特点 苯乙烯的本体聚合，己内酰胺缩合，醋酸乙烯溶液聚合等 结构简单，返混程度与高径比及搅拌有关，轴向温差大 液相，液－液相 空塔或搅拌塔 苯的烷基化，乙烯基乙炔的合成，二甲苯氧化等 气相返混小，但液相返混大，温度较易调节，气体压降大，流速有限制，有挡板可减少返混 气－液相，气－液－固（催化剂）相 鼓泡塔或挡板鼓泡塔 石脑油裂解，甲基丁炔合成，管式法高压聚乙烯，溶液聚合等 返混小，所需反应器容积较小，比传热面大，但对慢速反应，管要很大，压降大 气相，液相 管式 苯的硝化，氯乙烯聚合，釜式法高压聚乙烯，顺丁烯橡胶聚合法 适应性大，操作弹性大，连续操作时温度、浓度容易控制，产品质量均一，但高转化率时，所需反应器容积大 液相，液－液相，液－固相 搅拌槽，一级或多级串联 生产举例 优缺点 适应的反应体系 型式 4. 主要催化反应器类型及其特点 化学吸收 结构简单，返混小，压降小，有温差，填料装卸麻烦 液相，气－液相 填料塔 苯连续磺化，异丙苯氧化 逆流接触，气液返混均小，流速有限制，如需传热，常在板间另加传热面 气－液相 板式塔 从氯乙醇制丙烯，高级醇的连续磺化 结构简单，液体表面积大停留时间受塔高限制，气流速度有限制 气－液相快速反应 喷雾塔 苯的氯化 结构简单，液体返混小，温度及停留时间易调节，处理量小 气－液相 湿壁塔 生产举例 优缺点 适应的反应体系 型式 4. 主要催化反应器类型及其特点 石油裂解，天然气裂解 结构简单，材质容易解决，调节范围较广，但切换频繁，温度波动大，收率较低 气相，以固相为热载体 蓄热床 焦油加氢精制和加氢裂解，丁炔二醇加氢等 催化剂带出少，分离容易，气液分布要求均匀，温度调节较困难 气－液－固（催化剂）相 滴流床 石油催化裂化，矿物的焙烧或冶炼 固体返混小，固气比可变性大，粒子传送较易，床内温差大，调节困难 气－固（催化或非催化）相，催化剂失活很快的反应 移动床 萘氧化制苯酐，石油催化裂化，乙烯氧氯化制二氯乙烷，丙烯氨氧化制丙烯腈 传热好，温度均匀，易控制，催化剂有效系数大，粒子输送容易，但磨耗大，床内返混大，对高转化率不利，，操作条件限制较大 气－固（催化或非催化）相，催化剂失活很快的反应 流化床 乙苯脱氢，乙炔法制氯乙烯，合成氨，乙烯法制醋酸乙烯等 返混小，高转化率时催化剂用量少，催化剂不易磨损，传热控温不易，催化剂装卸麻烦 气－固（催化或非催化）相 固定床 生产举例 优缺点 适应的反应体系 型式 4. 主要催化反应器类型及其特点 聚乙烯醇的裂解，聚甲醛及氯化聚醚的生产 停留时间均一，传热较困难，能连续处理高粘度物料 高粘度液相 螺旋挤压式 天然气裂解制乙炔，氯化氢的合成 传热和传质速率快，混体混合好，反应物急冷易，但操作条件限制较