化学反应器设计原理.ppt

化学反应器设计原理;一、课程性质、目的与任务 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。 通过本课程的学习，了解几种典型反应器的基 本特点，掌握反应器的基本设计原则和计算方法 ，能够结合具体反应过程进行反应器的工程分析 和设计计算，为反应过程的工程设计和实际工业 反应器的优化操作奠定基础。 二、教学基本内容与基本要求 ; 阐述了釜式、管式、流化床等反应器的基本 特点、设计基本原则和计算方法；反应器的强度 、刚度、稳定性计算及结构设计等内容。要求能 够根据具体反应过程进行反应器的工程分析和设 计计算，为未来实际工作和科研工作打下坚实的 基础。 第一章 绪 论 本章要求： ;一、了解化学反应器的三种操作方式和特点。 二、了解化学反应器的主要类型、结构和工作原 理。 化工产品、医药产品（化学合成）等工业过程 均采用化学 方法将原料 加工成为有 用的产品。 生产过程 包括三个组成部分。 ; 第一、三两部分属于单元操作的研究范围； 第二部分是化学反应工程的研究对象，是生产 过程的核心。 1.1 化学反应工程 1、化学反应工程的研究对象 化学反应工程主要包括两个方面的内容，即 反应动力学和反应器设计分析。 反应动力学－研究化学反应进行的机理和速 率，获得反应器设计与操作所需的知识与信息。;如反应模式、速率方程及反应活化能等，其中速 率方程可表示为： 对于一定的反应物系而言， r 随时间、空间变 化。其中，r 为反应系统中某一组分的反应速率 ， 代表浓度的矢量，P 为系统的总压。 反应器设计－研究反应器内上述因素的变化 规律，确定最优工况和适宜的反应器型式和尺寸 。注意：前者研究反应本身的规律，与反应器内 各局部的状况有关（从点上着眼）；后者的设计 与分析则从面上（体上）着手。;2、 化学反应的分类（反应工程学科） 为了便于研究和应用，需将化学反应进行分 类。常见的化学反应分类、方法和种类见下表， 一些可能同时属于两个或者更多的反应种类。 ;例如： 为气－固相催化反应 3、反应过程 反应过程一般包括: 物理现象－传递现象(热量、动量和能量传递 过程)； 化学现象－化学反应； 例如，利用氢气和氮气合成氨的反应包括下列 过程：①氢气、氮气的加热；②氢气、氮气向催 化剂内外表面的扩散；③氢气、氮气在催化剂表 面的吸附；④氢气、氮气在催化剂表面的反应； ;⑤氢气、氮气、氨气在催化剂表面的解析；⑥产 物的扩散；⑦产物的冷却。 4、化学反应工程的作用 在化学产品生产和加工过程的开发、反应器 的设计、放大起着重要的作用。运用化学反应工 程知识可以： ① 提高反应器的放大倍数，减少试验次数和开发 周期； ② 对现有反应装置操作工况进行优化，提高生产 效率； ;③开发环境优良的绿色生产路线和工艺。 5、反应器的操作方式 间歇操作反应器、半间歇半连续操作反应器、 连续操作反应器。 ;1.2 化学反应器的类型 反应器的类型很多，按工作原理来分，可分 为以下几种类型。 (1)管式反应器 特点：反应 器的长度远大于 内径、且内部无 零部件。 应用范围： 多用于均相反应过程。 ;(2) 釜式反应器 特点：高度与直径比 约为2-3内设搅拌装置和 档板。 应用范围：均相、多 相反应过程均可。 (3)塔式反应器 特点：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。 应用范围：用于多相反应过程。 ; ;(4) 固定床反应器 特点：底层内部装有 不动的固体颗粒，固体 颗粒可以是催化剂或是 反应物 。 应用范围：用于多相 反应系统。 (5) 流化床反应器 特点：反应过程中反应器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。 ;应用范围：多相反应体系 ，可以提高传热速率。 (6) 移动床反应器 特点：固体颗粒 自上而下作定向移动 与反应流体逆向接触。 应用范围： 用于多相体系，催化剂可以连续再生。 (7) 滴流床反应器 特点：是固定反应器的一种，但反应物还包括 ;包括气液两种。 应用范围：属于固定床的 一种，用于使用固体催化 剂的气液反应过程 。 (8) 交流磁场流化床反应器 特点：床内的固体颗粒 在交流磁场作用下做旋转运 动，进入床内液体中的