大唐南京发电厂290万吨燃煤发电烟气处理及资源化利用项目5-反应器设计说明书.docxVIP

大唐南京发电厂290万吨燃煤发电烟气处理及资源化利用项目反应器设计说明书

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2017年“东华科技-陕鼓杯”

第十一届全国大学生化工设计竞赛

大唐南京发电厂

290万吨燃煤发电尾气处理

及资源化利用项目

反应器设计说明书

设计团队

合肥工业大学Sparking团队

成员姓名

汪婷婷王阳王琦玮王涛张登华

指导教师

杨则恒姚运金

设计时间

2017年7月

目录

TOC\o1-3\h\z\u第一章设计概述 4

第二章反应器设计依据 5

第三章反应器的类型与特性 6

第四章设计要点 9

第五章反应器选型举例 10

5.1反应原理 10

5.1.1反应分析 10

5.1.2反应设计 10

5.2反应条件 11

5.3反应器的进料组成 11

5.4反应器尺寸的设计计算 11

5.4.1反应器尺寸的设计 12

5.4.2反应器尺寸的计算 13

5.5反应器结构强度的设计 14

5.5.1反应器的强度数据 14

5.5.2反应器强度校核 15

第一章设计概述

化学反应器是将反应物通过化学反应转化为产物的装置，是化工生产及相关工业生产的关键设备。由于化学反应种类繁多，机理各异，因此，为了适应不同反应的需要，化学反应器的类型和结构也必然差异很大。反应器的性能优良与否，不仅直接影响化学反应本身，而且影响原料的预处理和产物的分离，因而，反应器设计过程中需要考虑的工艺和工程因素应该是多方面的。

反应器设计的主要任务首先是选择反应器的型式和操作方法，然后根据反应和物料的特点，计算所需的加料速度、操作条件（温度、压力、组成等）及反应器体积，并以此确定反应器主要构件的尺寸，同时还应考虑经济的合理性和环境保护等方面的要求。

第二章反应器设计依据

本说明书参考的设计依据如下表所示。

表2-1反应器设计依据

设计依据

出版社

《化工工艺设计手册》第四版

化学工业出版社

《化学反应工程》第二版（陈甘棠）

浙江大学出版社

《化学反应工程》（李绍芬）

天津大学出版社

《化学反应工程》第二版

华东理工出版社

《化工设备机械基础》第四版

化工工业出版社

《反应器》

中石化主编

第三章反应器的类型与特性

反应器用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置。在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。

反应器的应用始于古代，制造陶器的窑炉就是一种原始的反应器。近代工业中的反应器形式多样,例如:冶金工业中的高炉和转炉；生物工程中的发酵罐以及各种燃烧器，都是不同形式的反应器。

常用反应器的类型有：

（1）管式反应器。由长径比较大的空管或填充管构成，可用于实现气相反应和液相反应。

（2）釜式反应器。由长径比较小的圆筒形容器构成，常装有机械搅拌或气流搅拌装置，可用于液相单相反应过程和液液相、气液相、气液固相等多相反应过程。用于气液相反应过程的称为鼓泡搅拌釜（见鼓泡反应器）；用于气液固相反应过程的称为搅拌釜式浆态反应器。

（3）有固体颗粒床层的反应器。气体或(和)液体通过固定的或运动的固体颗粒床层以实现多相反应过程，包括固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、涓流床反应器等。

（4）塔式反应器。用于实现气液相或液液相反应过程的塔式设备，包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等（见彩图）。

（5）喷射反应器。利用喷射器进行混合，实现气相或液相单相反应过程和气液相、液液相等多相反应过程的设备。

（6）其他多种非典型反应器。如回转窑、曝气池等。

反应器按操作方式可分为：

（1）间歇釜式反应器，或称间歇釜

操作灵活，易于适应不同操作条件和产品品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。间歇釜的缺点是：需有装料和卸料等辅助操作，产品质量也不易稳定。但有些反应过程，如一些发酵反应和聚合反应，实现连续生产尚有困难，至今还采用间歇釜。

间歇操作反应器系将原料按一定配比一次加入反应器，待反应达到一定要求后，一次卸出物料。连续操作反应器系连续加入原料，连续排出反应产物。当操作达到定态时，反应器内任何位置上物料的组成、温度等状态参数不随时间而变化。半连续操作反应器也称为半间歇操作反应器，介于上述两者之间，通常是将一种反应物一次加入，然后连续加入另一种反应物。反应达到一定要求后，停止操作并卸出物料。

间歇反应器的优点是设备简单，同一设备可用于生产多种产品，尤其适合于医药、染料等工业部门小批量、多品种的生产。另外，间歇反应器中不存在物料的返混，对大多数反应有利。