反应器的类型：
自从1913年德国的Berg ius发明煤直接液化技术以来, 德国、美国、日本、前苏联等国家已经相继开发了几十种煤液化工艺, 所采用的反应器的结构也各不一样。总的来说, 迄今为止, 经过中试和小规模工业化的反应器主要有3种类型:
鼓泡式反应器
鼓泡床反应器结构简单, 其外形为细长的圆筒, 其长径比一般为18~ 30, 里面除必要的管道进出口外, 无其他多余的构件。为达到足够的停留时间,同时有利于物料的混合和反应器的制造, 通常用几个反应器串联。氢气和煤浆从反应器底部进入, 反应后的物料从上部排出。由于反应器内物料的流动形式为平推流(即活塞流) , 理论上完全排除了返混现象, 实际应用中大直径的鼓泡床反应器液相有轻微的返混, 因此也有称该种反应器为活塞流反应器。日本液化工艺和德国液化工艺鼓泡床反应器是典型的液化鼓泡床反应器, 其结构如图1和图2所示。德国在二战前的工艺( IG ) 和新工艺( IGOR )、日本的NEDOL工艺、美国的SRC和EDS以及俄罗斯的低压加氢工艺等都采用了这种反应器。相对而言它是3种反应器中最为成熟的一种。日本新能源开发机构组织了10家公司合作开发了NEDOL液化工艺, 在日本鹿岛建成了150t /d中试厂[ 8 ] 。该厂于1996 年7 月投入运行, 至1998年完成了1个印尼煤种和1个日本煤种的连续运行试验。NEDOL 工艺反应器底部为半球形,由于长期运转后, 反应器底部有大颗粒的沉积现象, 因此反应器底部有定期排渣口, 定期排除沉积物。德国IG 公司二战前通过工业试验发现, 用某些褐煤做液化试验时, 第一反应器运行几个星期后, 反应器就会因为堵塞而停下来, 里面积聚了大量的2~ 4 mm 的固体。经过分析, 发现固体主要是矿物质, 而没有新鲜煤, 后来他们在反应器的圆锥底部进料口的旁边安装了排渣口, 才解决了堵塞问题。另外他们也发现, 鼓泡床反应器内影响流体流动的内构件, 特别是其形状易截留固体的构件越少, 反应器操作就越平稳。因此, 工业化鼓泡床反应器实际上是空筒。
强制循环悬浮床反应器：
因H - Coal工艺反应器内催化剂呈沸腾状态, 因此也称之为沸腾床反应器。美国HR I公司借用H - O il重油加氢反应器的经验将其用于H - Coal煤液化工艺, 使用Co /Mo催化剂, 只要催化剂不粉化, 就呈沸腾状态保持在床层内, 不会随煤浆流出, 解决了煤炭液化过去只能用一次性铁催化剂, 不能用高活性催化剂的难题。为了保证固体颗粒处于流化状态, 底部可用循环泵协助。
另外, 为保证催化剂的数量和质量, 一方面要排出部分催化剂再生, 另一方面要补充一定量的新催化剂。我国神华集团借鉴美国HT I液化工艺反应器,开发了神华煤液化反应器, 也有人称这种反应器为外循环全返混反应器。采用循环泵外循环方式增加循环比, 以保证在一定的反应器容积下, 达到一个满意的生产能力和液化效果。该种反应器采用北京煤炭科学研究总院开发的863 高效催化剂, 催化剂与煤浆一起从反应器底部加入, 然后和反应后的物料一起从反应器上部排出
环流反应器：
环流反应器型式多样,种类繁多, 其中气升式内环流反应器是常用的一种。这种反应器利用进料气体在液体中的相对上升运动, 产生对液体的曳力, 使液体也向上运动, 或者说利用导流筒内外的气含率不同而引起的压强差, 使液体产生循环运动。气升式内环流有2种类型, 中心进料环流反应器结构如图5所示, 环隙进料环流反应器结构如图
第6章工业化学反应过程及反应器 6.1 概述 1．工业化学反应过程的特征 在化工生产中，大部分都包含化学反应，而化学反应有关的工序的设计问题，都是属于化学反应工程学的问题。 化学反应工程的概念是在1957年第一次欧洲化学反应工程会议上首先提出的。六十多年来，化学反应工程得到了迅速的发展，逐步形成了一门独立的学科，成为化学工程的一个分支。化学反应工程学，它是以工业反应器为主要对象，研究工业规模的化学反应过程和设备的共性规律的一门学科。 大家知道，化工产品的生产都涉及到化学反应工程，然而化学反应过程，特别是在工业规模下进行的化学反应过程，其影响因素是错综复杂的，它不仅受化学热力学和化学动力学的制约，还与化学反应器的类型、结构和尺寸有很大的关系。 实践证明，同一化学反应在实验室或小规模进行时可以达到相对比较高的转化率或产率，但放大到工业反应器中进行时，维持相同反应条件，所得转化率却往往低于实验室结果，其原因有以下几方面： ①大规模生产条件下，反应物系的混合不可能像实验室那么均匀。 ②生产规模下，反应条件不能像实验室中那么容易控制，体系内温度和浓度并非均匀。 ③生产条件下，反应体系多维持在连续流动状态，反应器的构型以及器内流动状况、流动条件对反应过程有极大的影响。工业反应器内存在一个停留时间分布。 工业反应器中实际进行的过程不但包括化学反应，还伴随有各种物理过
程，如热量的传递、物质的流动、混合和传递等，这些传递过程显著地影响着反应的最终结果，这就是工业规模下的反应过程。 2．化学反应工程学的任务和研究方法 化学反应工程学研究生产规模下的化学反应过程和设备内的传递规律，它应用化学热力学和动力学知识，结合流体流动、传热、传质等传递现象，进行工业反应过程的分析、反应器的选择和设计及反应技术的开发，并研究最佳的反应操作条件，以实现反应过程的优化操作和控制。①改进和强化现有的反应技术和设备，挖掘潜力②开发新的技术和设备。③指导和解决反应过程开发中的放大问题。④实现反应过程的最优化。⑤不断发展反应工程学的理论和方法。 化学反应工程学有着自身特有的研究方法。在一般的化工单元操作中，通常采用的方法是经验关联法，例如流体阻力系数、对流传热系数的获得等等，这是一种实验-综合的方法。但化学反应工程涉及的内容、参数及其相互间的影响更为复杂，研究表明，这种传统的方法已经不能解决化学反应工程问题，而采用以数学模型为基础的数学模拟法。 所谓数学模拟法是将复杂的研究对象合理地简化成一个与原过程近似等效的模型，然后对简化的模型进行数学描述，即将操作条件下的物理因素包括流动状况、传递规律等过程的影响和所进行化学反应的动力学综合在一起，用数学公式表达出来。数学模型是流动模型、传递模型、动力学模型的总和，一般是各种形式的联立代数方程、微分方程或积分方程。 建立数学模型的过程采用了分解-综合的方法，它将复杂的反应工程问题先分解为较为简单的本征化学动力学和单纯的传递过程，把两者结合，通过综合分析的方法提出模型并用数学方法予以描述。
UASB反应器的原理 升流式厌氧污泥床(UASB)反应器是由Lettinga在七十年代开发的。图2是UASB反应器及其设备的示意图。废水被尽可能均匀的引入到UASB反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水与污泥颗粒的接触过程，反应产生的沼气引起了内部的循环。附着和没有附着在污泥上的沼气向反应器顶部上升，碰击到三相分离器气体发射板，引起附着气泡的污泥絮体脱气。气泡释放后污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，气体被收集到反应器顶部的三相分离器的集气室。一些污泥颗粒会经过分离器缝隙进入沉淀区。UASB反应器包括以下几个部分：进水和配水系统、反应器的池体和三相分离器(图2)。如果考虑整个厌氧系统还应该包括沼气收集和利用系统。在UASB反应器中最重要的设备是三相分离器，这一设备安装在反应器的顶部并将反应器分为下部的反应区和上部的沉淀区。 2、反应器的池体几何形状 第一个生产性的UASB反应器(200m3)和在圣保罗CETESB处理生活污水的中试厂(1 20m3)具有特殊的形状，即上部的(沉淀池的)截面积大于下部反应区的截面积(图3a)。较大表面积的沉淀器的水力负荷较低，有利于保持反应器内的污泥，对于低浓度污水尤为重要。但是对于高浓度污水，有机负荷比水力负荷更重要，因此沉淀池截面没有必要设计为较大的表面积(图3b)。但是实际上不论是在建的或已投入运转的大部分生产规模的UASB反应器，在反应器的反应和沉淀部分是等面积的(图3c所示)。建筑直壁的反应器比斜壁的具有较大(或较小) 沉淀池的反应器在结构上更加有利。因此，以下仅讨论直壁的UASB反应器。 从反应器的形状有矩形和圆形这两种反应器，已大量应用于实际中。圆形反应器具有结构较稳定的优点，同时对于圆形反应器在同样的面积下，其周长比正方形的少12%。所
第6章工业化学反应过程及反应器 概述 1．工业化学反应过程的特征 在化工生产中，大部分都包含化学反应，而化学反应有关的工序的设计问题，都是属于化学反应工程学的问题。 化学反应工程的概念是在1957年第一次欧洲化学反应工程会议上首先提出的。六十多年来，化学反应工程得到了迅速的发展，逐步形成了一门独立的学科，成为化学工程的一个分支。化学反应工程学，它是以工业反应器为主要对象，研究工业规模的化学反应过程和设备的共性规律的一门学科。 大家知道，化工产品的生产都涉及到化学反应工程，然而化学反应过程，特别是在工业规模下进行的化学反应过程，其影响因素是错综复杂的，它不仅受化学热力学和化学动力学的制约，还与化学反应器的类型、结构和尺寸有很大的关系。 实践证明，同一化学反应在实验室或小规模进行时可以达到相对比较高的转化率或产率，但放大到工业反应器中进行时，维持相同反应条件，所得转化率却往往低于实验室结果，其原因有以下几方面： ①大规模生产条件下，反应物系的混合不可能像实验室那么均匀。 ②生产规模下，反应条件不能像实验室中那么容易控制，体系内温度和浓度并非均匀。 ③生产条件下，反应体系多维持在连续流动状态，反应器的构型以及器内流动状况、流动条件对反应过程有极大的影响。工业反应器内存在一个停留时间分布。 工业反应器中实际进行的过程不但包括化学反应，还伴随有各种物理过
程，如热量的传递、物质的流动、混合和传递等，这些传递过程显著地影响着反应的最终结果，这就是工业规模下的反应过程。 2．化学反应工程学的任务和研究方法 化学反应工程学研究生产规模下的化学反应过程和设备内的传递规律，它应用化学热力学和动力学知识，结合流体流动、传热、传质等传递现象，进行工业反应过程的分析、反应器的选择和设计及反应技术的开发，并研究最佳的反应操作条件，以实现反应过程的优化操作和控制。①改进和强化现有的反应技术和设备，挖掘潜力②开发新的技术和设备。③指导和解决反应过程开发中的放大问题。④实现反应过程的最优化。⑤不断发展反应工程学的理论和方法。 化学反应工程学有着自身特有的研究方法。在一般的化工单元操作中，通常采用的方法是经验关联法，例如流体阻力系数、对流传热系数的获得等等，这是一种实验-综合的方法。但化学反应工程涉及的内容、参数及其相互间的影响更为复杂，研究表明，这种传统的方法已经不能解决化学反应工程问题，而采用以数学模型为基础的数学模拟法。 所谓数学模拟法是将复杂的研究对象合理地简化成一个与原过程近似等效的模型，然后对简化的模型进行数学描述，即将操作条件下的物理因素包括流动状况、传递规律等过程的影响和所进行化学反应的动力学综合在一起，用数学公式表达出来。数学模型是流动模型、传递模型、动力学模型的总和，一般是各种形式的联立代数方程、微分方程或积分方程。 建立数学模型的过程采用了分解-综合的方法，它将复杂的反应工程问题先分解为较为简单的本征化学动力学和单纯的传递过程，把两者结合，通过综合分析的方法提出模型并用数学方法予以描述。
论述化学反应器的分类和化学反应的基本类型 <一>化学反应的基本类型 摘要 一提到化学反应类型，不少学生都认为是“化学反应基本类型”，答案只能在化合反应、分解反应、置换反应、复分解反应四种情况里选一种，除此之外的答案都是错的，这给学生带来很大困惑。本文探讨了“化学反应基本类型”的本质和局限性，并探讨了复分解反应的两个疑难问题。本文还详细介绍啦化学反应器的分类，让大家更详细的了解到在化学应用中化学反应器的分类 关键词；化学反应器化学反应基本类型原理 一、问题的提出 化学反应的基本类型有四种，即化合反应，分解反应，置换反应，复分解反应。在对化学反应进行分类时，学生常遇到以下困惑： 1.氧化还原反应、中和反应等反应为什么不属于反应基本类型？ 2.有很多反应为什么没有相应的反应基本类型？ 3.非金属氧化物与碱的反应为什么不属于复分解反应？ 4.碳酸盐与酸的反应被认为是复分解反应，这是为什么？ 对于这些问题，机械地利用概念来解释，缺乏说服力，而且第四个问题用概念无法解释，因为复分解反应的概念是两种化合物相互交换成分，生成另外两种化合物的反应，第四种反应有三种化合物生成。 欲解决这些问题，需要弄清楚“反应基本类型”内涵和外延。 二问题的解决 （一）探究所描述的化学反应信息 从具体实例来探究“反应基本类型”所描述的化学反应信息。 1. 3Fe+2OFeO，化合反应——几种成分（Fe和O）结合在一起。 2. 2Fe(OH)=FeO+3HO，分解反应——结合在一起的几种成分（Fe、O、H）分开。 3. Fe+CuSO=FeSO+Cu，置换反应——一种成分（Fe）替换另一种成分（Cu）。 4. 2Fe(OH)+6HCl=2FeCl+6HO，复分解反应——正价态成分（Fe和H）或负价态成分（OH 根和Cl）相互交换。 四种基本类型都是通过成分组合方式的变化来描述化学反应过程的，这就是“反应基本类型”的内涵。而氧化还原反应是通过电子的转移来描述化学反应过程的，中和反应是通过酸碱性的相互消除来描述化学反应过程的，它们的内涵与“反应基本类型”不相符合，所以都不把它们列入“反应基本类型”的范畴。 （二）反应基本类型外延 “反应基本类型”的外延只有四种，面对纷繁复杂的化学反应，这样的外延太窄了，部分反应特别是很多的有机化学反应被排除在“反应基本类型”之外。如同很多观众到了一个小剧场，位子不够，一部分人无法对号入座。所以像这样的情况，并不意味着它们根本上没有相应的反应类型，只是目前还不能对它们变化的特点进行恰当描述罢了。 查现代汉语词典，“基本”的含义有：①根本：人民是国家的～。②根本的：～矛盾。③主要的：～条件∣～群众。④大体上：大坝工程已经～完成。用“基本”来修饰反应类型，是哪种含义呢？是“根本”（最重要的意思）的反应，其它反应都不重要？是“主要的”反应，其它反应都是次要的反应？无论选择那种含义，都不合适。
依据反应器的操作方法，可分为： 间歇式反应器（Batch reactor） 连续式反应器（Continuous reactor） 半间歇式反应器（Semi－batch reactor） 依据反应器的热力学条件，可分为： 等温反应器（Isothermal reactor） 非等温反应器（Nonisothermal reactor）绝热式反应器（Adiabatic reactor） 非绝热式反应器（Non-adiabatic reactor） 依据反应器外型与结构，可分为： 槽（釜）式反应器（Tank reactor） 管式反应器（Tubular reactor） 塔式反应器（Column reactor） 依据反应物料的相态，可分为： 均相反应器（Homogeneous reactor） 非均相反应器（Heterogeneous reactor） 依据反应物料流动特性，可分为： 塞流反应器（Plug flow reactor） 层流反应器（Laminar flow reactor） 紊流反应器（Turbulent flow reactor） 依据反应物料的输送方式，可分为： 固定床反应器（Fixed-bed reactor） 流体化床反应器（Fluidized-bed reactor）
间歇式反应器的特点是所有的操作流程都是以分批方式进行，因此在每一批次的反应过程中均不受前后批次操作的影响。在反应系统方面，批式反应器最常用于液相反应，固相及液－固混合相也适用，但气相反应则较不适合，因为其所能处理的量少，而且反应过程中操作不易，只有在像是气体成分分析时，样品量少且需要精确数据的情况下，才会使用精密的批式反应装置（如气相层析仪）来进行分析，一般在处理大量气体反应时，则大多以连续式反应器为主。 另外，间歇式反应器的操作过程中包含进料、卸料以及清理设备等步骤，有相当长的非反应时间以及劳动力需求，因此，批式反应器通常应用于规模与产量较小的产业，如食品、药品、精密化学品等产品的制造。 连续式反应器 连续式搅拌槽反应器（英语：Continuously Stirred Tank Reactor，简称CSTR）连续式搅拌槽反应器，是一种广泛应用于化工生产中的反应器，其结构与一般批式反应器有些类似，但最主要的不同是反应器中的反应物与生成物都是连续的进入与输出。 平推流反应器 平推流反应器是指反应器内的物料流动满足塞流模型的反应器，塞流是描述流体的一种理想流动状态，将每一个截面视为一个单元，在每一单元中所有反应物初始浓度均相同，同时，所有的反应物料都假定沿着同一方向流动，而且没有返回混合的情况，另外，所有物料在反应器中的停留时间都相同，最终流出的物料转化率也一致，因此每一单元都可假设为一个微型的批式反应器，以整体来说，塞流反应器的性能，也类似于间歇式反应器。 依据塞流流动的定义，可得知塞流反应器应具有以下特点： 为连续式操作，所以在反应器的每一截面中，物料浓度不随时间改变。 反应器内的径向流动速度分布是均匀的，这是一种理想流动。因为在实际操作中，管内的流体无论是呈紊流或层流，其径向流速分布都是不均的。由此上述假设可推得塞流反应器中，物料浓度与反应速度在径向是均匀分布，仅沿着轴向逐渐变化。 在一般的化工生产中，管径较小、流速较快、长度较长的管式反应器或者固定床反应器通常会以塞流反应器模型来作设计。
反应器类型 管式反应器、固定床，流化床 1、管式反应器 一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200（液体），物料的流动可近似地视为平推流（见流动模型）（见彩图）。管式反应器返混小，因而容积效率（单位容积生产能力）高，对要求转化率较高或有串联副反应的场合尤为适用。此外，管式反应器可实现分段温度控制。其主要缺点是，反应速率很低时所需管道过长，工业上不易实现。 管式反应器与釜式反应器还是有差异的，至于是否可以换回还要看你的反应的工艺要求和反应过程如何，一般的说，管式反应器属于平推流反应器，釜式反应器属于全混流反应器，你的反应过程对平推流和全混流的反应有无具体的要求管式反应器的停留时间一般要短一些，而釜式反应器的停留时间一般要长一些，从移走反应热来说，管式反应器要难一些，而釜式反应器容易一些，可以在釜外设夹套或釜内设盘管解决，你的这种情况，能否可以考虑管式加釜的混合反应进行，即釜式反应器底部出口物料通过外循环进入管式反应器再返回到釜式反应器，可以在管式反应器后设置外循环冷却器来控制温度，反应原料从管式反应器的进口或外循环泵的进口进入，反应完成后的物料从釜式反应器的上部溢流出来，这样两种反应器都用了进去。 2、固定床反应器 又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状，粒径2～15mm左右,堆积成一定高度（或厚度）的床层。床层静止不动，流体通过床层进行反应。它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。 固定床反应器有三种基本形式：①轴向绝热式固定床反应器(图1)。
反应器结构及工作原理图解 小7：这里给大家介绍一下常用的反应器设备，主要有以下类型：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）。 一、管式反应器 一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200（液体），物料的流动可近似地视为平推流。
分类： 1、水平管式反应器 由无缝钢管与U形管连接而成。这种结构易于加工制造和检修。高压反应管道的连接采用标准槽对焊钢法兰，可承受1600-10000kPa压力。如用透镜面钢法兰，承受压力可达10000-20000kPa。
2、立管式反应器 立管式反应器被应用于液相氨化反应、液相加氢反应、液相氧化反应等工艺中。
3、盘管式反应器 将管式反应器做成盘管的形式，设备紧凑，节省空间。但检修和清刷管道比较困难。
U A S B反应器的原理升流式厌氧污泥床(UASB)反应器是由Lettinga在七十年代开发的。图2是UASB反应器及其设备的示意图。废水被尽可能均匀的引入到UASB反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水与污泥颗粒的接触过程，反应产生的沼气引起了内部的循环。附着和没有附着在污泥上的沼气向反应器顶部上升，碰击到三相分离器气体发射板，引起附着气泡的污泥絮体脱气。气泡释放后污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，气体被收集到反应器顶部的三相分离器的集气室。一些污泥颗粒会经过分离器缝隙进入沉淀区。UASB反应器包括以下几个部分：进水和配水系统、反应器的池体和三相分离器(图2)。如果考虑整个厌氧系统还应该包括沼气收集和利用系统。在UASB反应器中最重要的设备是三相分离器，这一设备安装在反应器的顶部并将反应器分为下部的反应区和上部的沉淀区。 2、反应器的池体几何形状 第一个生产性的UASB反应器(200m3)和在圣保罗CETESB处理生活污水的中试厂(1 20m3)具有特殊的形状，即上部的(沉淀池的)截面积大于下部反应区的截面积(图3a)。较大表面积的沉淀器的水力负荷较低，有利于保持反应器内的污泥，对于低浓度污水尤为重要。但是对于高浓度污水，有机负荷比水力负荷更重要，因此沉淀池截面没有必要设计为较大的表面积(图3b)。但是实际上不论是在建的或已投入运转的大部分生产规模的UASB反应器，在反应器的反应和沉淀部分是等面积的(图3c所示)。建筑直壁的反应器比斜壁的具有较大(或较小)沉淀池的反应器在结构上更加有利。因此，以下仅讨论直壁的UASB反应器。 从反应器的形状有矩形和圆形这两种反应器，已大量应用于实际中。圆形反应器具有结构较稳定的优点，同时对于圆形反应器在同样的面积下，其周长比正方形的少12%。所
反应器的类型： 自从1913年德国的Berg ius发明煤直接液化技术以来, 德国、美国、日本、前苏联等国家已经相继开发了几十种煤液化工艺, 所采用的反应器的结构也各不一样。总的来说, 迄今为止, 经过中试和小规模工业化的反应器主要有3种类型: 鼓泡式反应器 鼓泡床反应器结构简单, 其外形为细长的圆筒, 其长径比一般为18~ 30, 里面除必要的管道进出口外, 无其他多余的构件。为达到足够的停留时间,同时有利于物料的混合和反应器的制造, 通常用几个反应器串联。氢气和煤浆从反应器底部进入, 反应后的物料从上部排出。由于反应器内物料的流动形式为平推流(即活塞流) , 理论上完全排除了返混现象, 实际应用中大直径的鼓泡床反应器液相有轻微的返混, 因此也有称该种反应器为活塞流反应器。日本液化工艺和德国液化工艺鼓泡床反应器是典型的液化鼓泡床反应器, 其结构如图1和图2所示。德国在二战前的工艺( IG ) 和新工艺( IGOR )、日本的NEDOL工艺、美国的SRC和EDS以及俄罗斯的低压加氢工艺等都采用了这种反应器。相对而言它是3种反应器中最为成熟的一种。日本新能源开发机构组织了10家公司合作开发了NEDOL液化工艺, 在日本鹿岛建成了150t /d中试厂[ 8 ] 。该厂于1996 年7 月投入运行, 至1998年完成了1个印尼煤种和1个日本煤种的连续运行试验。NEDOL 工艺反应器底部为半球形,由于长期运转后, 反应器底部有大颗粒的沉积现象, 因此反应器底部有定期排渣口, 定期排除沉积物。德国IG 公司二战前通过工业试验发现, 用某些褐煤做液化试验时, 第一反应器运行几个星期后, 反应器就会因为堵塞而停下来, 里面积聚了大量的2~ 4 mm 的固体。经过分析, 发现固体主要是矿物质, 而没有新鲜煤, 后来他们在反应器的圆锥底部进料口的旁边安装了排渣口, 才解决了堵塞问题。另外他们也发现, 鼓泡床反应器内影响流体流动的内构件, 特别是其形状易截留固体的构件越少, 反应器操作就越平稳。因此, 工业化鼓泡床反应器实际上是空筒。 强制循环悬浮床反应器： 因H - Coal工艺反应器内催化剂呈沸腾状态, 因此也称之为沸腾床反应器。美国HR I公司借用H - O il重油加氢反应器的经验将其用于H - Coal煤液化工艺, 使用Co /Mo催化剂, 只要催化剂不粉化, 就呈沸腾状态保持在床层内, 不会随煤浆流出, 解决了煤炭液化过去只能用一次性铁催化剂, 不能用高活性催化剂的难题。为了保证固体颗粒处于流化状态, 底部可用循环泵协助。
化学反应器的分类及特点 秦财德 （中南大学、化学化工学院、化工1002班） 摘要: 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。化学反应器，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。本文主要介绍化学反应器的分类和特点 关键词：化学反应器特点典型反应 现在的化工反应器在向高精端方向发展，在化工反应中处于主要地位，化学反应器是化学反应的载体,是化工研究、生产的基础,是决定化学反应好坏的重要因素之一,因此反应器的设计、选型是十分重要的。反应器的种类很多，设计和选型很重要，座椅应该按照实际情况来设计制造。 一．釜式反应器 （一）反应器的简介 一种低高径比的圆筒形反应器，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。 （二）反应器的特点 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。反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。 （三）典型反应： 在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： CH3COOC2H5+NaOH CH3COONa+ C2H5OH 二．管式反应器 （一）反应器的简介 管式反应器一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200（液体），
存档日期：存档编号: 北京化工大学 研究生课程论文 课程名称：化学反应器理论 课程代号：ChE540 任课教师：文利雄 完成日期：2013 年04 月13 日 专业：化学工程与技术 学号： 姓名： 成绩：
摘要 近年来，微化工技术已成为化学工程学科中一个新的发展方向和研究热点。微化工设备的主要组成部分是特征尺度为纳米到微米级的微通道，因此，微通道内的流体流动和传递行为就成为微化工系统设计和实际应用的基础，对其进行系统深入的研究具有重要意义。 本文综合概括了微通道反应器的基本概念及主要优点，讲述了微通道反应器的发展历程，详细介绍了微通道反应器的分类及结构，重点讲述微通道反应器的流体力学性能，接着介绍了微通道反应器所使用的体系，最后介绍了目前微通道反应器的工业应用实例。 关键词：微通道反应器 Abstract In recent years, micro-chemical technology has become a new developing direction and research focus for chemical engineering. Microchannels with diameter ranging from nanometer to micron are main sections of the micro-chemical equipments, therefore, the characteristics of fluid flow and mass and heat transfer in microchannels are of key importance for the design and application of micro-chemical processes. The article firstly summarizes the basic conception and major advantages of Microchannel Reactor, as well as its development history. Meanwhile, it introduces the classification and structure of Microchannel Reactor in deatails, which forcusing on its hydrodynamics performance. Then the text explains the system that applied to Microchannel Reactor. And lastly, it describes the application examples of Microchannel Reactor in industry. Keywords：Microchannel Reactor
Unit4. Reactor Types反应器类型 设计反应器的目的是以特定速度生产已知反应的特定产品。为了达到最好的结果，要做出大量重要的决定需要相当的聪明才智。 一开始该解决重要的问题。用哪种操作方法使用什么类型的反应器？反应以间歇过程，连续流动过程还是两者混合的方式进行。反应器将等温、绝热或以某种中间方式操作吗？让我们简要回顾一下反应类型 4.1均相和非均相反应器 化学反应器可以分为两类，均相和非均相。在均相反应器中，通常只存在气相或液相。如果涉及一种以上反应物，规定必须把他们混合形成一个均匀的整体。通常情况下，混合反应物是开始反应的方式，尽管有时反应物被混合到所需的温度。 在非均相反应器中存在两相或可能是三相，常见的例子是气液，气固，液固和液液系统。在其中一个相是固体的情况下，它通常以催化剂的形式存在；气固催化反应器是一类重要的均相化学反应体系。在非均相反应器中，化学反应本身可能是真正的非均相，但事实并非如此。在一个气固催化反应器中，反应发生在固体表面因此它是均相的。然而，通过液体冒泡到气体中可能只是为了溶解液体中的气体，然后在气体中反应均匀；反应是均相的，但反应器是非均相的，因为它需要在气液两相之间有效接触。通常，非均相反应器比均相反应器在结构和接触方式上有更大的准确性。 4.2搅拌釜式反应器 搅拌槽式反应器，经过高度的反向混合，反应物在整个容器中的浓度是均匀的。这些反应器需要考虑的主要问题是良好的混合、在液体介质中有效的气体的分散以及均匀的传热。反应器可间歇操作或连续操作。在间歇模式下，
对反应物和催化剂进行填充，将反应器加热到所需温度，反应完成后，产品冷却并排放。在连续操作模式下(看图3-4)，反应物和催化剂混合物连续填充。产品与废催化剂的混合物也连续排放。搅拌槽反应器也可以在半间歇(或半连续)模式下操作，其中液体基质和催化剂在开始时充满，同时连续引入气体或第二反应物。 间歇式和连续式搅拌釜式反应器都适用于对底物浓度表现出零级动力学的反应。换句话说，在操作条件下，速率是快是慢与底物的浓度无关。然而，对于以底物浓度为准的伪零级动力学反应，，优选间歇式罐式反应器。当反应物有可能缓慢使催化剂失活，或者有可能通过平行反应途径生成副产物时，间歇罐反应器也是理想的选择。 搅拌釜式反应器是一种圆柱形容器，它经常设置挡板，以避免在搅拌过程中形成涡流。通常，四个宽度是反应 器直径的0.1倍的挡板相对于搅拌轴对称地布置。在底部装有一个喷雾装置，将气体引入液体。 搅拌槽式反应器设有夹套或浸入式线圈，用于加热或冷却反应介质。罐内介质的温度一般是均匀的。传热速率取决于传热面积、反应介质与加热或冷却液之间的温差以及传热系数。 搅拌器的功率消耗取决于搅拌器的尺寸、每分钟搅拌器的旋转数、粘度和介质的密度。当气体通过液体气泡时， 如氢化反应和羰基化反应时，对功率的要求就会降低. 搅拌或混合会使基体彼此靠近，这样它们就能反应。混合有两种类型，即宏观或块状混合和微混合。体积混合取决于容器和搅拌器的几何形状、搅拌器速度和溶液粘度。并且，搅拌时间与搅拌速度成反比。另一方面，微混合是一种微观现象。它是由分子扩散引起的，与机械搅拌无关。在间歇反应器中，块状混合比微观混合更常见。如果体积混合时间大于任何副反应的时间常数（反比速率常数），那么所需的产物选择性就会变差。 4.3管式反应器
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 16400m2/m3），有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。 高达3280 ~ 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 400/(2? )]，全床热容量大，热稳定与内浸换热表面间的传热系数很高[200 ~ 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。
化学反应器的分类及特点 1 2 秦财德 3 （中南大学、化学化工学院、化工1002班） 摘要: 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。4 5 近代工业中的反应器形式多样。化学反应器，用于实现液相单相反应过程6 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7 拌、气流搅拌等）装置。本文主要介绍化学反应器的分类和特点 8 9 关键词：化学反应器特点典型反应 10 11 现在的化工反应器在向高精端方向发展，在化工反应中处于主要地位，化学12 反应器是化学反应的载体,是化工研究、生产的基础,是决定化学反应好坏的重13 要因素之一,因此反应器的设计、选型是十分重要的。反应器的种类很多，设14 计和选型很重要，座椅应该按照实际情况来设计制造。 15 一．釜式反应器 16 （一）反应器的简介 一种低高径比的圆筒形反应器，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、 17 18 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19 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。 20 21
（二）反应器的特点 22 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。 23 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24 混程度最大。反应器内物料所有参数，如浓度、温度等都不随时间变化，从而25 不存在时间这个自变量。 26 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。 27 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28 液相参与的反应，如：液液、液固、气液、气液固反应等。 29 30 （三）典型反应： 31 在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： 32 CH 3COOC 2 H 5 +NaOH CH 3 COONa+ C 2 H 5 OH 33 34 二．管式反应器 35 （一）反应器的简介 36 管式反应器一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很37 长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。反应器的结构可以是单管，也可以是38 多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的39 填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。通常，反应物流处于40 湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200 41 （液体），物料的流动可近似地视为平推流. 42
化学反应器理论大作业 二氧化硫转换器最优化 班级: 化研1612 学号: 2016200162 指导教师: 文利雄 姓名: 闫晓宇
二氧化硫转换器最优化 反应方程式：SO 2＋1/2O 2=SO 3 （放热反应） 四段绝热反应器，级间间接换热，常压下反应。 1. 基础数据 ? 混合物恒压热容Cp ＝0.2549 [kcal/kgK] ? －ΔH =23135 [kcal/kmol] ? 催化剂堆密度 ρb ＝554 [kg/m 3] ? 进口SO 2浓度8.0 mol%，O 2浓度9.0 mol%，其余为氮气 ? 处理量131 [kmol SO 2/hr]，要求最终转化率98％ 2..动力学方程 式中： 3. 基本要求 ? 在T －X 图上，做出平衡线；至少4条等速率线。 ? 以一维拟均相平推流模型为基础，在催化剂用量最少的前提下，求总的及各段的催化剂装量，进出口温度、转化率并在T －X 图上标出折线。 () ()() [] sec ./11－2 2 3 232 322 2 gcat mol P P K P P B B P P K P k R SO SO SO SO SO SO O eff SO +-+-=ξ()() 987 .1，3.11295exp 1026203.227200exp 103.25.7355exp 48148600475，35992exp 105128.1475420， 76062exp 106915.7521 8718 223 =? ?? ? ???=?? ? ??=? ?? ? ???=??? ? ??-=-? ?? ? ??-?=-??? ? ??-?=--R T K P P K P RT K T B C RT k C RT k P O SO P SO o eff o eff ξ
第一章反应器基本理论 第一节理想反应器 一、基本反应器形式 反应器的种类很多，但最主要的为间歇操作搅拌釜，连续操作搅拌釜和管式反应器等。在药厂的反应器中，以间歇釜最为常用。 (一) 间歇釜 间歇釜：具有装置简单，操作方便灵活，适应能力强，基本上能适应与药厂生产的规模小，品种多，原料多，工艺条件复杂的实际情况，因此，间歇釜是药厂最常见的反应釜。 特点：1、物料一次加入，反应后一起排出。 2、如果搅拌良好，则釜内各点的T、C i基本一致。 3、釜内物料浓度(C i)和反应速度(r i) ，随时间而变化。 (二) 管式反应器 物点：1、物料从一端进，另一端引出。 2、反应时间是管长的函数t = t (?) 3、稳定物料，反应速度沿流动方向逐渐降低。 4、稳定操作时，管内某一点的物料浓度、温度、反应速度、压力等工艺参数，不随时间而发生变化。 (三) 连续反应釜 间歇釜、连续釜的设备结构是一致的，主要是工艺操作过程不同而致。 物点：1、反应器内各点的温度、浓度一致。 2、总体物料量进出平衡，出口物料中物料性质与釜内物料性质一致。 3、稳态时，釜内物料性质不随时间而变化。 除自催化反应外，连续反应不随时间而变化内的物料浓度与出料浓度一致，即物料浓度很低，因此，反应速度很慢，因此，需要更长的反应时间，或更大的反应器体积。多不随时间而变化串联的情况较为常见。 对于自催化反应，A + P 2 P，由于存在一个最大的反应速度，如果控制在此处进行反应，则所需的反应器体积为最小，连续釜式反应器，可以满足这一要求。 C Af C A* C A0(-r A) 二、返混 返混是连续操作反应器的固有流动物性，管式反应器和连续釜式反应器，均存在这一现象。 连续操作反应器的容积V R 平均停留时间τ= 物料的体积流量υ 即物料流径反应器所需的时间 (一) 年龄分布与返混 年龄分布指反应器内的物料 停留时间分布 寿命分布指反应器出口处的物料 年龄分布：物料从进入反应器的瞬间开始计算年龄，到所考虑的时间为止，反应器的物料，在反应器内的停留时间分布，即构成年龄分布。 不同年龄的物料粒子混在一起，即返混。 停留时间分布返混
摘要: 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。化学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。本文主要介绍化学反应器的分类和设计选择。 关键词：化学反应器，密闭，换热，自控 Abstract: the application of ancient reactors started, making pottery kiln is a primitive reactor. Modern industry in various forms, such as: reactor metallurgical industry of blast furnace and converter, Biological engineering of fermentation tank and various burner, are different forms of the reactor. Chemical reactors are used to implement the liquid single-phase reaction process and liquid liquid, gas and liquid, solid-liquid, gas liquid-solid etc multiphase reaction process. Containers have standing stirring (mechanical agitation, air mixing etc) devices. In high diameter is large, usable multilayer mixing blades. In the reaction process materials to heating and cooling, may in the reactor wall of setting clip, or in the device equipped with displacement heat surface, also through the heat