气液相反应器的选型
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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。
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。
高等化学反应工程_福建农林大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.效率因子法将反应特性和( )特性对表观反应速率的影响做了区分。
参考答案:传递2.传热准数的物理意义是反应器的传热能力和反应物料( )之比。
参考答案:比热容3.化学反应吸收的总传质系数不仅与气膜传质分系数和液膜传质分系数有关,还和化学反应( )因子有关。
(增强/衰弱)参考答案:增强4.某反应器的停留时间分布的无量纲方差约为0.01,则可判断此反应器中流体流动状况接近于( )理想流动模型。
(全混流/平推流)参考答案:平推流5.活化能E反映了反应速率对( )的敏感程度。
(温度/浓度)参考答案:温度6.利用实验反应器测得的动力学数据建立反应动力学模型一般要经过模型筛选、实验数据处理和( )三个步骤。
参考答案:模型的显著性检验7.催化剂颗粒内的孔区分为和粗孔。
参考答案:微孔8.当催化剂的配方确定后,影响Thiele模数数值和内部传递作用大小的主要因素是催化剂的粒度和由催化剂内部孔道结构和大小决定的。
参考答案:有效扩散系数9.通常气固相催化反应的主要温差出现在催化剂外部,而浓度差常出现在催化剂。
(内部/外部)参考答案:内部10.当催化剂的配方确定后,影响内部传递作用大小的主要因素是催化剂粒度以及由催化剂内部孔道结构和大小决定的。
参考答案:有效扩散系数11.均相反应器的特征是在反应器内存在()种相态参考答案:一12.右图所示的是那种反应器()【图片】参考答案:釜式反应器13.对于气固系统,热阻和温度梯度主要在催化剂外部。
参考答案:正确14.催化剂内部的传质过程、传热过程和化学反应过程之间,既不是串联过程,也不是平行过程,而是传递和反应同时发生并交互影响的过程。
参考答案:正确15.对于平行孔模型来说,颗粒有效扩散系数与颗粒孔隙率的平方成反比。
参考答案:错误16.对于换热列管式固定床反应器,采用较小的管径主要是为了( )。
参考答案:消除径向温度梯度17.在间歇反应器中进行等温二级反应A→B,当时,求反应至所需时间为( )秒。
1.简述均相反应及其动力学的研究内容?答:参与反应的各物质均处于同一个相内进行的化学反应称为均相反应。
均相反应动力学是研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、反应产物分布的影响,并确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关系的速率方程。
2.简述链锁反应所具有的基本特征?答:1)链反应具有三个阶段:链的引发、链的传播和链的终止;2)链的引发和传播均需要通过游离原子或游离基;3)游离原子和游离基均具有较高活性,容易受器壁或其它惰性物的作用而重新生成稳定的分子,从而使链反应终止。
3.简述理想反应器的种类?答:通常所指的理想反应器有两类:理想混合(完全混合)反应器和平推流(活塞流或挤出流)反应器。
所谓完全混合流反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合,器内物料与反应器出口物料具有相同的温度和浓度。
所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动,不存在不同停留时间的物料的混合,所有的物料在器内具有相同的停留时间。
4.简述分批式操作的完全混合反应器?答:反应物料一次性投入反应器内,在反应过程中,不再向器内投料,也不出料,待达到反应要求的转化率后,一次性出料,每批操作所需生产时间为反应时间与非生产性时间之和,非生产性时间包括加料、排料和物料加热、冷却等用于非反应的一切辅助时间。
5.简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系?答:空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。
反应时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应时间。
停留时间是指反应物进入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间。
由于平推流反应器内物料不发生返混,具有相同的停留时间且等于反应时间,恒容时的空时等于体积流速之比,所以三者相等。
6.对于可逆放热反应如何选择操作温度?答:1)对于放热反应,要使反应速率尽可能保持最大,必须随转化率的提高,按最优温度曲线相应降低温度; 2)这是由于可逆放热反应,由于逆反应速率也随反应温度的提高而提高,净反应速率出现一极大值;3)而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等而达到化学平衡。
6.1.2 气液相反应器基本类型与结构1.气液相反应器的基本类型气液相反应器按气液相接触形态可分为:(1)气体以气泡形态分散在液相中的鼓泡塔反应器、搅拌鼓泡釜式反应器和板式反应器;(2)液体以液滴状分散在气相中的喷雾、喷射和文氏反应器等;(3)液体以膜状运动与气相进行接触的填料塔反应器和降膜反应器等。
(a) (b) (c) (d) (e) (f)(g)气液相反应器的主要类型示意图(a)填料塔反应器;(b)板式塔反应器;(c)降膜反应器;(d)喷雾塔反应器;(e)鼓泡塔反应器;(f)搅拌鼓泡釜式反应器;(g)喷射或文氏反应器2.气液相反应器的特点(1)鼓泡塔反应器(图片)特点:a.气相既与液相接触进行反应同时搅动液体以增加传质速率;b.鼓泡塔反应器结构简单、造价低、易控制、易维修、防腐问题易解决,用于高压时也无困难。
c.鼓泡塔内液体返混严重,气泡易产生聚并,故效率较低。
应用:这类反应器适用于液体相也参与反应的中速、慢速反应和放热量大的反应。
(2)填料塔反应器(图片)特点:a.液体沿填料表面下流,在填料表面形成液膜而与气相接触进行反应,故液相主体量较少。
b.填料塔反应器气体压降很小,液体返混极小,是一种比较好的气液相反应器。
应用:适用于瞬间、界面和快速反应。
(3)板式塔反应器(图片)特点:a.板式塔反应器中的液体是连续相而气体是分散相,借助于气相通过塔板分散成小气泡而与板上液体相接触进行化学反应;b.能在单塔中直接获得极高的液相转化率;c.板式塔反应器的气液传质系数较大,可以在板上安置冷却或加热元件,以适应维持所需温度的要求;d.但是板式塔反应器具有气相流动压降较大和传质表面较小等缺点。
应用:板式塔反应器适用于快速及中速反应。
(4)膜反应器(图片)特点:a.通常借助管内的流动液膜进行气液反应,管外使用载热流体导入或导出反应热。
b.降膜反应器还具有压降小和无轴向返混的优点。
c.由于降膜反应器中液体停留时间很短,d.降膜管的安装垂直度要求较高,液体成膜和均匀分布是降膜反应器的关键,工程使用时必须注意。