第三章 其它型式反应器-3
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27种反应器的结构及原理,你想了解的都在这里化学反应器是化工生产的核心设备,其技术的先进程度对化工生产有着重要的影响,直接影响装置的投资规模和生产成本。
也是化工生产过程的心脏,从原料经过反应器到我们想要的产品。
反应器的类型很多,如果按反应器的工作原理来分,可以概括为以下几种类型:一、管式反应器在化工生产中,连续操作的长径比较大的管式反应器可以近似看成是理想置换流动反应器(平推流反应器,Plug flow reactor,简称PFR)。
它既适用于液相反应,又适用于气相反应。
由于PFR能承受较高的压力,用于加压反应尤为合适。
具有容积小、比表面大、返混少、反应参数连续变化、易于控制的优点,但对于慢速反应,则有需要管子长,压降大的不足。
▷管式反应器类型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。
4、U形管式反应器U形管式反应器的管内设有多孔挡板或搅拌装置,以强化传热与传质过程。
U形管的直径大,物料停留时间增长,可应用于反应速率较慢的反应。
5、多管并联管式反应器多管并联结构的管式反应器一般用于气固相反应,例如气相氯化氢和乙炔在多管并联装有固相催化剂的反应器中反应制氯乙烯,气相氮和氢混合物在多管并联装有固相铁催化剂的反应器中合成氨。
6、活塞流反应器性能特点:① 反应器的长径比较大。
② 假设不同时刻进入反应器的物料之间不发生逆向混合(返混)。
③ 反应物沿管长方向流动,反应时间是管长的函数,其浓度随流动方向从一个截面到另一个截面而变化。
二、釜式反应器釜式反应器也称槽式、锅式反应器,它是各类反应器中结构较为简单且应用较广的一种反应器。
第三章理想均相反应器设计本章核心内容:从间歇釜反应器、稳态全混流反应器和平推流管式反应器这三种理想反应器的结构和流动特性出发,给出了它们数学模型的建立方法、不同反应过程中的反应体积设计公式和热量计算式以及具体的应用实例。
对这三种理想反应器性能进行了比较,特别是对稳态全混流反应器和平推流管式反应器及其组合内容进行了详细叙述。
针对不同反应过程讲述了优化设计方法。
化学反应工程学的主要目的是设计不同型式和大小的反应器,实现最佳的操作与控制,取得最佳的经济效益。
在用数学模型法来设计放大反应器的过程中,首先要了解进行化学反应的动力学特征、反应物的性质、产物的性质与分布,才能进行反应器的选型、操作方式的选择,进而进行反应器设计和计算。
由于生产中的化学反应器都很大,都或大或小存在着温度的差异和浓度的差异,都存在着动力消耗和反应器的各种结构的差异,对于实际生产中的化学反应过程一般很难做到反应物的温度、压力和流速完全均一,即非理想化。
这些差异给实际反应器的设计和放大带来了很大的困难。
实际反应过程的理想化是研究生产实践中千变万化的各种反应器的基础和前提,也是均相反应过程接近实际的反应器模型。
间歇釜式反应器(BSTR)、稳态全混流反应器(CSTR)和活塞流(平推流)管式反应器(PFR),这三种理想反应器的设计原理具有普遍意义和广泛的应用性。
3-1 间歇釜式反应器3-2间歇釜示意图图3-1间歇釜式反应器如图3-1所示,间歇釜式反应器简称间歇釜,它的最大特点是分批装料和卸料。
因此,其操作条件较为灵活,可适用于不同品种和不同规格的液态产品生产,尤其适合于多品种而小批量的化学品生产,它在医药、助剂、添加剂、涂料、应用化学品等精细化工生产部门中经常得到应用,很少用于气相过程。
间歇釜的结构主要有釜体、搅拌装置、加热和冷却装置、进出料口和管件、温度和压力测量装置以及视孔、排污口和液位计等。
釜体上部釜盖用法兰与釜体连接,釜体上一般不开孔,都在釜盖上开孔用以安装管阀件,釜体上有四个吊耳用于固定反应釜,釜体外部是换热夹套。