气升式鼓泡塔PPT学习教案.pptx

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1、会计学 1气升式鼓泡塔第一页，共56 页。概述(i sh)反应器实现反应过程的设备，广泛应用于化工、炼油、冶金、轻工等工业部 反应器实现反应过程的设备，广泛应用于化工、炼油、冶金、轻工等工业部门。化学反应工程以工业反应器中进行的反应过程为研究对象，运用数学模 门。化学反应工程以工业反应器中进行的反应过程为研究对象，运用数学模型方法建立反应器数学模型，研究反应器传递过程对化学反应的影响以及反 型方法建立反应器数学模型，研究反应器传递过程对化学反应的影响以及反应器动态特性和反应器参数敏感性，以实现工业反应器的可靠设计和操作控 应器动态特性和反应器参数敏感性，以实现工业反应器的可靠设计和操作控制。制

2、。反应器作为化工生产 反应器作为化工生产(shngch(shngch n)n)的核心设备 的核心设备,其技术先进程度对化工生产 其技术先进程度对化工生产(shngch(shngch n)n)有重要影响 有重要影响,尤其是在化学品制备和工程放大方面。尤其是在化学品制备和工程放大方面。第 1 页/共 56 页第二页，共56 页。概述(i sh)反应器的应用始于古代(g di)，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。第 2 页/共 56 页第三页，共56 页。反应器 石化反应器是进行化学反

3、应的关键设备，而化学反应过程又是原料转化为 石化反应器是进行化学反应的关键设备，而化学反应过程又是原料转化为目的 目的(md)(md)产品的主要过程。因为反应过程是一个极其复杂的过程，不仅要遵 产品的主要过程。因为反应过程是一个极其复杂的过程，不仅要遵守化学热力学和化学反应动力学的规律，还要受到能量传递和热量传递过程 守化学热力学和化学反应动力学的规律，还要受到能量传递和热量传递过程的制约，特别指出的是各个过程之间相互影响，使得反应过程极其复杂，所 的制约，特别指出的是各个过程之间相互影响，使得反应过程极其复杂，所以反应器与其他石化单元设备（如塔、冷换设备、泵、压缩机等）不同。反 以反应器与其

4、他石化单元设备（如塔、冷换设备、泵、压缩机等）不同。反应器的设计都要单独进行，没有系列可言，设备制造一定要完全满足设计要 应器的设计都要单独进行，没有系列可言，设备制造一定要完全满足设计要求，才能保证生产的顺利进行。求，才能保证生产的顺利进行。第 3 页/共 56 页第四页，共56 页。一、化工(hugng)反应器分类n n 化工反应种类繁多，性质各异、化学反应器的一个特点是具有(jy u)相差甚远的构性和尺寸，如窑炉、锅炉、斧、塔、混合器、高炉、回转炉，甚至简单的管子。实现化学反应为其共同点，但特殊性的考虑十分重要。化工反应器的种类可从可从影响反应的几个重要的方面进行大致区分。第 4 页/共

5、 56 页第五页，共56 页。n n 1 1、按反应器中的物相分类：、按反应器中的物相分类：n n 反应器可分为单（均）相和多（复）相。单相可分为单 反应器可分为单（均）相和多（复）相。单相可分为单 气 气相或者单 相或者单 液相。多相可分为气 液相。多相可分为气 液相（液相（G-L G-L），液），液 液相 液相(L-L)(L-L)，气，气 固相（固相（G-S G-S），液），液 固相（固相（L-S L-S）和气液）和气液 固 固 相 相(G-L-S),(G-L-S),也可有两种以上流体相和固相的反应。也可有两种以上流体相和固相的反应。n n 2 2、按操作方式分类、按操作方式分类n n 反

6、应器可分为间歇操作、连续操作和半连续操作。反应器可分为间歇操作、连续操作和半连续操作。n n 3 3、按物料流动状态分类、按物料流动状态分类n n 连续反应器的流动状态（如返混）影响反应器中反应物的浓度 连续反应器的流动状态（如返混）影响反应器中反应物的浓度分布和温度 分布和温度(wnd)(wnd)分布，也影响反应物通过反应器的停留时间的 分布，也影响反应物通过反应器的停留时间的分布，对反应结束有重要效应。平推流型和全混流型是返混为零 分布，对反应结束有重要效应。平推流型和全混流型是返混为零或无穷大的两种极限流型。实际工业反应器中物料流型只可能趋 或无穷大的两种极限流型。实际工业反应器中物料流

7、型只可能趋近于前者（统称管式反应器）或后者（通称搅拌釜式反应器或者 近于前者（统称管式反应器）或后者（通称搅拌釜式反应器或者釜式反应器），不可能完全一致。应根据反应特征选择反应器的 釜式反应器），不可能完全一致。应根据反应特征选择反应器的流动形态。为了限制返混可以采用多级串联搅拌釜是反应器。流动形态。为了限制返混可以采用多级串联搅拌釜是反应器。第 5 页/共 56 页第六页，共56 页。物 相 操 作 方 式间 歇 连 续管式 多级斧式 斧式单相G少用或不用 常用（裂解炉）少用或不用 少用或不用L常用（溶液聚合）较常用 较常用 常用（溶液聚合）多相G+L较常用（发酵罐）常用（填料塔）较常用（板

8、式塔）常用（搅拌釜鼓泡塔）L+L较常用（搅拌釜）较常用 较常用（筛板塔）较常用（搅拌釜）G+S少用或不用 常用（固定床，移动床）较常用（多层流化床）较常用（流化床）L+S较常用（搅拌釜）较常用（固定床，移动床）较常用（多层流化床）较常用（流化床）G+L+S常用（娟流床，高炉）较常用常用(桨式反应器)表为不同类型 表为不同类型(lixng)(lixng)反应器在工业生产中的使用程度。反应器在工业生产中的使用程度。第 6 页/共 56 页第七页，共56 页。n n 4 4、按传热特征分类、按传热特征分类n n 化学反应不可避免的伴有热效应。捂热交换的反应器 化学反应不可避免的伴有热效应。捂热交换的

9、反应器为绝热反应器。热交换能力极强（或热效应可以忽略）为绝热反应器。热交换能力极强（或热效应可以忽略）以致可视为等温的反应器为等温反应器。工业上常见的 以致可视为等温的反应器为等温反应器。工业上常见的是非等温非绝热反应器。后者有一定的换热能力，既不 是非等温非绝热反应器。后者有一定的换热能力，既不同于绝热型，也不同于等温型。同于绝热型，也不同于等温型。n n 除以上分类以外，尚可按物料的流向等特点分类。除以上分类以外，尚可按物料的流向等特点分类。n n 各种反应器适用 各种反应器适用(shyng)(shyng)于不同反应、间歇反应器操 于不同反应、间歇反应器操作灵活，适用 作灵活，适用(shy

10、ng)(shyng)于多品种生产和产量小、反应时间 于多品种生产和产量小、反应时间长的情形，但操作控制不便，产品质量不易稳定。连续 长的情形，但操作控制不便，产品质量不易稳定。连续反应器适用 反应器适用(shyng)(shyng)于大生产量品种的生产。管式反应器 于大生产量品种的生产。管式反应器由于体积限制，适用 由于体积限制，适用(shyng)(shyng)于快速反应。较慢的反应由 于快速反应。较慢的反应由于其对停留时间的要求，常考虑用复式反应器。于其对停留时间的要求，常考虑用复式反应器。第 7 页/共 56 页第八页，共56 页。二、反应器的选型判别(pnbi)1 1、反应类别、反应类别

11、反应类别即反应介质类别，例如气 反应类别即反应介质类别，例如气 液相或者气 液相或者气 固相或气相反应。这是最 固相或气相反应。这是最简单却是应首先使用的判据。简单却是应首先使用的判据。2 2、催化剂的失活速度、催化剂的失活速度 对于催化反应，应判别催化剂的失活速度。如催化剂失活速度很快，床层的操作 对于催化反应，应判别催化剂的失活速度。如催化剂失活速度很快，床层的操作周期很短，例如几秒钟、几分钟或者几小时，则应采用流化床等床型，否则应采 周期很短，例如几秒钟、几分钟或者几小时，则应采用流化床等床型，否则应采用其它形势的反应器用来减少投资和操作费用。用其它形势的反应器用来减少投资和操作费用。3

12、 3、有反应的浓度效应决定的混合要求、有反应的浓度效应决定的混合要求 反应器中的物流混合按照尺度可分为宏观混合和微观混合两种。微观混合是指大 反应器中的物流混合按照尺度可分为宏观混合和微观混合两种。微观混合是指大尺度的混合现象，如在搅拌 尺度的混合现象，如在搅拌(ji(ji obn)obn)釜式反应器中由于机械搅拌 釜式反应器中由于机械搅拌(ji(ji obn)obn)反应物流 反应物流发生设备尺度的循环流动。在连续流动反应器中，宏观混合就是返混，返混使反 发生设备尺度的循环流动。在连续流动反应器中，宏观混合就是返混，返混使反应物的平均浓度降低产物的平均浓度升高。应物的平均浓度降低产物的平均浓

13、度升高。4 4、由反应的热负荷和温度效应所决定的热量传递和温度控制要求应该按照反应系统的、由反应的热负荷和温度效应所决定的热量传递和温度控制要求应该按照反应系统的绝热温升和过程温度控制的要求，由简到繁选择反应器的形式。绝热温升和过程温度控制的要求，由简到繁选择反应器的形式。第 8 页/共 56 页第九页，共56 页。常见(chn jin)反应器的类型 n n 管式反应器 n n 釜式反应器n n 固定床与流化床反应器 n n 塔式反应器 n n 喷射(pnsh)反应器 n n 其他多种非典型反应器 第 9 页/共 56 页第十页，共56 页。管式反应器 一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。

14、这种反应器可以 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，反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空 很长，反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，也可以是在管内填充 管，也可以是在管内填充(tinchng)(tinchng)颗粒状催化剂的填充 颗粒状催化剂的填充(tinchng)(tinchng)管，以进行多相催化反应。通常，反应物流处于湍流 管，以进行多相催化反应。通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于 状态时，空管的长径比大于50 50；填充；填充(tinchng)(tinchng)段长与粒径之比 段长与粒径之比大于 大于100(100(气

15、体 气体)或 或200 200（液体），物料的流动可近似地视为平推流（液体），物料的流动可近似地视为平推流。管式反应器返混小，因而容积效率（单位容积生产能力）高，对 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 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 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。管道过长，工业上不易实现。第 10 页/共 56 页第十一页，共56 页。管式反应器第 1 1 页/共 56 页第十二页，共

16、56 页。釜式反应器 由长径比较小的圆筒形容器构成，常装 由长径比较小的圆筒形容器构成，常装有机搅拌 有机搅拌(ji(ji obn)obn)或气流搅拌 或气流搅拌(ji(ji obn)obn)装置，装置，可用于反应器外型液相单相反应过程和液 可用于反应器外型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。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 用于气液相反应过程的称为鼓泡搅拌(ji(ji obn)obn)釜（见鼓泡反应器）；用于气液 釜（见鼓泡反应器）；用于气液固相反应过程的称为搅拌 固相反应过程的称为搅拌(ji(ji obn)obn)釜式浆 釜式浆态

17、反应器。釜式反应器属于全混流反应器，态反应器。釜式反应器属于全混流反应器，第 12 页/共 56 页第十三页，共56 页。釜式反应器 釜式反应器的高径比为1-2，在石化行业中，除用于液相均相、液相非均相或气相反应外，主要用于聚合反应，即将小分子(fnz)变为大分子(fnz)，使反应物具有可塑、成纤、成膜、高弹等特性。很多釜内含有搅拌器和换热装置。大部分反应釜由釜体、搅拌器、减速器、密封装置、换热装置和挡板组成。第 13 页/共 56 页第十四页，共56 页。釜式反应器 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 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(n

18、irng)(nirng)。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 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。的反应，如：液液、液固、气液、气液固反应等。第 14 页/共 56 页第十五页，共56 页。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 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 反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状，粒径2 2 15mm 15mm 左右 左右(zu(zu yu),y

19、u),堆积成一定高度（或厚度）的床层。床层静止不动，流体通 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。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，用于 过床层进行反应。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，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 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 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。相接触。第 15 页/共 56 页第十六页，共56 页。固定床反应器第 16 页/共 56 页第十七页，共56 页

20、。固定床反应器 固定床反应器有三种基本形式：固定床反应器有三种基本形式：轴向绝热式固定床反应器流体沿轴 轴向绝热式固定床反应器流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。径向绝热式固定床反应 径向绝热式固定床反应器。流体沿径向流过床层，可采用离心流动 器。流体沿径向流过床层，可采用离心流动(lidng)(lidng)或向心流动 或向心流动(lidng)(lidng)，床层同外界无热交换。，床层同外界无热交换。列管式固定床反应器由多根反应管并联构成。列管式固定床反应器由多根反应管并联构成。管内或管间置催化剂，载热体流经管间或管内进行加热或冷却，管径通

21、管内或管间置催化剂，载热体流经管间或管内进行加热或冷却，管径通常在 常在25 25 50mm 50mm 之间，管数可多达上万根。列管式固定床反应器适用于反 之间，管数可多达上万根。列管式固定床反应器适用于反应热效应较大的反应。此外，尚有由上述基本形式串联组合而成的反应 应热效应较大的反应。此外，尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器，称为多级固定床反应器。器，称为多级固定床反应器。第 17 页/共 56 页第十八页，共56 页。固定床反应器优缺点固定床反应器优点 固定床反应器优点:1 1、床层极薄，流体流速很低；、床层极薄，流体流速很低；2 2、床层内的流体轴向流动可看成是理想置换、床层内的流

22、体轴向流动可看成是理想置换(zhhun)(zhhun)流动，因而化学反应速度 流动，因而化学反应速度较快；较快；3 3、流体停留时间可严格控制，温度分布可以适当调节，因而有利于提高化学反、流体停留时间可严格控制，温度分布可以适当调节，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性；应的转化率和选择性；4 4、催化剂不易磨损；、催化剂不易磨损；5 5、可在高温下操作。、可在高温下操作。固定床反应器缺点 固定床反应器缺点:催化剂颗粒不能太大，不能使用细粒催化剂 催化剂颗粒不能太大，不能使用细粒催化剂;催化剂导热性较差，催化剂的再生、更换不方便。催化剂导热性较差，催化剂的再生、更换不方便。第 18 页/共

23、56 页第十九页，共56 页。流化床反应器 流体自下而上通过固体颗粒床层,当流体速度增加到一定程度时,颗粒被流体拖起作悬浮运动,这种现象叫固体流态化。利用流态化技术进行化学反应的装置叫流化床反应器。传统流化床反应器的应用始于1922 年,经过近100 a 的发展,流化床反应器以其独特(dt)优势在化学工业中得到了广泛应用。第 19 页/共 56 页第二十页，共56 页。流化床反应器这也是一种气-固相反应的一种反应器。气体从反应器底部的气体分布板、分布管进入，将反应器床层上固体催化剂颗粒流化如液体沸腾状，在流化状态中进行反应。按流化床反应器的应用(yngyng)可分为两类：一类的加工对象主要是固

24、体,如矿石的焙烧,称为固相加工过程；另一类的加工对象主要是流体，如石油催化裂化、酶反应过程等催化反应过程，称为流体相加工过程。第 20 页/共 56 页第二十一页，共56 页。流化床反应器第 21 页/共 56 页第二十二页，共56 页。流化床反应器优缺点流化床反应器优点 流化床反应器优点:1 1、床层温度分布均匀，可避免局部过热或局部反应不完全现象。、床层温度分布均匀，可避免局部过热或局部反应不完全现象。2 2、可利用循环颗粒作为传热、可利用循环颗粒作为传热(chun r)(chun r)介质，大大简化了反应器结构。介质，大大简化了反应器结构。3 3、流化床单位体积内气固相之间接触面积很大，

25、提高了界面的传热、流化床单位体积内气固相之间接触面积很大，提高了界面的传热(chun r)(chun r)、传质速率。、传质速率。4 4、催化剂内孔表面利用率高，加速气固相间的反应。、催化剂内孔表面利用率高，加速气固相间的反应。5 5、反应过程及再生过程连续化。、反应过程及再生过程连续化。6 6、流化床中换热器所需面积较小。、流化床中换热器所需面积较小。7 7、设备生产强度大，适于大规模生产。、设备生产强度大，适于大规模生产。第 22 页/共 56 页第二十三页，共56 页。流化床反应器优缺点流化床反应器缺点(qudi n):1、反应的转化率低，流化床一般达不到固化床的转化率。2、催化剂损失率

26、高，防尘比较困难。3、流化床的管子和容器磨损非常严重。第 23 页/共 56 页第二十四页，共56 页。塔式反应器塔式反应器高径比很大，常用于气-液反应和液-液反应，包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等。常用的有鼓泡式反应器（鼓泡塔），其中(qzhng)又可分为简单鼓泡塔和气升式鼓泡塔。第 24 页/共 56 页第二十五页，共56 页。塔式反应器简单鼓泡塔鼓泡塔为盛液体的空心圆筒，底部装有气体分布器。气体通过分布器上小孔均匀以鼓泡形式进入液相，液相间歇或连续加入反应器，液体和气体可以并流或逆流（并流常见）。为了提高气体的分散程度，减少液位纵向循环，在反应器中安置水平多孔隔板进行时，往往有热效应，常采用

27、(c iyng)夹套或其他外部散热方式。第 25 页/共 56 页第二十六页，共56 页。塔式反应器气升式鼓泡塔气升式鼓泡塔塔内装有一根或几根气升管，气体从下部的气体分布器进入气升管。在气升管中，气液混合物密度比环形空间中的液体(yt)密度小得多，引起液体(yt)在环形空间和气升管内做循环流的，故称为气升式鼓泡反应器。苯乙烯装置中的烃化/烃化转移反应器就是这种结构。第 26 页/共 56 页第二十七页，共56 页。喷射(pnsh)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 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。等多相反应

28、过程的设备。喷射反应器是近几十年迅速发展起来的多相反应器，多用于气液两相反 喷射反应器是近几十年迅速发展起来的多相反应器，多用于气液两相反应，也可用于含催化剂等悬浮颗粒的气液固三相反应。其原理是利用 应，也可用于含催化剂等悬浮颗粒的气液固三相反应。其原理是利用高速流动相去 高速流动相去卷吸其他 卷吸其他(qt)(qt)相，使各相密切接触，继而在反应器内均匀 相，使各相密切接触，继而在反应器内均匀分散或悬浮，并完成反应。喷射反应器是一大类反应 分散或悬浮，并完成反应。喷射反应器是一大类反应器的总称，其主体部分一般由一个反应釜和一个射流 器的总称，其主体部分一般由一个反应釜和一个射流喷嘴所组成，根

29、据需要还可加入其他 喷嘴所组成，根据需要还可加入其他(qt)(qt)附件。附件。第 27 页/共 56 页第二十八页，共56 页。喷射(pnsh)反应器分类根据(gnj)射流喷嘴在反应器内的不同位置上，有上喷式、下喷式及水平式喷射反应器分。而根据(gnj)反应工艺过程的不同，有一次喷射反应式，也有利用循环泵将物料多次循环的所谓喷射环路反应器(有时简称为环路、环流或回路反应器)。第 28 页/共 56 页第二十九页，共56 页。喷射(pnsh)反应器性能喷射反应器作为一类新型反应器，有许多独特、优异(yuy)的性能：多相传质性能好；传热能效大；密封性能好，便于高压反应；单位体积输入功率大；工作体

30、积大，操作弹性好；反应器结构简单，无动件，节约能耗且便于反应过程的连续化；传质速率和混合效果对反应器规模依赖程度小，便于工程放大；用途广泛。第 29 页/共 56 页第三十页，共56 页。喷射(pnsh)反应器研究现状及进展喷射反应器的研究起步相对较晚，但其发展迅速，种类越来越多，性 喷射反应器的研究起步相对较晚，但其发展迅速，种类越来越多，性能也不断得到完善，并越来越受到国际学术和工程界的关注。能也不断得到完善，并越来越受到国际学术和工程界的关注。1939 1939年，年，Flugel Flugel 最早提出了可适用于描述单相物质系统中喷射反应器实 最早提出了可适用于描述单相物质系统中喷射反

31、应器实验结果的基本理论概念。验结果的基本理论概念。Blenkel J Blenkel J 在 在1985 1985 年对喷射环路反应器作了 年对喷射环路反应器作了较为 较为(jio wi)(jio wi)全面的综述，并划分了反应器性能的不同方面及其 全面的综述，并划分了反应器性能的不同方面及其表征参数。随后，表征参数。随后，Dirix Dirix 等对反应器的各种性能作了大量研究，并 等对反应器的各种性能作了大量研究，并提出不少理论模型。提出不少理论模型。Van Dierendonck Van Dierendonck 从工作特性、设计放大及应用 从工作特性、设计放大及应用等方面对比分析了喷射反

32、应器和机械搅拌釜反应器，阐明了喷射 等方面对比分析了喷射反应器和机械搅拌釜反应器，阐明了喷射反应器的优异性能，并指出喷射反应器极有可能取代搅拌釜反应 反应器的优异性能，并指出喷射反应器极有可能取代搅拌釜反应器成为多相反应器的首选。器成为多相反应器的首选。第 30 页/共 56 页第三十一页，共56 页。喷射(pnsh)反应器研究现状及进展Duveen 在此基础上详细总结了喷射反应器的各种性能，认为喷射反应器作为高性能反应器即将成为气液反应器的设计标准。在国际上，有不少公司对喷射反应器进行了研究(ynji)开发，如瑞士Buss、EC Chem 公司及美国Chemithon 公司等。Buss 和E

33、C Chem 公司的喷射反应器起初多应用于催化加氢反应，后又应用于烷氧基化反应。而Chemithon 公司的喷射反应器则主要应用于磺化反应。第 31 页/共 56 页第三十二页，共56 页。喷射(pnsh)反应器研究现状及进展我国对喷射反应器的研究相对较为滞后，我国对喷射反应器的研究相对较为滞后，20 20 世纪六七十年代开始有文献报道，当 世纪六七十年代开始有文献报道，当时的喷射反应器多应用于除尘、抽真空、直接加热、传质和制冷等化工单元 时的喷射反应器多应用于除尘、抽真空、直接加热、传质和制冷等化工单元操作中，而真正作为强化多相反应的反应器则起步更晚。但其在石蜡氧化、操作中，而真正作为强化多

34、相反应的反应器则起步更晚。但其在石蜡氧化、乙醇氯化等实际工业生产中所取得的显著效果。进入 乙醇氯化等实际工业生产中所取得的显著效果。进入90 90 年代后，我国对喷射 年代后，我国对喷射反应器的研究又掀起了一股热潮，成为多相反应器的研究热点之一，尤其是 反应器的研究又掀起了一股热潮，成为多相反应器的研究热点之一，尤其是在反应器的工程开发 在反应器的工程开发(kif)(kif)和工业应用上不断取得新进展。和工业应用上不断取得新进展。第 32 页/共 56 页第三十三页，共56 页。环流(hun li)反应器环流反应器借助于搅拌推进器或喷射器的推动，使反应物沿着规定的路线循环(xnhun)流动，在

35、流动中边混合边发生化学反应。环流反应器综合了鼓泡塔和机械搅拌釜的优良性能,具有反应速度快、结构简单、无机械传动部件以及易于工程放大等优点,是一类高效的气液接触反应设备。第 33 页/共 56 页第三十四页，共56 页。环流(hun li)反应器环流(hun li)反应器包括上升管、下降管、气液分离器和底部连接段4 部，这种反应器适用于处理高粘物料。其优点是：1、流向确定，流动损失少，混合均匀；2、结构简单，无运动密封件；3、气液接触良好，能耗低；4、便于改善工艺条件。第 34 页/共 56 页第三十五页，共56 页。环流(hun li)反应器第 35 页/共 56 页第三十六页，共56 页。环

36、流(hun li)反应器分类按流动形式,环流反应器(yn q)分为内环流、外环流反应器(yn q);按导流筒组成,环流反应器(yn q)分为单级、多级环流反应器(yn q);按流体驱动方式,环流反应器(yn q)分为气升式、喷射式和推进式环流反应器(yn q)。第 36 页/共 56 页第三十七页，共56 页。环流(hun li)反应器应用环流反应器不仅可以应用(yngyng)于常温常压下的反应过程,而且可以用于高温高压的反应过程,环流反应器以其较高的传质速率、良好的多相混合优势,在能源化工、水处理及生物工程等领域发挥着巨大作用。第 37 页/共 56 页第三十八页，共56 页。多种非典型反应

37、器n n 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。n n 现在比较常见的反应器有：浆态床反应器,滴流床反应器,移动(ydng)床反应器,旋流反应器,催化与蒸馏结合的反应器,微反应器，膜化学反应器。第 38 页/共 56 页第三十九页，共56 页。微反应器 微反应器是一个比较广泛的概念，并有很多种形式，既包括 微反应器是一个比较广泛的概念，并有很多种形式，既包括(boku)(boku)传统的 传统的微量反应器，微量反应器，也包括 也包括(boku)(bo

38、ku)聚合微反应器、反相胶束条纹反应器、微聚合 聚合微反应器、反相胶束条纹反应器、微聚合反应器和固体模板微反应器等。反应器和固体模板微反应器等。这些微反应器的对化学反应的共同特点是将其控制在极其微小的空间内，这些微反应器的对化学反应的共同特点是将其控制在极其微小的空间内，反应通道的平均尺寸一般为微米甚至纳米。反应通道的平均尺寸一般为微米甚至纳米。微通道狭窄而规整、反应空间非常狭小且比表面积非常大。规整的结构方便 微通道狭窄而规整、反应空间非常狭小且比表面积非常大。规整的结构方便于模拟和放大。通道的规整性是微反应技术的重要优点之一。小的通道尺寸 于模拟和放大。通道的规整性是微反应技术的重要优点之

39、一。小的通道尺寸是一个重要的安全因子，因为在微构造反应器中火焰的扩展会受到抑制。因 是一个重要的安全因子，因为在微构造反应器中火焰的扩展会受到抑制。因此这些反应器可以在爆炸范围内操作，而不需附加任何特殊的安全措施。此这些反应器可以在爆炸范围内操作，而不需附加任何特殊的安全措施。第 39 页/共 56 页第四十页，共56 页。微反应器的分类(fn li)微反应器的类型按照不同的分类方法有多种类型。首先根据操 微反应器的类型按照不同的分类方法有多种类型。首先根据操作模式微反应器可分为半连续式微反应器、间歇微式微反应器和 作模式微反应器可分为半连续式微反应器、间歇微式微反应器和连续式微反应器；根据不

40、同的能量输入源，可将其分为主动微混 连续式微反应器；根据不同的能量输入源，可将其分为主动微混合器和被动微混器。其次根据用途的不同又可将微反应器分为实 合器和被动微混器。其次根据用途的不同又可将微反应器分为实验型微反应器和生产型微反应器两大类；根据反应过程 验型微反应器和生产型微反应器两大类；根据反应过程(guchng)(guchng)的相态的不同，又可以将微反应器分为气固相催化微反应器、气 的相态的不同，又可以将微反应器分为气固相催化微反应器、气液相微反应器、气液固三相催化微反应器和液液相微反应器等。液相微反应器、气液固三相催化微反应器和液液相微反应器等。第 40 页/共 56 页第四十一页，

41、共56 页。微反应器的优缺点优点：1 温度可控，2 时间可控，3 转化率和收率(shu l)高，4 安全性能好，5 微反器可以实现从实验室到工业过程的直接放大，6 有很多材料可以用来制造微反应器缺点：固体物料无法通过微通道，如果反应中有大量固体产生，微通道极易堵塞，导致生产无法连续进行。第 41 页/共 56 页第四十二页，共56 页。微反应器研究(ynji)现状 目前微反应器在化工工艺过程的研究与开发中已经得到广泛的应用，目前微反应器在化工工艺过程的研究与开发中已经得到广泛的应用，商业化生产中的应用正日益增多。其主要应用领域包括有机合成过程，商业化生产中的应用正日益增多。其主要应用领域包括有

42、机合成过程，微米和纳米材料的制备和日用化学品的生产。对于石油化学下游产品而 微米和纳米材料的制备和日用化学品的生产。对于石油化学下游产品而言，特别对精细化学品和制药以及生物技术等有着 言，特别对精细化学品和制药以及生物技术等有着(y(y u zhe)u zhe)越来越大的影 越来越大的影响。在国内，微反应技术处于研究与开发阶段。虽然有很多高校从事微 响。在国内，微反应技术处于研究与开发阶段。虽然有很多高校从事微反应技术研究，尚没有成熟的国产设备面世。反应技术研究，尚没有成熟的国产设备面世。第 42 页/共 56 页第四十三页，共56 页。膜反应器的应用(yngyng)n n 膜活性污泥处理技术

43、通常称之为“膜生物反应器”（MBR），是活性污泥处理工艺与膜分离技术相结合的一种新型水和废水处理工艺，其中所用膜为典型孔径为10nm0.5m 的微滤膜或超滤膜。该技术于20 世纪60 年代初开始得到(d do)研究和应用，并在上世纪得到(d do)了快速的发展，是废水处理领域的一项重要发展。第 43 页/共 56 页第四十四页，共56 页。n n 该反应技术(jsh)源自日本，旨在降低成本来处理废弃物特别是废水，通过一系列的努力，开发了一系列的废水再处理工艺，其中有使用至今的Kubota 的平板膜组件、Mitsubishi Rayon 的中空纤维膜组件等，使MBR 工艺技术(jsh)得到了重要

44、的突破，自此膜反应器进入了长足的发展，而对于该工艺最重要的是其可以降低成本使废水进行再生。第 44 页/共 56 页第四十五页，共56 页。MBR的优点(yudi n)n n 首先，工艺紧凑，无需(wx)常规活性污泥处理工艺中的污泥回流系统和二次沉淀池。其次，膜系统可在高达2025gTS/L 的污泥浓度下运行（而常规处理工艺中，为维持污泥良好的沉降性能，一般将污泥浓度控制在5 gTS/L 以内），第三，与常规活性污泥工艺不同，MBR 工艺可在更宽的运行条件（如污泥浓度、污泥龄和有机负荷等）下运行，并对进水负荷的变化具有更强的适应能力 第 45 页/共 56 页第四十六页，共56 页。n n 此

45、外，MBR 工艺可获得稳定而高质量（无固体颗粒，得到有效除菌）的处理出水，且无丝状菌污泥之虞。因而，该工艺尤其适用于对处理要求较高或进行废水(fishu)再用的场合，也可以作为纳滤或反渗透工艺极好的预处理工艺。第 46 页/共 56 页第四十七页，共56 页。MBR的缺点(qudi n)n n 由于膜组件较易发生堵塞问题及其较高的运行能耗，其建设投资和运行成本仍然相对较高，尤其是因运行和控制不当而发生膜污染问题，不仅将缩短膜的使用寿命，同时将提高其运转(ynzhu n)费用。第 47 页/共 56 页第四十八页，共56 页。n n 迄今为止，在MBR 工艺的应用中，有两大类型的淹没式膜组件技术

46、(jsh)、即Kubota 的平板膜组件和Zenon 中空纤维膜组件。他们均以由外而内渗透为特征，实际应用个分析表明，平板膜组件适用于小规模（1000020000 人口当量）处理的场合，而中空纤维膜组件则适用于较大规模的污水处理厂。第 48 页/共 56 页第四十九页，共56 页。n n 总之，对于膜反应器及上述所说的MBR 技术，目前还是不成熟的，原因在于其成本太高，而对于一些小规模的厂家来说不必要对此有很高的要求，所以其还处于开发阶段，而对于该技术，其前景很广阔，原因在于其可以把废水处理的相当干净(gnjng)，对于高要求的行业是一个很好的选择！第 49 页/共 56 页第五十页，共56

47、页。关于(guny)平推流反应器的计算n n 对于平推流反应器，如果是等温反应，若反应器进口的初始浓度为a,流体的体积流量为v0,以一个小微元为处理单位，进入微元的量为av0(1-X1),x1 为进入微元前的转化率，离开时的av0(1-x1-dx1),而在微元中的反应量为r1dVr,则有r1dVr=av0(1-x1)-av0(1-x1-dx1),所以(su y)其反应器的体积Vr=v0adx1/r1,，而对于非等温情况下，不仅要考虑物料守恒，更加第 50 页/共 56 页第五十一页，共56 页。n n 要考虑能量守恒，对于平推流反应器，其内管之间有传热，该热可以通过夹套中进行传热，而对于再反应

48、器中进行反应的物质，其必定要放出或吸收一定的热量，这部分成为反应热，而对于本身的物质，其再一定的温度(wnd)和压力下，本身会有摩尔热容，物质加起来的能量称为反应物的反应显热，对于其有反应显热=传热+反应热。第 51 页/共 56 页第五十二页，共56 页。n n 而非等温的只要联立物料守恒和能量守恒，即可确定反应器的体积，并且可以确定反应器出口和进口的温度，其存在绝热温升或绝热温降，这样就可以根据(gnj)方程来算出管内的组成和温度，以便选择合适的催化剂和合适的反应器！第 52 页/共 56 页第五十三页，共56 页。全混流反应器的计算(j sun)n n 对于全混流反应器，由于强烈的搅拌，

49、反应器中到达均匀的温度和浓度，则根据一般的物料守恒，假如加入的物料为F1，则有F1(1-X0)-F1(1-X2)=Vr*R2，根据其中的方程可以解出反应器的体积，这样(zhyng)及可以确定体积和反应的出口温度，即可为实际生产提供很好的帮助！第 53 页/共 56 页第五十四页，共56 页。结束语 化工设备应用场合众多 化工设备应用场合众多,不同的设备有其独特的优势和局限性。传统反 不同的设备有其独特的优势和局限性。传统反应器都是基于单一 应器都是基于单一(dny)(dny)反应机理的功能单一 反应机理的功能单一(dny)(dny)的结构 的结构,随着能源资源 随着能源资源的日益减少 的日益减

50、少,设备的节能化、多功能化成为一种必然趋势 设备的节能化、多功能化成为一种必然趋势,因此 因此,将具有不 将具有不同功能的设备组合 同功能的设备组合,开发高效和适用范围广阔的新型反应器 开发高效和适用范围广阔的新型反应器,同时研究反 同时研究反应分离机理 应分离机理,达到在一种装置中完成多项工程要求的目的将是今后反应器 达到在一种装置中完成多项工程要求的目的将是今后反应器的研究重点。另外 的研究重点。另外,根据特殊的工艺要求 根据特殊的工艺要求,开发特殊形式的化学反应器 开发特殊形式的化学反应器;根 根据其工艺需要 据其工艺需要,通过改造传统的化学反应器开发新型反应器也日趋重要。通过改造传统的