渤化課堂丨帶你認識化工反應器

概述

化學反應過程和反應器是化工生產流程中的中心環節，一個化工生產流程往往是圍繞反應過程展開的。相對而言，化工生產流程中的單元操作如熱交換、蒸餾、吸收和乾燥等，只涉及物理變化，其設計計算理論較為成熟，實踐經驗較為豐富；而在反應器中，傳熱、傳質等物理變化和化學反應同時發生，反應結果也是這些變化共同作用的結果，因此，反應器的設計也需要將化學反應和傳遞過程相結合。反應器設計所依據的是化學反應工程理論，是化學反應工程理論的實際應用。由於化學反應的多樣性，反應器設計往往較多地倚重研究試驗工作。

反應器設計依據化學反應工程理論,它把反應的化學特性和反應器的傳遞特性結合起來,涉及化學動力學、傳遞過程和工程控制等領域。研究化學反應工程的主要任務是:

① 對已有反應過程進行分析,尋求進一步改進或強化的方法;

② 開發新的反應技術和設備;

③ 反應過程的優化;

④ 設計反應器。

其中反應器設計主要包括:反應器選型;尋找合適的工藝條件;確定實現這些工藝條件所需的技術措施;確定反應器的結構尺寸;確定必要的控制手段。

反應器的基本類型

反應器按結構大致可分為管式、釜式、塔式、固定床和流化床等類型。它們的型式與特性見表。由於每種反應均有其自身的特點,選型時需要結合反應器的特性進行綜合分析,做出合理選擇。

反應器設計的基本方法

設計反應器要儘可能全面掌握下列各方面的資料和數據。

① 溫度、濃度和壓力對反應速率的影響,副反應的情況,反應條件對選擇性的影響。

② 催化劑的粒度對反應的影響,催化劑的失活原因和失活速率,催化劑的強度和耐磨性。

③ 反應熱效應。

④ 原料中雜質對反應的影響。

⑤ 反應物和產物的物理性質、爆炸極限等。

⑥ 反應器中物料的流動和返混特性,反應器的傳熱特性和允許的壓降。

⑦ 攪拌釜中攪拌槳的特性。

⑧ 多相流中分散相的分散方法和聚並特徵。

⑨ 氣固流態化系統中粒子的磨損和帶出。

⑩ 開停車所需的輔助設施。

工業規模反應器的開發設計往往和反應器的放大相聯繫,一般採用逐級經驗放大法、數學模型法或介於兩者之間的半經驗法來處理,這些方法都需要完成數量不等的試驗工作。

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