化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)件市公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省賽課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

反應(yīng)器選擇、設(shè)計(jì)和操作化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第1頁(yè)1/482Author:huangkangsheng課程主要內(nèi)容1反應(yīng)器選擇2反應(yīng)器設(shè)計(jì)及優(yōu)化體積計(jì)算、操作參數(shù)選定3反應(yīng)器操作及維護(hù)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第2頁(yè)2/483Author:huangkangsheng課程特點(diǎn)1概念多、理論深、內(nèi)容抽象，需要較為扎實(shí)專業(yè)理論基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；2綜合性高，實(shí)踐性強(qiáng)，學(xué)習(xí)時(shí)需要樹(shù)立工程意識(shí)、具備化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀念、安全和環(huán)境保護(hù)意識(shí)；3入門難，掌握不易，需要精研細(xì)讀，重復(fù)訓(xùn)練?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第3頁(yè)3/484Author:huangkangsheng參考書：1李紹芬.反應(yīng)工程.化學(xué)工業(yè)出版社2朱丙辰.化學(xué)反應(yīng)工程.化學(xué)工業(yè)出版社3陳炳和.化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備.化學(xué)工業(yè)出版社4鄒仁鋆.基本有機(jī)化工反應(yīng)工程.化學(xué)工業(yè)出版社5陳甘棠.化學(xué)反應(yīng)工程.化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第4頁(yè)4/485Author:huangkangsheng項(xiàng)目1反應(yīng)器選擇主要內(nèi)容：任務(wù)1均相反應(yīng)器選擇任務(wù)2氣固相反應(yīng)器選擇任務(wù)3氣液相反應(yīng)器選擇化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第5頁(yè)5/486Author:huangkangsheng專業(yè)能力目標(biāo)：經(jīng)過(guò)本部分內(nèi)容學(xué)習(xí)和工作任務(wù)訓(xùn)練，能依據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)和生產(chǎn)條件正確選擇反應(yīng)器類型。工作任務(wù)：依據(jù)化工產(chǎn)品反應(yīng)特點(diǎn)和生產(chǎn)條件初步選擇工業(yè)反應(yīng)器類型。化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第6頁(yè)6/487Author:huangkangsheng任務(wù)1均相反應(yīng)器選擇工作任務(wù)：依據(jù)化工產(chǎn)品反應(yīng)特點(diǎn)和生產(chǎn)條件初步選擇均相反應(yīng)器類型。技術(shù)理論：1.化工生產(chǎn)過(guò)程原料預(yù)處理化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)品分離2.常見(jiàn)均相反應(yīng)器釜式反應(yīng)器、管式反應(yīng)器等?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第7頁(yè)7/488Author:huangkangsheng一、攪拌釜式反應(yīng)器應(yīng)用與分類1.攪拌釜式反應(yīng)器在化工中應(yīng)用及特點(diǎn)

應(yīng)用：特點(diǎn)：既可用于均相反應(yīng)，也可用于非均相反應(yīng)。廣泛用于石油化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥等工業(yè)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，傳質(zhì)效率高，溫度分布均勻，操作條件（濃度、溫度、停留時(shí)間等）靈活可控，便于更換品種，能適應(yīng)多樣化生產(chǎn)。2.攪拌釜式反應(yīng)器分類

按操作方式分：間歇操作連續(xù)操作半間歇操作特點(diǎn)：非穩(wěn)態(tài)過(guò)程特點(diǎn)：穩(wěn)態(tài)過(guò)程特點(diǎn)：非穩(wěn)態(tài)過(guò)程化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第8頁(yè)8/489Author:huangkangsheng按材質(zhì)分：鋼制反應(yīng)釜鑄鐵反應(yīng)釜搪玻璃反應(yīng)釜最常見(jiàn)材料為Q235A慣用于氯化、磺化、硝化、縮合、硫酸增濃等反應(yīng)過(guò)程。工藝制作：特點(diǎn)：P5注意：性能：按操作壓力分：低壓釜高壓釜?jiǎng)用芊饨Y(jié)構(gòu)靜密封，更適合于各種極毒、易燃、易爆以及其它滲透力極強(qiáng)化工工藝過(guò)程?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第9頁(yè)9/4810Author:huangkangsheng二、攪拌釜式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)1.攪拌釜式反應(yīng)器基本結(jié)構(gòu)組成：換熱裝置軸封攪拌裝置殼體結(jié)構(gòu)：殼體由鋼板卷焊成圓筒體，再焊上鋼板壓成釜底，配上釜蓋?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第10頁(yè)10/4811Author:huangkangsheng釜底形狀：攪拌裝置：由攪拌軸和攪拌電機(jī)組成。軸封：填料密封機(jī)械密封要求：填料富于彈性，有良好耐磨性和導(dǎo)熱性；彈性形變要大，使填料緊貼轉(zhuǎn)軸，對(duì)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生收縮力，同時(shí)填料還要有足夠圈數(shù)。由動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、彈簧加荷裝置及輔助密封圈四個(gè)部分組成。化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第11頁(yè)11/4812Author:huangkangsheng換熱裝置常見(jiàn)結(jié)構(gòu)型式：化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第12頁(yè)12/4813Author:huangkangsheng2.無(wú)泄漏磁力釜基本結(jié)構(gòu)組成釜體、攪拌轉(zhuǎn)子、傳熱構(gòu)件、傳動(dòng)裝置、安全與保護(hù)裝置。3.反應(yīng)釜特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)基本相同，操作壓力較高、操作溫度較高，反應(yīng)釜多屬間歇操作。大容積化；攪拌器已經(jīng)有單攪拌器發(fā)展到用雙攪拌器或外加強(qiáng)制循環(huán)；生產(chǎn)自動(dòng)化和連續(xù)化；合理利用熱能?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第13頁(yè)13/4814Author:huangkangsheng三、管式反應(yīng)器應(yīng)用與分類1.管式反應(yīng)器在化工生產(chǎn)中應(yīng)用與分類應(yīng)用：普通用于氣相反應(yīng)和氣液相反應(yīng)。分類：依據(jù)管道連接方式不一樣多管并聯(lián)管式反應(yīng)器多管串聯(lián)管式反應(yīng)器2.管式反應(yīng)器特點(diǎn)長(zhǎng)徑比大（50~100）；單位反應(yīng)體積傳熱面積大；生產(chǎn)效率高；適適用于大型化、連續(xù)化生產(chǎn)，便于計(jì)算機(jī)集散控制，產(chǎn)品質(zhì)量有確保；返混小，在較高流速下，管內(nèi)流體流型靠近于理想置換。難點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第14頁(yè)14/4815Author:huangkangsheng四、管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)1.常見(jiàn)管式反應(yīng)器2.管式反應(yīng)器組成直管、彎管、密封環(huán)、管件（法蘭及緊固件）、溫差賠償器、傳熱夾套、連接管和機(jī)架等?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第15頁(yè)15/4816Author:huangkangsheng管式反應(yīng)器機(jī)架：化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第16頁(yè)16/4817Author:huangkangsheng五、均相管式反應(yīng)器選擇1.反應(yīng)器選擇依據(jù)反應(yīng)特征：反應(yīng)器特征：

生產(chǎn)要求：反應(yīng)濃度效應(yīng)、溫度效應(yīng)、熱效應(yīng)等。反應(yīng)器流體流動(dòng)、停留時(shí)間分布、換熱能力等反應(yīng)溫度、壓力、反應(yīng)時(shí)間、轉(zhuǎn)化率、選擇性、壓降、能耗、生產(chǎn)能力等。化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第17頁(yè)17/4818Author:huangkangsheng2.均相反應(yīng)器選擇要考慮方面依據(jù)物料聚集狀態(tài)選擇。氣相：管式；液相：釜式依據(jù)產(chǎn)量大小選擇操作方式。依據(jù)反應(yīng)速率選擇。依據(jù)動(dòng)力學(xué)特征選擇?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第18頁(yè)18/4819Author:huangkangsheng3.均相化學(xué)反應(yīng)舉例化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第19頁(yè)19/4820Author:huangkangsheng任務(wù)2氣固反應(yīng)器選擇工作任務(wù)：依據(jù)化工產(chǎn)品反應(yīng)特點(diǎn)和生產(chǎn)條件初步選擇氣固反應(yīng)器類型。

技術(shù)理論：化學(xué)工業(yè)中慣用氣固相反應(yīng)器：固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、移動(dòng)床反應(yīng)器、滴流床反應(yīng)器。化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第20頁(yè)20/4821Author:huangkangsheng一、固定床反應(yīng)器特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)1.固定床反應(yīng)器特點(diǎn)固定床反應(yīng)器：凡是流體經(jīng)過(guò)不動(dòng)固體物料形成床層面進(jìn)行反應(yīng)設(shè)備都稱為固定床反應(yīng)器。特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：床層內(nèi)氣體流動(dòng)近于理想置換，反應(yīng)速率快，所需催化劑少，反應(yīng)體積小；停留時(shí)間嚴(yán)格可控，溫度分布能夠調(diào)整，有利于提升反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性；催化劑不易磨損，能夠在較長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用；適宜于在高溫、高壓條件下操作。缺點(diǎn)：傳熱控溫困難；催化劑有效系數(shù)低；催化劑再生、更換不方便；勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)工人身體產(chǎn)生危害?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第21頁(yè)21/4822Author:huangkangsheng2.固定床反應(yīng)器類型與結(jié)構(gòu)2.1依據(jù)傳熱方式分：絕熱式固定床換熱式固定床多段絕熱式單段絕熱式冷激式中間間接換熱式對(duì)外換熱式自熱式化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第22頁(yè)22/4823Author:huangkangsheng2.2絕熱式固定床反應(yīng)器反應(yīng)器絕熱方法良好，無(wú)熱量損失且與外界無(wú)熱交換。單段絕熱式：結(jié)構(gòu)：中空?qǐng)A筒，底部置擱板，擱板上堆積固體催化劑。特點(diǎn)：反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力大。適宜反應(yīng)類型：熱效應(yīng)不大，過(guò)程允許溫度有較寬變動(dòng)范圍。熱效應(yīng)較大，但對(duì)溫度不敏感，或熱效應(yīng)雖大，但反應(yīng)速率非?？??；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第23頁(yè)23/4824Author:huangkangsheng

單段絕熱式應(yīng)用實(shí)例：A、大型合成氨廠中一氧化碳中低溫變換，甲烷化反應(yīng)。B、甲醇在銀或銅催化劑上用空氣氧化制甲醛。單段絕熱式反應(yīng)器缺點(diǎn)：反應(yīng)過(guò)程中溫度改變大，不適于反應(yīng)熱效應(yīng)大而反應(yīng)速率慢反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第24頁(yè)24/4825Author:huangkangsheng多段絕熱式：反應(yīng)一段，換熱一段，反應(yīng)與換熱間隔進(jìn)行。適宜反應(yīng)類型：反應(yīng)熱效應(yīng)大而速率較慢反應(yīng)。工業(yè)應(yīng)用實(shí)例：A、SO2氧化、乙苯脫氫慣用多段間接換熱式。B、合成氨、CO和氫合成甲醇慣用冷激式。間接換熱式冷激式化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第25頁(yè)25/4826Author:huangkangsheng2.3換熱式固定床反應(yīng)器

當(dāng)反應(yīng)熱效應(yīng)較大，為了維持適宜溫度條件，必須利用換熱介質(zhì)來(lái)移走或供給熱量。對(duì)外換熱式：普通為列管式結(jié)構(gòu)合理選擇載熱體及其溫度是保持反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行關(guān)鍵。反應(yīng)溫度T>300℃：熔鹽反應(yīng)溫度250~300℃：低揮發(fā)性導(dǎo)熱油。反應(yīng)溫度T<240℃：高壓熱水。怎樣選擇載熱體？化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第26頁(yè)26/4827Author:huangkangshengA、列管式固定床反應(yīng)器工業(yè)應(yīng)用實(shí)例：高壓熱水作載熱體導(dǎo)熱油作載熱體熔鹽作載熱體乙烯氧化制環(huán)氧乙烷，乙烯乙酰基氧化制醋酸乙烯。丙烯氨氧化制丙烯腈化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第27頁(yè)27/4828Author:huangkangshengB、列管式固定床反應(yīng)器溫度分布和熱點(diǎn)溫度形成熱點(diǎn)：軸向溫度分布及形成：降低熱點(diǎn)溫度降低軸向溫差方法：反應(yīng)器中軸向溫度分布中最高溫度。取決于軸向各點(diǎn)放熱速率和移熱速率。原料氣中帶入微量抑制劑，使部分催化劑毒化。入口處附近放置一定高度惰性載體稀釋催化劑或已部分老化催化劑。采取分段冷卻，改變移熱速率，使與放熱速率盡可能平衡。列管式固定床反應(yīng)器溫度分布化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第28頁(yè)28/4829Author:huangkangsheng自熱式固定床反應(yīng)器：上部為絕熱層，下部為催化劑裝在冷管間連續(xù)換熱催化床。徑向反應(yīng)器：化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第29頁(yè)29/4830Author:huangkangsheng任務(wù)2氣固反應(yīng)器選擇——流化床反應(yīng)器一、流化床反應(yīng)器特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)1.流化床反應(yīng)器特點(diǎn)固體流態(tài)化：將固體顆粒懸浮于運(yùn)動(dòng)流體中，含有類似于流體性質(zhì)，稱之為固體流態(tài)化。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：催化劑顆粒細(xì)小，有效系數(shù)高；床層內(nèi)近于全混流，溫度和濃度均勻，熱穩(wěn)定性高；催化劑易于補(bǔ)充和再生；流固相接觸充分，傳質(zhì)、傳熱速率快；操作彈性寬，生產(chǎn)能力大。床層返混大；因?yàn)榕鲎埠湍Σ?，催化劑損失大，除塵困難；管道和容器磨損嚴(yán)重；安裝精度要求高?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第30頁(yè)30/4831Author:huangkangsheng2.流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)組成：流化床反應(yīng)器主體、氣體分布裝置、內(nèi)部構(gòu)件、換熱裝置、氣固分離裝置?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第31頁(yè)31/4832Author:huangkangsheng結(jié)構(gòu)氣固分離裝置換熱裝置內(nèi)部構(gòu)件氣體分布裝置流化床反應(yīng)器主體擴(kuò)大段稀相段濃相段錐形底化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第32頁(yè)32/48氣體分布裝置：預(yù)分布器和分布板。作用：均勻布?xì)?，確保良好而穩(wěn)定流態(tài)化氣體預(yù)分布器結(jié)構(gòu)型式：33Author:huangkangsheng

(a)彎管式（b）同心圓殼式（c）帽式(d)充填式

（e）開(kāi)口式化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第33頁(yè)33/48氣體分布板結(jié)構(gòu)型式34Author:huangkangsheng（1）直流型分布板（a）直孔式分布板（b）凹型分布板

（c）直孔泡帽分布板化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第34頁(yè)34/4835Author:huangkangsheng（2）側(cè)流型分布板(a)條型側(cè)縫（b）錐型側(cè)縫（c）錐型側(cè)孔（d）泡帽側(cè)縫泡帽側(cè)縫、側(cè)孔化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第35頁(yè)35/48換熱裝置：36Author:huangkangsheng化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第36頁(yè)36/48氣固分離裝置：37Author:huangkangsheng化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第37頁(yè)37/48二、流化床反應(yīng)器分類：38Author:huangkangsheng表6-1流化床反應(yīng)器分類分類方法分類按照固體顆粒是否在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)單器（非循環(huán)操作）流化床雙器（循環(huán)操作）流化床按床層中是否有內(nèi)部構(gòu)件自由流化床限制流化床按反應(yīng)器內(nèi)層數(shù)多少單層流化床多層流化床圖按床層外型圓筒形反應(yīng)器圓錐形反應(yīng)器化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第38頁(yè)38/4839Author:huangkangsheng三、氣固相催化反應(yīng)器選擇1.選擇依據(jù)：普通從反應(yīng)特點(diǎn)、反應(yīng)熱、工藝要求、反應(yīng)器特點(diǎn)、催化劑性能等方面綜合考慮。2.選擇舉例：

化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第39頁(yè)39/4840Author:huangkangsheng任務(wù)3氣液相反應(yīng)器選擇技術(shù)理論：化工中慣用氣液相反應(yīng)器鼓泡塔反應(yīng)器、填料塔反應(yīng)器、板式塔反應(yīng)器和降膜反應(yīng)器。工作任務(wù)：依據(jù)化工產(chǎn)品反應(yīng)特點(diǎn)和生產(chǎn)條件初步選擇氣液相反應(yīng)器類型?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第40頁(yè)40/4841Author:huangkangsheng一、氣液相反應(yīng)器種類和工業(yè)應(yīng)用1.氣液相反應(yīng)特點(diǎn)與應(yīng)用特點(diǎn)：應(yīng)用：氣液相反應(yīng)：氣體在液體中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。先傳質(zhì)，再反應(yīng)，反應(yīng)在液相中進(jìn)行。與化學(xué)吸收區(qū)分：化學(xué)吸收側(cè)重研究用化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)化傳質(zhì)；氣液相反應(yīng)研究傳質(zhì)對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性、速率影響?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第41頁(yè)41/4842Author:huangkangsheng2.氣液相反應(yīng)器基本類型與特點(diǎn)基本類型：按氣液相接觸形態(tài)分氣體以氣泡形態(tài)分散在液相中。鼓泡塔、攪拌鼓泡釜、板式反應(yīng)器。液體以液滴狀分散在氣相中。噴霧、噴射和文氏反應(yīng)器。液體以膜狀運(yùn)動(dòng)與氣相進(jìn)行接觸。填料塔、降膜反應(yīng)器化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備課件第42頁(yè)42/4843Author:huangkangsheng氣液相反應(yīng)器特點(diǎn)：鼓泡塔：適適用于液相也參加反應(yīng)中速、慢速和放熱量大反應(yīng)；液體返混嚴(yán)重、氣泡聚并，效率低。填料塔：液相主體量少，適適用于瞬間、界面和快速反應(yīng)。氣體壓降小、液體返混小。板式塔：液體連續(xù)，氣體分散，適適用于快速及中速反應(yīng)，軸向返混小，氣液傳質(zhì)系數(shù)高，溫度可控。噴霧塔：氣體連續(xù)，液體分散，相接觸面積大，壓降小，適適用于瞬間、界面、快速和生成固體反應(yīng)。降膜反應(yīng)器：適適用于瞬間、界面和快速反應(yīng)，尤其適適用于較大熱效應(yīng)氣液反應(yīng)；壓降小，無(wú)軸向返混。攪拌鼓泡釜：氣泡小，相接觸面積大；靠近全混流，能耗高，適適用于慢反應(yīng)，尤其對(duì)高粘性非牛頓液體。高速湍動(dòng)反應(yīng)器：傳質(zhì)速率快，適適用于瞬間反應(yīng)。有機(jī)化合物氧化反應(yīng)、石蠟和芳烴