第八章反应设备

1、1第八章 反应设备第一节第一节 概概 述述第二节第二节 机械搅拌反应器机械搅拌反应器第三节第三节 机械搅拌设备技术进展概述机械搅拌设备技术进展概述28.1 概概 述述一、应用一、应用广泛应用于工业生产中，如广泛应用于工业生产中，如化学及石油化学工业化学及石油化学工业染料、油漆、农业、生物等工业染料、油漆、农业、生物等工业二、分类二、分类化学反应器化学反应器: 实现一个或几个化学反应，并使反应物实现一个或几个化学反应，并使反应物 通过化学反应转变为反应产物的设备通过化学反应转变为反应产物的设备, 见表见表8-1生物反应器生物反应器: 为细胞或酶提供适宜的反应环境以达到为细胞或酶提供适宜的反应环境

2、以达到 细胞生长代谢和进行反应的设备细胞生长代谢和进行反应的设备, 见表见表8-23图图81 81 化工生产的典型流程化工生产的典型流程前处理前处理原料经过一系列的预处理原料经过一系列的预处理, 如混合、加热、灭菌等如混合、加热、灭菌等, 以达到进入反应器反应的要求。以达到进入反应器反应的要求。后处理后处理反应产物经过分离、提纯等后处理，以获得符合质反应产物经过分离、提纯等后处理，以获得符合质 量要求的产品。量要求的产品。4 图图8-2 8-2 典型的生物过程典型的生物过程5表表81 化学反应器的分类化学反应器的分类 物料相态物料相态操作方式操作方式 流动状态流动状态传热情况传热情况结构特征结

3、构特征均相均相 气相气相 液相液相非均相非均相 气气液相液相 液液液相液相 气气固相固相 液液固相固相 气气液液固相固相 间歇操作间歇操作连续操作连续操作半连续操作半连续操作活塞流型活塞流型全混流型全混流型绝热式绝热式等温式等温式非等温非绝热式非等温非绝热式搅拌釜式搅拌釜式管式管式固定床固定床流化床流化床移动床移动床塔式塔式滴流床滴流床6生物催化剂生物催化剂操作方式操作方式输入能量输入能量流动状态流动状态结构特征结构特征酶催化反应器酶催化反应器细胞催化反应器细胞催化反应器（发酵罐）（发酵罐）间隙操作间隙操作连续操作连续操作半连续操作半连续操作搅拌浆叶式搅拌浆叶式气体喷射式气体喷射式（气升式）（

4、气升式）活塞流活塞流全混流全混流机械搅拌式机械搅拌式气升式气升式流化床流化床固定床固定床表表82 82 生物反应器的分类生物反应器的分类7 机械搅拌式反应器机械搅拌式反应器1.1. 可用于均相和多相（如液可用于均相和多相（如液液、气液、气液、液液、液固）固） 反应，可间歇或连续反应，可间歇或连续操作操作。2. 2. 连续操作时，几个釜串联起来，通用性很大，停留连续操作时，几个釜串联起来，通用性很大，停留 时间可以得到有效地控制。时间可以得到有效地控制。3. 3. 灵活性大灵活性大, , 根据生产需要，可生产不同规格、不同根据生产需要，可生产不同规格、不同 品种产品，生产时间可长可短。品种产品，

5、生产时间可长可短。4. 4. 可在常压、加压、真空下生产操作，可控范围大。可在常压、加压、真空下生产操作，可控范围大。5. 5. 反应结束后出料容易，反应器的清洗方便，机械设反应结束后出料容易，反应器的清洗方便，机械设 计十分成熟。计十分成熟。三、常见反应器的特点三、常见反应器的特点8 管式反应器管式反应器11进气管进气管22上法兰上法兰33下法兰下法兰44温度计温度计55管子管子66触媒支承触媒支承77下猪尾巴管下猪尾巴管 图图8-3 8-3 侧烧式转化反应器侧烧式转化反应器9管式反应器结构特点管式反应器结构特点:1.1. 结构简单，制造方便。结构简单，制造方便。2.2. 混合好的气相或液相

6、反应物从管道一端进入，连续流混合好的气相或液相反应物从管道一端进入，连续流 动，连续反应，从管道另一端排出。不同的反应，管动，连续反应，从管道另一端排出。不同的反应，管 径和管长可根据需要设计。径和管长可根据需要设计。3. 3. 管外壁可以进行换热，传热面积大。管外壁可以进行换热，传热面积大。4. 4. 反应物在管内流动快，停留时间短，经一定的控制手反应物在管内流动快，停留时间短，经一定的控制手 段，可使管式反应器有一定的温度梯度和浓度梯度。段，可使管式反应器有一定的温度梯度和浓度梯度。5. 5. 管式反应器可连续或间歇操作，反应物不返混，可在管式反应器可连续或间歇操作，反应物不返混，可在 高

7、温、高压下操作。高温、高压下操作。10 固定床反应器固定床反应器定义定义: :气体流经气体流经固定不动固定不动 的催化剂床层进行催化反应的装置。的催化剂床层进行催化反应的装置。特点特点: 结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化 生产等优点，是现代化工和反应中应用很广泛的反应器。生产等优点，是现代化工和反应中应用很广泛的反应器。应用应用:主要用于气固相催化反应主要用于气固相催化反应 轴向绝热式轴向绝热式基本形式基本形式 径向绝热式径向绝热式 列管式列管式11图图8-4 8-4 固定床反应器固定床反应器轴向绝热式轴向绝热式径向绝热式径向

8、绝热式列管式列管式1211平顶盖平顶盖22筒体端部筒体端部33筒体筒体44上触媒框上触媒框55下触媒框下触媒框66中心网筒中心网筒77升气管升气管88换热器换热器99半球形封头半球形封头图图85 85 氨合成塔氨合成塔13固定床反应器缺点固定床反应器缺点:床层温度分布不均匀床层温度分布不均匀; ;床层导热性较差床层导热性较差; ;对放热量大的反应，应增大换热面积，及时移走对放热量大的反应，应增大换热面积，及时移走反应热，但这会减少有效空间。反应热，但这会减少有效空间。14 流化床反应器（沸腾床反应器）流化床反应器（沸腾床反应器）定义定义:流体（气体或液体）以较高流速通过床层，流体（气体或液体）

9、以较高流速通过床层，带动床内固体颗粒运动，使之带动床内固体颗粒运动，使之悬浮悬浮在流动在流动的主体流中进行反应，具有类似流体流动的主体流中进行反应，具有类似流体流动的一些特性的装置。的一些特性的装置。应用应用:应用广泛，催化或非催化的气应用广泛，催化或非催化的气固、固、液液固和气固和气液液固反应。固反应。15原理原理: 固体颗粒被流体吹起呈悬浮状态，可作固体颗粒被流体吹起呈悬浮状态，可作上下左右剧烈运动和翻动，好象是液体上下左右剧烈运动和翻动，好象是液体沸腾一样，故流化床反应器又称沸腾一样，故流化床反应器又称沸腾床沸腾床反应器。反应器。结构结构: 壳体、气体分布装置、换热装置、气壳体、气体分布装置、换热装置、气固固分离装置、内构件以及催化剂加入和卸出分离装置、内构件以及催化剂加入和卸出装置等组成。装置等组成。1611旋风分离器旋风分离器22筒体扩大段筒体扩大段33催化剂入口催化剂入口44筒体筒体55冷却介质出口冷却介质出口66换热器换热器77冷却介质进口冷却介质进口88气体分布板气体分布板99催化剂出口催化剂出口1010反应气入口反应气入口图图8-6 8-6 流化床反应器流化床反应器1243567891017优点优点: : 传热面积大、传热系数高、传热效果好。进料、出传热面积大、传热系数高、传热效果好。进料、出 料、废渣排放用气流输送，易于实现自动化生产。料、