反应器知识详解

反应器知识详解

目录

1.序言..........................................................................2

2.管式反应器...................................................................3

2.1.概述......................................................................4

2.2.管式反应器类型...........................4

2.2.1.水平管式反应器......................................................5

2.2.2.立管式反应器.........................5

2.2.3.盘管式反应器........................................................6

2.2.4.U形管式反应器.......................7

2.2.5.多管并联管式反应器..................................................8

2.2.6.活塞流反应器.........................8

3.釜式反应器....................................................................9

3.1.概述......................................9

3.2.换热装置:...............................................................9

3.3.搅拌装置：...............................10

3.4.间歇釜..................................................................11

3.5,连续釜....................................11

3.6,釜式搅拌反应器.........................................................12

3.7.多级串联反应釜...........................13

4.固定床反应器.................................................................14

4.1.概述.........................14

4.2.轴向绝热式固定床反应器...............15

4.3.绝热式固定床反应器................................................16

4.3.1.概述......................................................16

4.3.2.径向绝热式固定床反应器..............17

4.3.3.列管式固定床反应器................18

4.3.4.对外换热式固定床反应器..............19

4.3.5.多段绝热式固定床反应器..............21

4.4.自身换热式反应器（自热式反应器）..........22

5.流化床反应器.................................................................22

5.1.概述.....................................................................23

5.2.流化床反应器的床型.......................23

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6.移动床反应器................................................................26

7.涓流床反应器................................................................28

8.塔式反应器..................................................................30

8.1.鼓泡塔反应器............................................................30

8.2.填料塔反应器..............................32

8.3.板式塔反应器............................................................33

8.4.喷淋塔反应器..............................34

9.几种组合反应器...............................................................35

9.1.旋流反应器................................35

9.2.环流反应器...............................................................37

9.3.多相组合膜生物反应器......................37

1.序言

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，可以概括为以下儿种

类型：

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种类特点应用范围

、―-丁林心多用于均相反应过

管式反应器长度远大于管径,内部没有任何构件g

程

高度与直径比约为2-3内设搅拌装置均相、多相反应过

釜式反应器

和档板程均可

塔式高度远大于直径，内部设有填料、塔

用于多相反应过程

(填料塔板式塔)板等以提高相互接触面积

底层内部装有不动的固体颗粒，固体

固定床颗粒可以是催化剂或是反应物用于多相反应系统

反应过程中反应器内部有固体颗粒的_、

悬浮和循环运动，提高反应器内液体髓器覆’可以

流化床

的混合性能

固体颗粒自上而下作定向移动与反应用「多相体系，催化

移动床

流体逆向接触剂可以连续再生

是固定反应器的一种，但反应物还包黑髓慧就加

滴流床

括气液两种的r液反应过程

(a)间歇搅拌釜(b)连续操作搅拌釜(c)管式反应器

(d)固定床反应器(e)流化床反应器(0鼓泡床反应器

、7•，化工717%

常见的工业反应器

2.管式反应器

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2.2.1.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(>

2.2.2.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

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艺中。

(a)单程式(b)中心插入管式

(c)夹套式

图3.2立管式反应舒

2.2.3.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。

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2.2.4.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。

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2.2.5.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快

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。

2.2.6.活塞流反应器

反应物A=>1=>

反应物B=>生成物R

活寒流反应器

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。

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3.釜式反应器

3.1.概述

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。它可用来进行均相反应，也可用于以液相为主的非均相

反应。如非均相液相、液固相、气液相、气液固相等等。

釜式反应器的结构，主要由壳体、搅拌装置、轴封和换热装置四大部分组

成。

3.2.换热装置:

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(b)蛇管式

◎我*，

桨式齿片式弯叶开启涡轮锚式

出毒、话

框式螺带式螺杆式《褥轶舞

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平直叶圆7涡轮7'7「

弯叶圆盘涡轮一

3.4.间歇釜

间歇釜式反应器，或称间歇釜。操作灵活，易于适应不同操作条件和产品

品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。间歇釜的缺点是：

需有装料和卸料等辅助操作，产品质量也不易稳定。但有些反应过程，如一些

发酵反应和聚合反应，实现连续生产尚有困难，至今还采用间歇釜。

3.5.连续釜

连续釜式反应相，或称连续釜

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反应物

032连续釜式反应器

3.6.釜式搅拌反应器

釜式搅拌反应器有立式容器中心搅拌、偏心搅拌、倾斜搅拌，卧式容器搅

拌等类型。其中以立式容器中心搅拌反应器是最典型的一种。

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磁力驱动或带

机械密封的标

进料口准搅拌机

\

气体再循环

产品出料口

空心轴

热交换板

气体自吸式桨叶

EKATOGASJET®

gassupplyEKATOPHASEJET®

（H2）气体进口（氢气）（预分散）

性能特点:

釜式反应器具有适用的温度和压力范围宽、适应性强、操作弹性大、连续

操作时温度浓度容易控制、产品质量均一等特点。但用在较高转化率工艺要求

时，需要较大容积。通常在操作条件比较缓和的情况下操作，如常压、温度较

低且低于物料沸点时，应用此类反应器最为普遍。

3.7.多级串联反应釜

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4.固定床反应器

4.1.概述

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2〜15mm左右，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。它与流化床反应器及

移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。

固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触

氧化器、烧类蒸汽转化炉等。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。

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/矿渣棉

定原料气••

床

测b—瓷;环

反:日

/皿I—催化剂

应口/一瓷环

器

。化工707论坛

4.2.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。

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i进料口

大瓷球旺

直径逐渐变小的鎏球E二

催化剂床层

小费球一一

中姿球二二

大疫球工

大发球

卸料法兰

出口筛网

t出料口

轴向绝热式固定床反应号示意

4.3.绝热式固定床反应器

4.3.1.概述

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■化工707论坛

下图是绝热式固定床反应器的示意图。它的结构简单，催化剂均匀堆置于

床内，床内没有换热装置，预热到一定温度的反应物料流过床层进行反应就可

以了。

4.3.2.径向绝热式固定床反应器

流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无热交换。

径向反应器与轴向反应器相比，流体流动的距离较短，流道截面积较大，流体

的压力降较小。但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。以上两种形式都属绝

热反应器，适用于反应热效应不大，或反应系统能承受绝热条件下山反应热效

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应引起的温度变化的场合。

催化剂、配力行，/催化剂

I■.

净化气

往向固定床反啦嚼坤

4.3.3.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，管径通常在25〜50mm之间，管数可多达上力根。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

而成的反应器，称为多级固定床反应器。例如：当反应热效应大或需分段控制

温度时，可将多个绝热反应器串联成多级绝热式固定床反应器，反应器之间设

换热器或补充物料以调节温度，以便在接近于最佳温度条件下操作。

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(b)左管式

险化工707论坛

(a)沸腾式(b)内部循环式(C)外部循环式

4.3.4.对外换热式固定床反应器

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气体进口

顶盖龄/

,气体分配板

沸腾水出口'热沁（

一百同一■仁

列管T慝通支撑管

外壳*

冷却水进口

隔板片,_L/

填料

安合成气出口

锥形底盖飞

\\

乙块法合成氯乙烯及成嚼

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‘产物■化工707论坛

对外换热式反应器以列管式为多。通常是在管内放催化剂，管间走热载体

（在用高压水或用高压蒸汽作热载体时，则把催化剂放在管间，而使管内走高压

流体）。

4.3.5.多段绝热式固定床反应器

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多段绝热式

固定床反应器

4.4.自身换热式反应器（自热式反应器）

反应前后的物料在床层中自己进行换热称作自热式反应器。

5.流化床反应器

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5.1.概述

流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于

悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。在用于气

固系统时，又称沸腾床反应器。

流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化

的温克勒炉（见煤气化炉）：但现代流化反应技术的开拓，是以40年代石油催化

裂化为代表的。目前，流化床反应器已在化工、石油、冶金、核工业等部门得

到广泛应用。

标(

乙

烯

准

氧

流

氯

化

化

反

应

床

器

)

5.2.流化床反应器的床型

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气一固系统流化床中的

大气泡和月学涌。7论坛

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I提升管

反应气体反应气体

（1）自由床Q）附内构件床（3）双体流化床

流化床催化反应器的一些缎式〜一°

与固定床反应潜相比，流化床反应潜的优点是：

1、可以实现固体物料的连续输入和输出；

2、流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而

且易于控制，特别适用于强放热反应：

3、便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程

的进行，石油储分催化流化床裂化的迅速发展就是这一方面的典型例子。

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6.移动床反应器

由固体颗粒参与的反应器，与固定床反应器相似，不同之处固体颗粒自反

应器顶部连续加入，自上而下移动，由底部卸出。适用于催化剂需连续进行再

生的催化反应过程和固相加工反应。

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煤

0

鲁奇炉

钢铁工业和城市煤气工业发展之初，移动床反应器就曾被用于煤的气化。

1934年研制成功的移动床加压气化器（鲁奇炉），至今仍是规模最大的煤气化装

置，其单台□生产能力己达到IMm以上。

石油催化裂化发展初期，曾采用移动床反应器，但现已被流化床反应器和

提升管反应器所取代。目前，应用移动床反应器的重要化工生产过程有连续重

整、二甲苯异构化等催化反应过程和连续法离子交换水处理过程。

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?!水

三塔式移动床工艺流程图

遇水

*利亚心

移动床反应工艺流程

与固定床反应器及流化床反应器相比，移动床反应器的主要优点是固体和

流体的停留时间可以在较大范围内改变，返混较小（与固定床反应器相近），对固

体物料性状以中等速度（以小时计）变化的反应过程也能适用。

与此相比，固定床反应器和流化床反应器分别仅适用于固体物料性状变化

很慢（以月计）和很快（以分、秒计）的反应过程。移动床反应器的缺点是控制固体

颗粒的均匀下移比较困难。工业生产中有时采用模拟移动床以避免上述缺点（见

固定床传质设备）。

7.涓流床反应器

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又称滴流床反应器，是气体和液体并流通过颗粒状固体催化剂床层，以进

行气液固相反应过程的一种反应器。涓流床反应器中催化剂以固定床的形式存

在，故这种反应器也可视为固定床反应器的一种。为了有利于气体在液体中的

溶解，涓流床反应器常在加压下操作。石油炼制中的加氢裂化和加氢脱硫，是

应用大型涓流床反应器的工业过程。

涓流床反应器在化工生产中也有应用，但规模较小，例如用于以三氧化钙

为催化剂，由丙烯水合制取异丙醇等。涓流床反应器内的流体流动状况，与填

充塔略有不同，气液两相并流向下，不会发生液泛；催化剂微孔内贮存一定量

近于静止的液体。涓流床反应器通常采用多段绝热式，在段间换热或补充物料

以调节温度;每段顶部设置分布器使液流均布，以保证催化剂颗粒的充分润湿。

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涓流床反应器化工一

与气液固相反应过程常用的浆态反应器相比，涓流床反应器的主要优点是:

1、返混小，便于达到较高的转化率；

2、液固比低，液相副反应少；

3、避免了催比剂细粉的回收问题。缺点是：温度控制比较困难；催化剂颗

粒内表面往往未能充分利用；反应过程中催化剂不能连续排出再生。

8.塔式反应器

塔式反应器主要分为以下几种:

8.1.鼓泡塔反应器

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塔内充满液体，气体从反应器底部通入，分散成气泡沿着液体上升，既与

液相接触进行反应同时搅动液体以增加传质速率。这类反应器适用于液体相也

参与反应的中速、慢速反应和放热量大的反应。

优点：鼓泡塔反应器结构简单、造价低、易控制、易维修、防腐问题易解

决，用于高压时也无困难。

缺点：鼓泡塔内液体返混严重，气泡易产生聚并，故效率较低。

鼓泡塔反应器结构示意图’

1—分布格板；2—夹套；3—气体分布器；4—塔伏；5一挡板;

6T外换热器；7—液体捕集器；8—4/丁段

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气体

气体分布器

液体电化工707论坛

8.2.填料塔反应器

第32页共38页

填

料

塔

总

体

结

构

。

次体出

力

、飞

论坛

工707

■化

「

顶

体从塔

。液

设备

传质

件的

触构

间接

两相

气液

作为

填料

内的

以塔

塔是

填料

分

经气体

入，

底送

从塔

气体

下。

面流

料表

沿填

，并

料上

到填

喷淋

布器

体分

经液

层

填料

通过

连续

逆流

体呈