1、1 各种反应器特点优缺点 及 应用 （化学反应工程复习资料） by AO 一釜式反应器 特点： 反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应器出口物料的浓度和温度。物料质点在反应器内停留时间有长有短，存在不同停留时间物料的混合，即返混程度最大。 反应器内物料所有参数，如浓度、温度等都不随时间变化，从而不存在时间这个自变量。 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。 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。 典型反应： 在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： CH3COOC2H5 CH3CO
2、ONa+ C2H5OH 二管式反应器 特点 ： （ 1）由于反应物的分子在反应器内停留时间相等，所以在反应器内任何一点上的反应物浓度和化学反应速度都不随时间而变化，只随管长变化。 （ 2）管式反应器具有容积小、比表面大、单位容积的传热面积大，特别适用于热效应较大的反应。 （ 3）由于反应物在管式反应器中反应速度快、流速快，所以它的生产能力高。 （ 4）管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。 （ 5）和釜式反应器相比较，其返混较小，在流速较低的情况下，其管内流体流型接近与理想流体。 （ 6）管式反应器既适用于液相反应，又适用于气相反应。用于加压反应尤为合适。 典型反应： （ 1）将乙烷热裂解
3、以生产乙烯： （ 2）二氟一氯甲烷分解反应为： 2 三塔式反应器 1.填料塔 特点： 结构简单，耐腐蚀，适用于快速和瞬间反应过程，轴向返混可忽略。 优点： 能获得较大的液相转化率。由于气相流动压降小，降低了操作费用，特别适宜于低压和介质具腐蚀性的操作。 缺点： 液体在填料床层中停留时间短，不能满足慢反应的要求，且存在壁流和液体分布不均等问题，其生产能力低于板式塔。 2.板式塔 特点： 适于快速和中速反应过程。具有逐板操作的特点，各板上维持相当的液量、以进行气液相反应。 优点 ： 由于采用多板，可将轴向返混降到最低，并可采用最小的液流速率进行操作，从而获得极高的液相转化率。气液剧烈接触，气液相界
4、面传质和传热系数大，是强化传质过程的塔型，因此适用于传质过程控制的化学反应过程。板间可设置传热构件，以移出和移入热量。 缺点 ： 反应器结构复杂，气相流动压降大，且塔板需用耐腐蚀性材料制作，因此大多用于加压操作过程。 3.喷雾塔 特点 ： 喷雾塔是气膜控制的反应系统，适于瞬间反应过程。 优点 ： 塔内中空，特别适用于有污泥、沉淀和生成固体产物的体系。 缺点 ： 储液量低，液相传质系数小，且雾滴在气流中的浮动和气流沟流存在。气液两相返混严重。 4.鼓泡塔 特点 ： 储液量大，适于速度慢和热效应大的反应。 缺点 ： 掖相袖向返混严重，连续操作型反应速率明显下降。在单一反应器中，很难达到高的液相转化
5、率，因此常用多级鼓泡塔串联或采用间歇操作方式。 典型反应： 全回流塔式反应器制备二氢月桂烯醇 3 四 固定床反应器 优点 ：返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。催化剂机械损耗小。结构简单。 缺点 ：传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。 适用范围： 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、烃类蒸汽转化炉等。 典型反应： 乙苯脱氢制苯乙烯主反应： 主反应： 副反应： 五流化床
6、反应器 优点： 1. 由于可采用细粉颗粒，并在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大（可高达 328016400m/m），有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。 2. 由于颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致，床层与内浸换热表面间的传热系数很高 200 400W/（ mK） ，全床热容量大，热稳定性高，这些都有利于强放热反应的等温操作。 3. 流化床内的颗粒群有类似流体的性质，可以大量地从装置中移出、引入，并可以在两个流化床之间大量循环。这使得一些反应 再生、吸热 放热、正反应 逆反应等反应耦合过程和反应 分离耦合过程得以实现。使得易失活催化剂能在工程中使用。 4. 流
7、态化操作总的经济效 果是有利的，特别是传热和传质速率快、床层温度均匀、操作稳定的突出优点，对于热效应很大的大规模生产过程特别有利 缺点： 1. 气体流动状态与活塞流偏离较大，气流与床层颗粒发生返混，以致在床层轴 向没有温度差及浓度差。加之气体可能成大气泡状态通过床层，使气固接触不良， 使反应的转化率降低。因此流化床一般达不到固定床的转化率。 2. 催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造成催化剂的损失和除尘的困难。 3. 由于固体颗粒的磨蚀作用，管子和容器的磨损严重。 典型反应： 自由流化床合成乙酸乙烯：乙烯气相水合后与气化乙酸直接酯化生成乙酸乙酯。 CH2CH2+CH3COOH = CH3COOCH2CH3
