【正文】 2022/9/19 流化床反應器 2022/9/19 2022/9/19 特征： 固體顆粒自反應器頂部連續(xù)加入，自上而下移動，由底部卸出。 根據(jù)換熱方式不同 ,可分為三種型式： (1)換熱式固定床反應器 結構型式類似于列管式換熱器。 適用于液相均相反應、氣液反應、液液反應、液固反應、氣液固三相反應。 ? 按反應物料流型進行分類 ， 可大約將反應器分為平推流 ， 全混流 ， 非理想流動反應器三大類 。 ? 不斷發(fā)展反應工程學的理論和方法 。 ? 氨合成催化劑的研究與改進已經(jīng)嘗試 10萬多個配方 ,至今仍是催化界研究的方向。 1960年 ， 召開了第二次歐洲化學反應工程會議 。 對反應器的放大問題的研究 ， 使人們認識到 ， 任何一個化學反應在工業(yè)規(guī)模反應器中進行時不可避免地伴隨著 三傳 現(xiàn)象 ， 必須 將化學反應與 三傳 同時結合起來加以考慮和分析 。 30年代，石油化學工業(yè)剛剛興起。 第一次綜合 。 2022/9/19 課程目的： 一 用理論指導和解決反應過程開發(fā)中的放大問題； 二 實現(xiàn)反應過程的最優(yōu)化； 四 開發(fā)新的反應技術和新的反應設備； 三 改進和加強現(xiàn)有的反應技術和設備； 五 不斷發(fā)展反應工程學的理論和方法。 物理過程與化學過程相互影響 ， 相互滲透 ， 有可能導致工業(yè)反應器內(nèi)的反應結果與實驗室規(guī)模大相徑庭 。 與實驗室規(guī)模反應不同： 2022/9/19 ? 工業(yè)反應器中對反應結果產(chǎn)生影響的主要物理過程是： ? (1)由物料的不均勻混合和停留時間不同引起的傳質(zhì)過程； ? (2)由化學反應的熱效應產(chǎn)生的傳熱過程； ? (3)多相催化反應中在催化劑微孔內(nèi)的擴散與傳熱過程 。 2022/9/19 第一章 緒論 1 化學反應工程的范疇和任務 2 化學反應過程分類 3 化學反應工程的研究方法 4 發(fā)展趨勢 2022/9/19 第一階段：古代的化學生產(chǎn) （ 17世紀以前 ） 這一時期經(jīng)歷了實用化學 、 煉丹和煉金 、 醫(yī)藥化學和冶金化學等時期 。 第三階段：現(xiàn)代化學工業(yè) (二戰(zhàn)前后 )，原料路線、技術和設備方面都有巨大的變化和進步，在以石油和天然氣為主要原料的化學工業(yè)中，各種催化反應被廣泛應用，這就要求在反應技術和反應器設計方面作出重大努力。提出了單元操作和單元過程等概念。 另外 ， 又提出了一些重要的基本概念 。 從那以后 ， 每四年舉行一次 。 我國化學工程與技術學科的發(fā)展中里程碑 2022/9/19 化學工程的主要研究內(nèi) 容 化學方法加工 原料的預處理 進行化學反應 反應產(chǎn)物分離與提純 反應工程（本征） 單元操作（ 三傳 ） 單元操作（ 三傳 ） 2022/9/19 ? A→B AArC?A 0 tAAC C e ??0ACAC動量傳遞過程－流動因素 2022/9/19 ? A→B A 0ACAC0ERTk k e ??AAr kC?熱量傳遞過程－傳熱因素 2022/9/19 質(zhì)量傳遞過程－傳質(zhì)因素 2022/9/19 R 邊緣反應物濃度高 中央反應物濃度低 此處反應較快 質(zhì)量傳遞過程－傳質(zhì)因素 動力學方程 反 應 器 類 型 熱量橫算方程 動量橫算方程 反 應 器 體 積 操 作 條 件 化學反應工程 均相反應 非均相反應 動力學方程 物料衡算 熱量衡算 動量橫算 2022/9/19 2022/9/19 工業(yè)反應的特點 ? 物性龐雜 多相（氣 ,液 ,固 ,超臨界 ,等離子 ,納米膠體） 溫度 ,壓力 ,粘度 ,重度 ,表面張力 … 變化幅度大 ? 非線性耦合 物理 ,化學 ,生物學之間 ? 預測精度高 ? 生產(chǎn)規(guī)模大 250萬 T/年－ 1000萬 T/年 催化裂化（ ф 10m, H=70m) 30萬 T/年－ 100萬 T/年 乙烯裂解 30萬 T/年 合成氨－ 52萬 T/年 尿素 100m3 － 300m3 聚合釜 , 120m長 循環(huán)管聚丙稀 化學反應工程的范疇和任務 2022/9/19 高低并列的提升管FCC裝置 2022/9/19 南充煉廠FCC裝置 2022/9/19 Grassroots FCC unit under construction in Mexico Cold flow model of Kellogg dense phase catalyst cooler 2022/9/19 2022/9/19 2022/9/19 80萬噸 /年加氫裂化裝置 2022/9/19 2022/9/19 2022/9/19 2022/9/19 45萬噸 /年乙烯裂解球罐 2022/9/19 化學工藝 反應器中流體 流動、混合傳 熱和傳質(zhì) 化學 催化劑 優(yōu)化 工程控制 反應過程分析 工藝路線流程與設備 化學熱力學與反應動力學 反應 過程動 態(tài)特性與 反應系統(tǒng) 測量和 控制 傳遞工程 化學反應工程的范疇和任務 2022/9/19 化學熱力學 ——確定物系的各種物性常數(shù)，討論反應進行的 如：計算反應的平衡常數(shù)和平衡轉(zhuǎn)化率 反應動力學 ——闡明 化學反應速率 與各種物理因素（溫度、 濃度、壓力和催化劑等）之間的關系 影響反應速率的內(nèi)因 —— 決定能否實際應用的關鍵所在， . 方向和限度， 平衡問題 2022/9/19 ? 常壓、低溫合成氨 反應速率太慢而實際不可行 加入催化劑可以使其在適當?shù)臏囟葔毫ο? 以顯著速率進行反應 ? 甲烷裂解制乙炔 1500℃ 乙炔極不穩(wěn)定，似乎只能得到碳、氫 在極短時間內(nèi)（ ）反應并淬冷到低溫 就可以得到乙炔 ——動力學問題 所以，實際上起決定作用的往往是動力學因素 2022/9/19 ?反應器中流體流動、混合傳熱與傳質(zhì) ——影響反應速率的外因 如：非均相反應、氣固反應、催化劑表面的擴散與吸附等 ——“放大效應“產(chǎn)生的直接原因 ?設備型式、操作方式和流程 ——如：反應器的種類（管式、釜式、流化床、固定床等）、操作方式（連續(xù)、分批） ——考慮經(jīng)濟上的合理性 2022/9/19 ?傳遞工程 ——主要指“三傳”，流體流動與物料混合情況，溫度、濃度分步等都直接影響反應進程。 2022/9/19 ? 反應機理 單一、多重（平行，連串，平行連串） ? 反應可逆性 可逆、不可逆 ? 反應分子數(shù) 單分子、雙分子、三分子 ? 反應級數(shù) 一級、二級、三級、零級、分數(shù) ? 反應熱效應 吸熱、放熱 二、化學反應工程內(nèi)容的分類和編排 ?按化學反應的特性分類 2022/9/19 ? 按反應物相態(tài)分類 非催化反應 催化反應 均相反應 大部分氣相反應 大部分液相反應 快速反應（燃燒等） 膠體反應 酶和微生物反應 非均相反應 煤燃燒，礦石焙燒 氣－液吸收反應 煉鐵，濕法冶金 合成氨，硝酸，硫酸 煉油，合成材料單體 2022/9/19 按反應過程條件分類 ? 按傳熱條件分類 ， 分為 ? 1． 等溫反應器 ， 整個反應器維持恒溫 ， 這對傳熱要求很高 。 ? 常見的有：塔式 、 管式 、 釜式等 ? 表 11例舉了一般反應器的型式與特性 2022/9/19 工業(yè)化學反應器的分類 2022/9/19 特征 ：長度 管徑。 釜式反應器 2022/9/19 釜式反應器 2022/9/19 各種 攪拌槳的形式 釜式反應器 2022/9/19 攪拌釜的各種換熱形式 釜式反應器 2022/9/19 釜式反應器 2022/9/19 特征： 反應器高度為直徑的數(shù)倍以至十幾倍。 管內(nèi)裝填催化劑，反應物料自上而下通過床層；管間為載熱體，與管內(nèi)物料進行換熱，以維持所需的溫度條件。 反應流體與顆粒成逆流接觸。 優(yōu)點 ：設計參數(shù)安全可靠，放大成功率高。 第二步反應：過氧化氫異丙苯用硫酸作催化劑在液相中分解生 成苯酚和丙酮。 2022/9/19 （ 3）反應器放大 直徑為 40mm，長 1712mm，體積為 器， 轉(zhuǎn)化率為 %。 方案二：反應轉(zhuǎn)化率 %，以 ，反應器體積為 。 ? 化學反應工程的主要