反应设备的使用与维护.ppt

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1、第五章反应设备的使用与维护第一节反应设备的工作过程及类型一、反应设备的工作过程及作用炼油、化工生产过程中，在反应器中进行的不仅仅是单纯的化学反应过程，同时还存在着流体流动、物料传热、传质等物理传递过程。化学反应的机理、步骤和速率是根据化学动力学的规律进行的。如对于气一液反应，反应速度除与温度和浓度有关外，还与相界面的大小和相间的扩散速度有关。对于气一固催化反应，不论在什么条件下进行，气相组分都必须先扩散到固体催化剂的表面上，再在催化剂表面进行化学反应。由于化学反应时原料的种类很多，反应过程也很复杂，对反应产物的要求也各不相同，因而，反应器的结构类型多种多

2、样，尺寸大小不一，操作方式和操作条件也各不相同。如间歇式操作的反应器，原料是一次性加入的；而连续式操作的反应器，原料是连续加入的。不同结构型式和尺寸的反应器及不同的操作条件和方式，必将影响流体的流动状态和物料的传热、传质等传递过程。因此反应器的工作过程就是以化学动力学为基础的反应过程和以热量传递、质量传递、动量传递为基本内容的传递过程同时进行、相互作用、相互影响的复杂过程。因此反应器的工作过程就是以化学动力学为基础的反应过程和以热量传递、质量传递、动量传递为基本内容的传递过程同时进行、相互作用、相互影响的复杂过程。用于完成化学反应的设备称为反应设备(也称

3、反应器)。反应设备是炼油、化工生产装置中的关键性设备。一般情况下，工业上的化学反应是不可能全部完成的，也不可能只生成一种产物。但是，人们总是希望尽可能抑制副反应发生，努力提高目的产物的收率，充分有效地利用原料，减轻分离设备的负荷，降低生产过程的能量消耗。一个好的反应设备不仅能够满足这些要求，而且操作控制方便、具有较大的生产能力。反应设备内进行的过程不仅具有化学反应的特征，而且具有传递过程的特征。只有综合考虑化学反应动力学、流体的流动、传热和传质等诸多因素，才能做到反应设备的正确选型、合理设计、有效使用和最佳控制。本章主要．介绍反应设备的类型、结构、特点及

4、操作等内容。二、反应设备的类型在炼油、化工生产中，化学反应的种类很多，操作条件差异很大，物料的聚集状态也各不相同，使用反应器的种类也是多种多样。1．根据物料的聚集状态分类根据物料的聚集状态可把反应器分为均相和非均相两种。前者又可分为气相反应器和液相反应器，反应物料均匀地混合或溶解成为单一的气相或液相。非均相反应器又可分为气一液、气一固、液一液、液一固以及气一液一固等五种，化工生产中应用较多的是气一固和气一液两种，如乙烯直接氧化制环氧乙烷采用气一固相反应器，苯烃化制乙苯采用气一液相反应器。反应器按聚集状态分类，其实质是按宏观动力学特征分类。同样聚集状态的反

5、应有着相同的动力学规律，如均相反应的共同规律和特征是无相界面，反应速度只与温度和浓度等有关，而非均相反应的共同规律和特征是有相界面，反应速度不仅与温度和浓度有关，而且还与相界面大小和相间扩散速度有关。故以聚集状态分类可以阐明各种相态反应过程的动力学规律。2．根据反应器结构型式分类根据反应器结构型式的特征，可以分为釜式、管式、塔式、固定床和流化床反应器等。釜式、管式反应器大多用于均相反应过程，塔式、固定床和流化床反应器大多用于非均相反应过程。反应器按结构型式分类，其实质是按传递过程的特性分类。同类结构的反应器内，物料往往具有相同的流动、混合、传热和传质等特

6、性，可以用同类传递过程的统一规律加以描述。反应器的主要作用是提供反应场所，并维持一定的反应条件，使化学反应过程按预定的方向进行，得到合格的反应产物。一个设计合理、性能良好的反应器，应能满足如下几方面的要求。(1)满足化学动力学和传递过程的要求，做到反应速度快、选择性好、转化率高、目的产品多、副产物少。(2)能及时有效地输入或输出热量，维持系统的热量平衡，使反应过程在适宜的温度下进行。(3)有足够的机械强度和抗腐蚀能力，满足反应过程对压力的要求，保证设备经久耐用，生产安全可靠.(4)制造容易，安装、检修方便，操作调节灵活，生产周期长。3．根据操作方法分类操

7、作方法分为间歇式(或称为分批式)、半间歇式(或称为半连续式)和连续式三种。间歇式操作是一次加入反应物料，在一定的反应条件下，经过一定的反应时间，当达到所要求的转化率时，取出全部产物的生产过程。其特点是在反应过程中，反应物和产物浓度均随时间变化，是不稳定过程。由于存在着加料、出料和清洗等非生产时间，因而设备利用率不高，劳动强度大，只适用于小批量、多品种生产，在染料及制药工业中广泛采用这种操作。半间歇操作是指一些物料分批加入、而另一些物料连续加入的生产过程，或者是一批加入物料用蒸馏的方法连续移走部分产品的生产过程。半间歇操作也是一个不稳定过程。连续操作是连续

8、加入反应物和取出产物，反应器内温度和浓度均不随时间变化而变化，是一个稳定过程。连