第5章 重要反应器的演变

1、LOGO第第6章章 重要反应器的演变重要反应器的演变 一、已二酸反应器的演变 二、烃类氧化反应器演变 三、烃化反应器的演变 四、环流反应器的演变五、制苯乙烯反应器的演变重要反应器的演变重要反应器的演变第一部分、已二酸反应器的演变第一部分、已二酸反应器的演变:v 已二酸已二酸(Adipic acid )又称肥酸又称肥酸,是工业上最重是工业上最重要的脂肪族二元羧酸要的脂肪族二元羧酸,主要用于生产尼龙主要用于生产尼龙66的单体，大的单体，大约占己二酸总量的约占己二酸总量的70 %;其它的其它的30 %在制备聚氨酯、合在制备聚氨酯、合成树脂、革、聚酯泡沫塑料、塑料增塑剂、润滑剂、食成树脂、革、聚酯泡沫

2、塑料、塑料增塑剂、润滑剂、食品添加剂、粘合剂、杀虫剂、染料、香料、医药等领域品添加剂、粘合剂、杀虫剂、染料、香料、医药等领域得以广泛应用。得以广泛应用。 目前目前,己二酸的己二酸的 年产量已达年产量已达300 万吨左右万吨左右,并以并以 约约3 %的年增长的年增长 率增长。率增长。 已二酸反应器的演变已二酸反应器的演变:v已二酸主要由环己醇和环己酮已二酸主要由环己醇和环己酮(Cyclohexanone and cyclohexanol)用硝酸用硝酸(Nitrate)氧化而制得。氧化而制得。其反应方程式为其反应方程式为:下面具体从以下几个反应器的演变来介绍己二酸下面具体从以下几个反应器的演变来介

3、绍己二酸反应器的演变反应器的演变 :19491956年间，化学反年间，化学反应工程学尚处于萌芽时期，应工程学尚处于萌芽时期，所以这一时期产生的第一所以这一时期产生的第一阶段的己二酸反应器是由阶段的己二酸反应器是由化学家和机械师设计的化学家和机械师设计的,是是串联搅拌槽式反应器。串联搅拌槽式反应器。1 、三个外循环泵串联三个外循环泵串联:右图中右图中KA代表环己酮和环代表环己酮和环己醇的混合物。由于三个己醇的混合物。由于三个外循环换热器串联操作，外循环换热器串联操作，物料循环速度太低，传热物料循环速度太低，传热效果很差，结垢严重，常效果很差，结垢严重，常常堵塞。常堵塞。2 、两个外循环泵并联、两

4、个外循环泵并联: 1958年，改造成两个泵和两个换热器并联，提年，改造成两个泵和两个换热器并联，提高了物料循环速度，改善了反应器的混合与传热，高了物料循环速度，改善了反应器的混合与传热，使反应器生产能力提高，能耗指数下降使反应器生产能力提高，能耗指数下降36。3 、四个外循环泵并联、四个外循环泵并联: 由于由于1958年改造取得了成果，人们认为年改造取得了成果，人们认为似乎只要提高物料循环速度便可提高生产似乎只要提高物料循环速度便可提高生产能力。于是能力。于是1964年采用四个泵和四个换热年采用四个泵和四个换热器并联。其结果是适得其反，生产能力只器并联。其结果是适得其反，生产能力只达到设计能力

5、的达到设计能力的23，能耗只比，能耗只比1956年下年下降降22。而且，操作是灾难性的：第一釜。而且，操作是灾难性的：第一釜搅拌器失效，物料被猛烈地冲出第一釜而搅拌器失效，物料被猛烈地冲出第一釜而在管路中和第二反应釜中发生反应，第二在管路中和第二反应釜中发生反应，第二釜中的泡沫则使气体夹带严重，并由于气釜中的泡沫则使气体夹带严重，并由于气节作用使泵损坏。节作用使泵损坏。四个外循环泵并联的反应器示意图四个外循环泵并联的反应器示意图:4 、外环流反应器、外环流反应器: 鉴于鉴于1964年失败的教训，年失败的教训，1965年便把每个釜都改年便把每个釜都改成外循环反应器，即把外循环反应器串联成一组。同

6、成外循环反应器，即把外循环反应器串联成一组。同时，新料和循环料均改由多孔喷嘴切线方向进料。结时，新料和循环料均改由多孔喷嘴切线方向进料。结果节约了能量，使能耗指数比果节约了能量，使能耗指数比1956年下降年下降60。5 、用气流搅拌代替机械搅拌、用气流搅拌代替机械搅拌: 从前一设计的实践经验摸索到，如果精从前一设计的实践经验摸索到，如果精心设计循环速率和喷嘴结构，则机械搅拌心设计循环速率和喷嘴结构，则机械搅拌便可省略。当然，反应器的结构尺寸，主便可省略。当然，反应器的结构尺寸，主要是高径比发生了变化。要是高径比发生了变化。 结果使设备结构大大结果使设备结构大大 简化。但是循环管尚简化。但是循环

7、管尚 末取消。末取消。 19631964年间发表了该反应的动力学与反应年间发表了该反应的动力学与反应机理方面的论文，根据该反应是复杂的串联反应的规机理方面的论文，根据该反应是复杂的串联反应的规律，得出了活塞流反应器最理想的结论。硝酸从第一律，得出了活塞流反应器最理想的结论。硝酸从第一隔区加入，醇、酮从各隔区喷入。隔区加入，醇、酮从各隔区喷入。6 、活塞流反应器设想、活塞流反应器设想:这种设计有许多好处这种设计有许多好处:第一，反应过程中有气泡产生。初生气泡很小，第一，反应过程中有气泡产生。初生气泡很小，因此其内应力极大，气泡剧烈震动，可使给热因此其内应力极大，气泡剧烈震动，可使给热系数接近核沸

8、腾时的给热系数。此外，排热管系数接近核沸腾时的给热系数。此外，排热管置在反应区置在反应区(即放热区即放热区)，可避免堵管。，可避免堵管。第二，气泡起搅拌作用，无须机械搅拌。第二，气泡起搅拌作用，无须机械搅拌。第三，冷却水走管内，减少应力腐蚀。第三，冷却水走管内，减少应力腐蚀。第四，利用液位差流动，从而革掉了循环泵。第四，利用液位差流动，从而革掉了循环泵。 硝酸浓度的线性变化代替了原先反应器硝酸浓度的线性变化代替了原先反应器的阶式变化，即物料流型从近似全混流过渡的阶式变化，即物料流型从近似全混流过渡到活塞流，从而提高了反应收率。这种反应到活塞流，从而提高了反应收率。这种反应器使能耗指数降低器使能

9、耗指数降低89，与，与1956年相比，几年相比，几乎差一个数量级。可见，反应动力学、流动乎差一个数量级。可见，反应动力学、流动模型和气泡等反应及传递特性的基础研究成模型和气泡等反应及传递特性的基础研究成果大大地促进了生产力的发展果大大地促进了生产力的发展。这种设计的另一个重要优点：这种设计的另一个重要优点：7 、内冷却式活塞流反应器、内冷却式活塞流反应器:这个设想，于这个设想，于1971年着手试验，结果产生年着手试验，结果产生了所谓了所谓“内冷却式反应器内冷却式反应器”。实践达到了预。实践达到了预期的高给热系数，能耗指数下降了期的高给热系数，能耗指数下降了89，反，反应器生产能力大大提高。在一

10、个应器生产能力大大提高。在一个1.829米直径米直径的反应器内的处理量大致相当于的反应器内的处理量大致相当于1965年时两年时两个个3.355米直径反应器的处理量。反应器结构米直径反应器的处理量。反应器结构大大简化，投资大大减少大大简化，投资大大减少省掉了循环泵、省掉了循环泵、搅拌器、循环冷却管，减少了辅助管线、阀搅拌器、循环冷却管，减少了辅助管线、阀门及仪表，简化了操作，安全性也更好了。门及仪表，简化了操作，安全性也更好了。下图即为内冷却式活塞流反应器的示意图下图即为内冷却式活塞流反应器的示意图:v从整个发展过程来看，己二酸反应器的从整个发展过程来看，己二酸反应器的演变可归纳为三个方面：演变

11、可归纳为三个方面：v1、反应物流型由接近全混流改成接近活、反应物流型由接近全混流改成接近活塞流，以适应串联反应的内在规律。塞流，以适应串联反应的内在规律。v2、由深层改为浅层，有利于反应产物的、由深层改为浅层，有利于反应产物的排出。排出。v3、机械搅拌改为气流搅拌，以节能和减、机械搅拌改为气流搅拌，以节能和减少动部件。少动部件。演变规律演变规律:第二部分第二部分、烃类氧化反应器演变烃类氧化反应器演变:v 烃类液相氧化反应是石油化工厂的支柱之烃类液相氧化反应是石油化工厂的支柱之一。它既是自由基反应，又是连串反应。从自一。它既是自由基反应，又是连串反应。从自由基反应来看，要求有一定返混，以积累一定

12、由基反应来看，要求有一定返混，以积累一定的自由基浓度，从连串反应来看，要求返混不的自由基浓度，从连串反应来看，要求返混不能太大，以保证一定的选择性。能太大，以保证一定的选择性。 v1.石蜡氧化石蜡氧化v 石蜡氧化制合成脂肪酸反应器的发展初期，石蜡氧化制合成脂肪酸反应器的发展初期，是间歇操作的搅拌釜，以期引发和积累一定浓是间歇操作的搅拌釜，以期引发和积累一定浓度的自由基。后因其比传热面积小而改为间歇度的自由基。后因其比传热面积小而改为间歇操作的鼓泡塔。反应时间约操作的鼓泡塔。反应时间约20h，以致给人们，以致给人们一个印象，认为石蜡氧化是慢反应一个印象，认为石蜡氧化是慢反应。v后来石蜡氧化改为多

13、塔串联，气液错流，提高气后来石蜡氧化改为多塔串联，气液错流，提高气体表观速度，使反应时间缩短到体表观速度，使反应时间缩短到12h左右。左右。近来人们采用多段不泄漏型筛板塔，使表观近来人们采用多段不泄漏型筛板塔，使表观气速提高到约气速提高到约30cms，结果使反应时间缩短到，结果使反应时间缩短到5h，反应选择性也提高了。从而纠正了人们认，反应选择性也提高了。从而纠正了人们认为烃类氧化反应是慢反应的错误认识。为烃类氧化反应是慢反应的错误认识。v石蜡氧化为脂肪酸的一般步骤为石蜡氧化为脂肪酸的一般步骤为:石蜡氧化石蜡氧化:下图为石蜡氧化制合成脂肪酸反应器的演变下图为石蜡氧化制合成脂肪酸反应器的演变:2

14、 、环己烷氧化、环己烷氧化: 长期以来，人们在多釜串联反应器内用空气长期以来，人们在多釜串联反应器内用空气氧化环己烷，一步生产环己醇和环己酮。后来改氧化环己烷，一步生产环己醇和环己酮。后来改为多塔串联一步生产环己醇和环己酮，单程转化为多塔串联一步生产环己醇和环己酮，单程转化率只有率只有3左右，因为环己烷的氧化反应与该氧左右，因为环己烷的氧化反应与该氧化反应的中间产物环己基过氧化氢物分解成环己化反应的中间产物环己基过氧化氢物分解成环己醇、酮的分解反应，是相互矛盾的。后来改成由醇、酮的分解反应，是相互矛盾的。后来改成由四个环流反应塔串联生产环己基过氧化氢物，而四个环流反应塔串联生产环己基过氧化氢物

15、，而另用多釜串联反应器进行过氧化氢物的分解，即另用多釜串联反应器进行过氧化氢物的分解，即将氧化反应与分解反应在不同的反应器和不同的将氧化反应与分解反应在不同的反应器和不同的反应条件下进行，从而可使过程的单程转化率提反应条件下进行，从而可使过程的单程转化率提高约高约30。下图为环己烷空气氧化生产环己醇和环己酮的演变下图为环己烷空气氧化生产环己醇和环己酮的演变 : 环己烷氧化环己烷氧化:v上面两个烃类氧化反应器的演变可归纳为三个方面：上面两个烃类氧化反应器的演变可归纳为三个方面：v1、反应物流型由全混流变成非全混流，以既满足自由、反应物流型由全混流变成非全混流，以既满足自由基引发的内在要求，又满足

16、选择性的要求。基引发的内在要求，又满足选择性的要求。v2、使过程由反应控制变为氧的传质控制，既尽量发挥、使过程由反应控制变为氧的传质控制，既尽量发挥催化剂的效能，又保证了较好的选择性。催化剂的效能，又保证了较好的选择性。v3、由同一条件下同时进行两个要求不同条件的反应改、由同一条件下同时进行两个要求不同条件的反应改为在不同条件下分别进行两个不同的反应，充分满足每为在不同条件下分别进行两个不同的反应，充分满足每个反应的内在规律的要求。个反应的内在规律的要求。v这两个例子再一次告诉我们，流动模型和反应机理等反这两个例子再一次告诉我们，流动模型和反应机理等反应工程学的理论大大促进了生产力的发展。应工

17、程学的理论大大促进了生产力的发展。演变规律演变规律:第三部分、烃化反应器的演变第三部分、烃化反应器的演变:v烃化反应很多。这里主要讨论芳烃的烃化反应，例烃化反应很多。这里主要讨论芳烃的烃化反应，例如苯和联苯的烃化反应。如苯和联苯的烃化反应。v1,单塔变双塔单塔变双塔 :v长期以来，苯的烃化反应是在一个连续操作的鼓泡长期以来，苯的烃化反应是在一个连续操作的鼓泡塔内完成的。在烃化时，同时发生反烃化反应，烃塔内完成的。在烃化时，同时发生反烃化反应，烃化与反烃化要求不同的温度和催化剂浓度，因此，化与反烃化要求不同的温度和催化剂浓度，因此，反应的效率很低。近来，将单塔改成双塔串联，第反应的效率很低。近来

18、，将单塔改成双塔串联，第一塔创造有利于烃化反应的条件，第二塔维持有利一塔创造有利于烃化反应的条件，第二塔维持有利于反烃化的条件。结果使反应收率大大提高了。可于反烃化的条件。结果使反应收率大大提高了。可见，反应机理的研究，促进了反应器的不断完善。见，反应机理的研究，促进了反应器的不断完善。单塔变双塔单塔变双塔 :2 、三相反应器三相反应器 :由于新型烃化反应催化剂的出现，人们开始用由于新型烃化反应催化剂的出现，人们开始用搅拌釜进行气，液、固三相烃化反应，以期得到固搅拌釜进行气，液、固三相烃化反应，以期得到固相催化剂的良好悬浮。相催化剂的良好悬浮。为简化设备，提高反应器生产能力，将搅为简化设备，提

19、高反应器生产能力，将搅拌釜改成内环流反应器，结果使反应时间缩短拌釜改成内环流反应器，结果使反应时间缩短45，大大节约了能，大大节约了能 量。量。可见催化剂和反可见催化剂和反 应器应器研究使烃化反应研究使烃化反应 工艺工艺面貌一新面貌一新。三相反应器三相反应器 :目前目前,气气- 液液- 固三相反应在现代化学工业固三相反应在现代化学工业 中得到广泛应用。如中得到广泛应用。如:氧化、氢化、烃化、氯化、氧化、氢化、烃化、氯化、氨解、混合气体转变成为炭氢类化合物的合成氨解、混合气体转变成为炭氢类化合物的合成反应以及生物废水的处理过程中均涉及到三相反应以及生物废水的处理过程中均涉及到三相反应。下面具体介

20、绍三相反应器反应。下面具体介绍三相反应器.首先首先,按照物料在过程中的流动方式不同按照物料在过程中的流动方式不同,将三相反应器分为将三相反应器分为:涓流床涓流床(又叫滴流床又叫滴流床)、浆、浆态床、流化床、携带床和固定床五种。态床、流化床、携带床和固定床五种。涓流床反应器涓流床反应器:右图即为涓流床反应器示意图右图即为涓流床反应器示意图:涓流床反应器主要有以下几个优点涓流床反应器主要有以下几个优点:(1)气液流动均接近活塞流，气液流动均接近活塞流， 可以获得高的可以获得高的转化率转化率 .(2)液体呈膜状流动液体呈膜状流动,气体反应物通过液相扩气体反应物通过液相扩散至固体催化剂外表面的阻力较小

21、散至固体催化剂外表面的阻力较小 .(3)液固比小，液固比小， 若存在液相均相副反应时，若存在液相均相副反应时， 不致于对目的产物的收率产生大的影响不致于对目的产物的收率产生大的影响.(4)压力降较小，压力降较小， 以致整个床层操作压力较以致整个床层操作压力较为均匀为均匀 .(5)反应热效应大并使床层内反应温度过高反应热效应大并使床层内反应温度过高时，可将液相产物再循环或分段加入冷料时，可将液相产物再循环或分段加入冷料进行冷激降温进行冷激降温浆态床反应器浆态床反应器:v 浆态费托浆态费托(FT)合成反应器的结合成反应器的结构比较简单。其外壳为一圆筒，内设构比较简单。其外壳为一圆筒，内设用于换热的

22、蒸汽盘管、气体分布器和用于换热的蒸汽盘管、气体分布器和气液分离器。反应器内装有特殊形式气液分离器。反应器内装有特殊形式制备的高活性催化剂。这种粉碎得很制备的高活性催化剂。这种粉碎得很细的催化剂悬浮在液体介质中形成浆细的催化剂悬浮在液体介质中形成浆液。正常条件下，液体介质为液。正常条件下，液体介质为FT反应反应生成的反应蜡。来自天然气重整工段生成的反应蜡。来自天然气重整工段的的H2/CO比为比为2左右的合成气预热后左右的合成气预热后从反应器底部经由气体分布器进入由从反应器底部经由气体分布器进入由催化剂和催化剂和FT合成蜡组成的浆液，上升合成蜡组成的浆液，上升的气泡在浆液中与催化剂接触进行合的气泡

23、在浆液中与催化剂接触进行合成反应。反应热由反应器内的冷却蛇成反应。反应热由反应器内的冷却蛇管移出，发生蒸汽。合成蜡产物通过管移出，发生蒸汽。合成蜡产物通过Sasol开发的独有的分离工艺在反应开发的独有的分离工艺在反应器内部从含有催化剂的浆液中分离出器内部从含有催化剂的浆液中分离出来。来。浆态床反应器的优点浆态床反应器的优点:v 浆态反应器的主要优点如下浆态反应器的主要优点如下:v(1)结构简单，投资较省结构简单，投资较省;v(2)克服了固定床管式反应器在反应器大小、生产能力克服了固定床管式反应器在反应器大小、生产能力和操作和操作 压力等方面的限制，一台直径压力等方面的限制，一台直径5米的浆态反

24、应米的浆态反应器，其生产能力相当于器，其生产能力相当于5台固定床反应器的生产能力之台固定床反应器的生产能力之和和;v(3)传热和温度控制较好传热和温度控制较好;v(4)产物分布较易控制产物分布较易控制;v(5)可以在线添加或移出催化剂可以在线添加或移出催化剂;v(6)生产同等数量产品时，浆态反应器使用的催化剂只生产同等数量产品时，浆态反应器使用的催化剂只有固定床反应器的有固定床反应器的50%，大大节省了催化剂费用，大大节省了催化剂费用流化床反应器流化床反应器:流化床反应器流化床反应器: 流化床按床层中是否置有内流化床按床层中是否置有内部构件可分为部构件可分为:自由床和限制床自由床和限制床.流化

25、床按流化床按可可分为分为:圆筒型和圆锥型圆筒型和圆锥型:流化床反应器的优点流化床反应器的优点:v(1)可以使用粒度很小的固体颗粒，有利于消除内可以使用粒度很小的固体颗粒，有利于消除内扩散阻力，充分发挥催化剂表面利用率扩散阻力，充分发挥催化剂表面利用率;v(2)由于颗粒在流体中处于运动状态，颗粒与流体由于颗粒在流体中处于运动状态，颗粒与流体接口不断搅动，接口不断更新，颗粒湍动程度增接口不断搅动，接口不断更新，颗粒湍动程度增加，因而其传热系数比固定床大得多当大量反应加，因而其传热系数比固定床大得多当大量反应热放出时，能够很快传出；热放出时，能够很快传出；v(3)在催化剂必须定期再生，特别是催化剂活

26、性消在催化剂必须定期再生，特别是催化剂活性消失很快而需及时进行再生的情况下，具有优越性。失很快而需及时进行再生的情况下，具有优越性。固定床反应器固定床反应器:v 固定床又主要分为以下三种固定床又主要分为以下三种:固定床反应器的优点固定床反应器的优点:v固定床中催化剂不易磨损。固定床中催化剂不易磨损。v床层内流体的流动接近于平推流，与返混床层内流体的流动接近于平推流，与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。较小的反应器容积来获得较大的生产能力。v由于停留时间可以严格控制，温度分布可由于停留时间可以严格控制，温度分布可以适

27、当调节，因此特别有利于达到高的选以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和转化率，在大规模的化工生产中尤择性和转化率，在大规模的化工生产中尤为重要。为重要。三相反应器三相反应器 :三相反应器这六种反应床中涓流床研究的较早三相反应器这六种反应床中涓流床研究的较早, 对于携带床对于携带床的研究与应用一直都很少。近些年来的研究与应用一直都很少。近些年来,对于三相反应器的研究与对于三相反应器的研究与应用主要集中在三相淤浆床和三相流化床。应用主要集中在三相淤浆床和三相流化床。三相反应器之所以应用广泛三相反应器之所以应用广泛,主要是因为其具有以下的优点主要是因为其具有以下的优点: (1) 液相作为热载体液

28、相作为热载体,能够直接与固体催化剂接触能够直接与固体催化剂接触,使得传质传热的使得传质传热的性能大大改观性能大大改观;(2) 反应器中多采用液相惰性热载体反应器中多采用液相惰性热载体,特别适用于强放热的化学反特别适用于强放热的化学反应过程应过程;(3) 由于反应器内部液体处于全混流状态由于反应器内部液体处于全混流状态,反应温度均匀、控温简反应温度均匀、控温简单有效单有效,可实现分级控制温度可实现分级控制温度,使各级均在最佳温度下进行反应使各级均在最佳温度下进行反应,从从而提高了催化剂的选择性而提高了催化剂的选择性;(4) 可实现在操作过程中在线更换催化剂可实现在操作过程中在线更换催化剂,大大提

29、高设备的利用率大大提高设备的利用率, 三相反应器作弹性大三相反应器作弹性大,适应性强。适应性强。三相反应器的演变过程三相反应器的演变过程:v(1) 第一阶段第一阶段(1960 年年1980 年年) :为基础研究阶段。为基础研究阶段。完成的主要工作有完成的主要工作有,测定给定气速下保持固体悬浮的测定给定气速下保持固体悬浮的临界固体悬浮量临界固体悬浮量;研究了塔板开孔分布的作用、适宜研究了塔板开孔分布的作用、适宜的固体颗粒尺寸、液体表面张力和液体粘度的固体颗粒尺寸、液体表面张力和液体粘度;研究了研究了在一定的固体悬浮下的固体润湿度在一定的固体悬浮下的固体润湿度;研究了锥形塔釜、研究了锥形塔釜、塔径

30、对临界气速塔径对临界气速(即使固体全部悬浮时的气速即使固体全部悬浮时的气速) 的影的影响。响。v(2) 第二阶段第二阶段(1980 年年1990 年年) :研究工作更加细研究工作更加细化化,进一步研究塔径、固体颗粒成分、混合粒径尺寸、进一步研究塔径、固体颗粒成分、混合粒径尺寸、引液管、气体分布器、固体持流量、塔釜形式以及引液管、气体分布器、固体持流量、塔釜形式以及塔板上所加的金属网对临界气速的影响。塔板上所加的金属网对临界气速的影响。三相反应器的演变过程三相反应器的演变过程:(3) 第三阶段第三阶段(1990 年以后年以后) :在以往所做工作的在以往所做工作的基础上基础上,多转向了对于三相反应

31、器在某一特定化工过多转向了对于三相反应器在某一特定化工过程或对于反应器更细节问题的研究上。这一阶段也程或对于反应器更细节问题的研究上。这一阶段也是我国对于三相反应器的研究蓬勃发展的阶段。是我国对于三相反应器的研究蓬勃发展的阶段。现阶段对于那些对三相反应器的研究较早的国现阶段对于那些对三相反应器的研究较早的国家来说家来说,主要工作是对催化剂性能进行改进主要工作是对催化剂性能进行改进,对溶剂对溶剂进行进一步筛选以及进一步完善三相反应器的结构进行进一步筛选以及进一步完善三相反应器的结构设计。设计。气升式反应器气升式反应器:近年来同三相反应器一起成为人们研究热点的还有近年来同三相反应器一起成为人们研究

32、热点的还有气升式反应器气升式反应器:v气升式反应器是在鼓泡式反应器的基础上发展起来气升式反应器是在鼓泡式反应器的基础上发展起来的一种用于气的一种用于气液、气液、气液液液或气液或气液液固相过程的固相过程的接触性反应装置。与鼓泡式反应器相比，气升式反接触性反应装置。与鼓泡式反应器相比，气升式反应器有利于反应物之间的混合、扩散、传热和传质，应器有利于反应物之间的混合、扩散、传热和传质，但平均气含率比较小。而与机械搅拌式反应器相比，但平均气含率比较小。而与机械搅拌式反应器相比，气升式反应器则具有结构简单、造价低、易清洗维气升式反应器则具有结构简单、造价低、易清洗维修、不易染菌、能耗低和剪切应力小等优点

33、。因此，修、不易染菌、能耗低和剪切应力小等优点。因此，气升式反应器已广泛应用于生物工程、湿法冶金、气升式反应器已广泛应用于生物工程、湿法冶金、环保工程、有机化工和能源化工等领域环保工程、有机化工和能源化工等领域气升式反应器气升式反应器:气升式反应器结构简图气升式反应器结构简图第四部分、环流反应器的演变第四部分、环流反应器的演变:v环流反应器是一种高效的气环流反应器是一种高效的气- 液液,液液- 固或气固或气- 液液- 固多相反应器固多相反应器,是在鼓泡反应器的基础上是在鼓泡反应器的基础上发展而来。由于环流反应器具有结构简单发展而来。由于环流反应器具有结构简单,反应器内流体作定向流动反应器内流体

34、作定向流动,环流液速快环流液速快,气体气体停留时间长停留时间长,气含率高气含率高,气泡比表面积大气泡比表面积大,相间相间接触好以及体积传质系数较大等优点接触好以及体积传质系数较大等优点,因此因此在生物、冶金、环境和石油化工等领域得在生物、冶金、环境和石油化工等领域得到广泛应用。到广泛应用。1 、内环流与外环流反应器、内环流与外环流反应器: 最初按流动形式最初按流动形式,环流反应器可分为内环流和外环流反应器可分为内环流和外环流两种环流两种(图图1)。气体或液体喷射入反应器后。气体或液体喷射入反应器后,由由于流体的喷射动量和密度于流体的喷射动量和密度 降低降低,迫使喷射一侧流体向迫使喷射一侧流体向

35、 上上,对侧流体向下做有规则对侧流体向下做有规则 的循环流动的循环流动,从而形成良好从而形成良好 的混合和反应条件。的混合和反应条件。2 、多级环流反应器、多级环流反应器: 渐渐地环流反应器演变出多级环流反应渐渐地环流反应器演变出多级环流反应器器.多级环流反应器有立式和卧式两种多级环流反应器有立式和卧式两种,图图2 (a) 是用于废水处理的多级串联环流反应器是用于废水处理的多级串联环流反应器,图图2 (b)为多个导流筒立式串联的反应器为多个导流筒立式串联的反应器,图图2 (c)为多为多室卧式串联反应器室卧式串联反应器,多级反应器比单级反应器多级反应器比单级反应器不仅有较高不仅有较高 的传质系的

36、传质系 数数, 而且而且 能耗低。能耗低。3 、气升式环流反应器、气升式环流反应器: 气升式环流反应器主要有中心气升、环隙气升式环流反应器主要有中心气升、环隙气升和隔板气升气升和隔板气升(图图3)三种。气升式环流反应器三种。气升式环流反应器中中,由于不同路径中流体的密度差及流体本身高由于不同路径中流体的密度差及流体本身高度差的存在度差的存在,形成推动力形成推动力,迫使流体循环流动。迫使流体循环流动。4 、喷射式环流反应器、喷射式环流反应器:v喷射式环流反应器分为喷射式环流反应器分为 上喷和下喷两种上喷和下喷两种(图图4)。 液体通过喷咀喷射入反液体通过喷咀喷射入反 应器后应器后,由于喷射推动由

37、于喷射推动 和静压差推动的联合作和静压差推动的联合作 用用,液体在器内均匀混液体在器内均匀混 合并形成环流流动。合并形成环流流动。5 、推进器式环流反应器、推进器式环流反应器:v推进器式环流反应器分推进器式环流反应器分 为两种为两种(图图5) ,它适合于它适合于 处理高粘物料处理高粘物料,内部导内部导 流筒又可作为换热器。流筒又可作为换热器。 但其搅拌轴不易密封但其搅拌轴不易密封, 易泄漏。目前易泄漏。目前,人们对人们对 它的研究还比较少它的研究还比较少。演变规律演变规律:从整个发展过程来看，环流反应器的演变从整个发展过程来看，环流反应器的演变可归纳为两个方面：可归纳为两个方面：1,环流反应器

38、流体力学环流反应器流体力学(气含率、环流速率气含率、环流速率)和和传质特性的不断升级传质特性的不断升级,液相体积传质系数的不断液相体积传质系数的不断增大增大.2,环流反应器的结构形式和尺寸不断优化环流反应器的结构形式和尺寸不断优化第五部分、第五部分、制苯乙烯制苯乙烯反应器的演变反应器的演变: 苯乙烯是石油化工重要的基本原料之一；苯乙烯是石油化工重要的基本原料之一；v目前苯乙烯的工业生产方法除乙苯共氧化法外，主要以目前苯乙烯的工业生产方法除乙苯共氧化法外，主要以乙苯催化脱氢为主，其产量占世界苯乙烯总产量的乙苯催化脱氢为主，其产量占世界苯乙烯总产量的85%以上。以上。1 1 、早期的苯乙烯工艺与反应器早期的苯乙烯工艺与反应器: :19301930年年-1940-1940年年 美国的美国的DowDow公司公司 绝热脱氢工艺绝热脱氢工艺 一段绝热轴向反应器一段绝热轴向反应器 德国的巴登苯胺染料公司德国的巴登苯胺染料公司 等温脱氢工艺等温脱氢工艺 ( (即目前的即目前的BASFBASF公司公司) ) 等温管式反应器等温管式反应器产品苯乙烯的纯度都达到了产品苯乙烯的纯度都达到了99.6%99.6%。下面具体介绍这几种反应器。下面具体介绍这几种反应器. 2 2 、绝热正压脱氢反应器绝热正压脱氢反应器: :循环乙苯和新鲜乙苯与循环乙