多功能反应器

多功能反应器大学化工系

反应器的多功能性

-选择与设计反应器最大转化率最大收率最大选择性易于放大高通量低压降易取热反应物过程要求环境与安全固有安全性经济性过程总体成本最低资源与能源反应器能力反应能力变化很大：大化工(BulkChemical)及石油化工4-50kmol/m3hr，低限不经济高限受技术限制(怎样合理移热).精细化工，一般为间歇过程，能力为0.1–1kmol/m3hr，生物化工过程，1kmol/m3hr(低价产品)-5x10-4kmol/m3hr(高价产品如青霉素)。热量传递不存在问题。但其他因素可能限制，如溶氧速度可能是决定过程能力的主要因素。

反应器的选择与设计相态数及种类(气、液、固）：传热与传质；混合程度；接触形式（并流、逆流、错流）；停留时间分布反应热：温度控制及传热催化剂失活：过程设计；移入、移出速率；再生固定床反应器简单固定床有燃烧区的固定床径向反应器独石反应器有催化剂流动反应器

移动床流化床、浆态床、悬浮床输送床反应器的热量管理地反应器放大反应器放大的决定性因素：反应动力学与失活多相流动多相传递过程三者均为瓶径时过程放大极为困难过程最大尺寸已有经验与新技术公司对特种技术的了解：固定床比流化床的放大容易得多反应器的多功能性反应器的复杂性及多样性要求反应器的多目标性多功能反应器：一个反应器完成多项功能，这些功能包括质量、热量及动量传递或另外一个独立的反应耦合操作过程:反应与分离、多个分离与反应分离可由:膜、吸附、吸收、精馏等优点:平衡限制的反应过程打破平衡,热量集成,减少投资高选择性、高转化率、保护环境、节能要求，产生不断更新的反应器设计。内燃机：反应与传热、动量传递同步进行燃料电池：反应与发电、放热、传质同步进行问题:过程灵活性降低传热与反应同时进行的过程管式反应器用于强放热及强吸热反应反应器上的换热夹套及盘管；反应器上的换热夹套及盘管；传统解决方案：反应器+换热器利用蒸发过程进行传热的反应器乙苯反应器；加氢反应器；CHP分解反应器利用强吸热反应做为强放热反应的致冷剂,如用油料在催化剂存在下的脱氢反应为飞机发动机致冷耦合原则原位匹配：在同一反应过程中将热量移入或移出。加入另一物质打破平衡.

设备内直接移热：蒸发、另一放热/吸热反应，如流-固-固反应器设备内间接移热：传统盘管设备外移热：换热器+反应器耦合难度提高周期改变流向的绝热反应器（ＲＰＦＲ）CH4+O2

H2O

+CO2反应产生的热量与原料原位换热传热效率高、非稳态操作SO3合成、烃类氧化、甲醇合成色谱反应器对一个平衡反应：ＡＢＡ与Ｂ在色谱上的吸附强度不同，注入Ａ使其通过有催化活性的吸附剂可使Ｂ的转化率高于平衡转化率。这时Ａ是强吸附，而Ｂ不是，如果反应是个慢反应。Aris等人将这一技术用于连续过程:即催化剂－吸附剂慢慢向下移动，Ａ向下移动而Ｂ向上移动，这一过程用于加氢可得到比平衡转化率更高的转化率。色谱反应器苯烷基化及乙苯脱氢在乙烯、苯烷基化催化剂：三氯化铝（均相）分子筛（非均相）C2＝／B<<时乙苯选择性好怎样使C2＝／B＝1时有好的选择性？三氯化铝烷基化对水十分敏感；腐蚀严重；催化剂分离困难；大量副产物生成固体酸烷基化工艺无液体废物；无腐蚀；不需催化剂分离；不要低水含量反应精馏过程未反应的苯在反应器内；苯的气化由反应热提供低浓度乙烯进料，直接利用反应热精馏，工艺简化膜反应器乙烷脱氢制乙烯膜反应器反应器行为流－固－固反应器甲醇合成过程能量损耗：大量惰性气体使传热