第5章 重要反應(yīng)器的演變

1、LOGO第第6章章 重要反應(yīng)器的演變重要反應(yīng)器的演變 一、已二酸反應(yīng)器的演變 二、烴類氧化反應(yīng)器演變 三、烴化反應(yīng)器的演變 四、環(huán)流反應(yīng)器的演變五、制苯乙烯反應(yīng)器的演變重要反應(yīng)器的演變重要反應(yīng)器的演變第一部分、已二酸反應(yīng)器的演變第一部分、已二酸反應(yīng)器的演變:v 已二酸已二酸(Adipic acid )又稱肥酸又稱肥酸,是工業(yè)上最重是工業(yè)上最重要的脂肪族二元羧酸要的脂肪族二元羧酸,主要用于生產(chǎn)尼龍主要用于生產(chǎn)尼龍66的單體，大的單體，大約占己二酸總量的約占己二酸總量的70 %;其它的其它的30 %在制備聚氨酯、合在制備聚氨酯、合成樹脂、革、聚酯泡沫塑料、塑料增塑劑、潤滑劑、食成樹脂、革、聚酯泡沫

2、塑料、塑料增塑劑、潤滑劑、食品添加劑、粘合劑、殺蟲劑、染料、香料、醫(yī)藥等領(lǐng)域品添加劑、粘合劑、殺蟲劑、染料、香料、醫(yī)藥等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。得以廣泛應(yīng)用。 目前目前,己二酸的己二酸的 年產(chǎn)量已達(dá)年產(chǎn)量已達(dá)300 萬噸左右萬噸左右,并以并以 約約3 %的年增長的年增長 率增長。率增長。 已二酸反應(yīng)器的演變已二酸反應(yīng)器的演變:v已二酸主要由環(huán)己醇和環(huán)己酮已二酸主要由環(huán)己醇和環(huán)己酮(Cyclohexanone and cyclohexanol)用硝酸用硝酸(Nitrate)氧化而制得。氧化而制得。其反應(yīng)方程式為其反應(yīng)方程式為:下面具體從以下幾個(gè)反應(yīng)器的演變來介紹己二酸下面具體從以下幾個(gè)反應(yīng)器的演變來介

3、紹己二酸反應(yīng)器的演變反應(yīng)器的演變 :19491956年間，化學(xué)反年間，化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)尚處于萌芽時(shí)期，應(yīng)工程學(xué)尚處于萌芽時(shí)期，所以這一時(shí)期產(chǎn)生的第一所以這一時(shí)期產(chǎn)生的第一階段的己二酸反應(yīng)器是由階段的己二酸反應(yīng)器是由化學(xué)家和機(jī)械師設(shè)計(jì)的化學(xué)家和機(jī)械師設(shè)計(jì)的,是是串聯(lián)攪拌槽式反應(yīng)器。串聯(lián)攪拌槽式反應(yīng)器。1 、三個(gè)外循環(huán)泵串聯(lián)三個(gè)外循環(huán)泵串聯(lián):右圖中右圖中KA代表環(huán)己酮和環(huán)代表環(huán)己酮和環(huán)己醇的混合物。由于三個(gè)己醇的混合物。由于三個(gè)外循環(huán)換熱器串聯(lián)操作，外循環(huán)換熱器串聯(lián)操作，物料循環(huán)速度太低，傳熱物料循環(huán)速度太低，傳熱效果很差，結(jié)垢嚴(yán)重，常效果很差，結(jié)垢嚴(yán)重，常常堵塞。常堵塞。2 、兩個(gè)外循環(huán)泵并聯(lián)、兩

4、個(gè)外循環(huán)泵并聯(lián): 1958年，改造成兩個(gè)泵和兩個(gè)換熱器并聯(lián)，提年，改造成兩個(gè)泵和兩個(gè)換熱器并聯(lián)，提高了物料循環(huán)速度，改善了反應(yīng)器的混合與傳熱，高了物料循環(huán)速度，改善了反應(yīng)器的混合與傳熱，使反應(yīng)器生產(chǎn)能力提高，能耗指數(shù)下降使反應(yīng)器生產(chǎn)能力提高，能耗指數(shù)下降36。3 、四個(gè)外循環(huán)泵并聯(lián)、四個(gè)外循環(huán)泵并聯(lián): 由于由于1958年改造取得了成果，人們認(rèn)為年改造取得了成果，人們認(rèn)為似乎只要提高物料循環(huán)速度便可提高生產(chǎn)似乎只要提高物料循環(huán)速度便可提高生產(chǎn)能力。于是能力。于是1964年采用四個(gè)泵和四個(gè)換熱年采用四個(gè)泵和四個(gè)換熱器并聯(lián)。其結(jié)果是適得其反，生產(chǎn)能力只器并聯(lián)。其結(jié)果是適得其反，生產(chǎn)能力只達(dá)到設(shè)計(jì)能力

5、的達(dá)到設(shè)計(jì)能力的23，能耗只比，能耗只比1956年下年下降降22。而且，操作是災(zāi)難性的：第一釜。而且，操作是災(zāi)難性的：第一釜攪拌器失效，物料被猛烈地沖出第一釜而攪拌器失效，物料被猛烈地沖出第一釜而在管路中和第二反應(yīng)釜中發(fā)生反應(yīng)，第二在管路中和第二反應(yīng)釜中發(fā)生反應(yīng)，第二釜中的泡沫則使氣體夾帶嚴(yán)重，并由于氣釜中的泡沫則使氣體夾帶嚴(yán)重，并由于氣節(jié)作用使泵損壞。節(jié)作用使泵損壞。四個(gè)外循環(huán)泵并聯(lián)的反應(yīng)器示意圖四個(gè)外循環(huán)泵并聯(lián)的反應(yīng)器示意圖:4 、外環(huán)流反應(yīng)器、外環(huán)流反應(yīng)器: 鑒于鑒于1964年失敗的教訓(xùn)，年失敗的教訓(xùn)，1965年便把每個(gè)釜都改年便把每個(gè)釜都改成外循環(huán)反應(yīng)器，即把外循環(huán)反應(yīng)器串聯(lián)成一組。同

6、成外循環(huán)反應(yīng)器，即把外循環(huán)反應(yīng)器串聯(lián)成一組。同時(shí)，新料和循環(huán)料均改由多孔噴嘴切線方向進(jìn)料。結(jié)時(shí)，新料和循環(huán)料均改由多孔噴嘴切線方向進(jìn)料。結(jié)果節(jié)約了能量，使能耗指數(shù)比果節(jié)約了能量，使能耗指數(shù)比1956年下降年下降60。5 、用氣流攪拌代替機(jī)械攪拌、用氣流攪拌代替機(jī)械攪拌: 從前一設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)摸索到，如果精從前一設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)摸索到，如果精心設(shè)計(jì)循環(huán)速率和噴嘴結(jié)構(gòu)，則機(jī)械攪拌心設(shè)計(jì)循環(huán)速率和噴嘴結(jié)構(gòu)，則機(jī)械攪拌便可省略。當(dāng)然，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)尺寸，主便可省略。當(dāng)然，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)尺寸，主要是高徑比發(fā)生了變化。要是高徑比發(fā)生了變化。 結(jié)果使設(shè)備結(jié)構(gòu)大大結(jié)果使設(shè)備結(jié)構(gòu)大大 簡化。但是循環(huán)管尚簡化。但是循環(huán)

7、管尚 末取消。末取消。 19631964年間發(fā)表了該反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)與反應(yīng)年間發(fā)表了該反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)與反應(yīng)機(jī)理方面的論文，根據(jù)該反應(yīng)是復(fù)雜的串聯(lián)反應(yīng)的規(guī)機(jī)理方面的論文，根據(jù)該反應(yīng)是復(fù)雜的串聯(lián)反應(yīng)的規(guī)律，得出了活塞流反應(yīng)器最理想的結(jié)論。硝酸從第一律，得出了活塞流反應(yīng)器最理想的結(jié)論。硝酸從第一隔區(qū)加入，醇、酮從各隔區(qū)噴入。隔區(qū)加入，醇、酮從各隔區(qū)噴入。6 、活塞流反應(yīng)器設(shè)想、活塞流反應(yīng)器設(shè)想:這種設(shè)計(jì)有許多好處這種設(shè)計(jì)有許多好處:第一，反應(yīng)過程中有氣泡產(chǎn)生。初生氣泡很小，第一，反應(yīng)過程中有氣泡產(chǎn)生。初生氣泡很小，因此其內(nèi)應(yīng)力極大，氣泡劇烈震動(dòng)，可使給熱因此其內(nèi)應(yīng)力極大，氣泡劇烈震動(dòng)，可使給熱系數(shù)接近核沸

8、騰時(shí)的給熱系數(shù)。此外，排熱管系數(shù)接近核沸騰時(shí)的給熱系數(shù)。此外，排熱管置在反應(yīng)區(qū)置在反應(yīng)區(qū)(即放熱區(qū)即放熱區(qū))，可避免堵管。，可避免堵管。第二，氣泡起攪拌作用，無須機(jī)械攪拌。第二，氣泡起攪拌作用，無須機(jī)械攪拌。第三，冷卻水走管內(nèi)，減少應(yīng)力腐蝕。第三，冷卻水走管內(nèi)，減少應(yīng)力腐蝕。第四，利用液位差流動(dòng)，從而革掉了循環(huán)泵。第四，利用液位差流動(dòng)，從而革掉了循環(huán)泵。 硝酸濃度的線性變化代替了原先反應(yīng)器硝酸濃度的線性變化代替了原先反應(yīng)器的階式變化，即物料流型從近似全混流過渡的階式變化，即物料流型從近似全混流過渡到活塞流，從而提高了反應(yīng)收率。這種反應(yīng)到活塞流，從而提高了反應(yīng)收率。這種反應(yīng)器使能耗指數(shù)降低器使能

9、耗指數(shù)降低89，與，與1956年相比，幾年相比，幾乎差一個(gè)數(shù)量級?？梢姡磻?yīng)動(dòng)力學(xué)、流動(dòng)乎差一個(gè)數(shù)量級?？梢?，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、流動(dòng)模型和氣泡等反應(yīng)及傳遞特性的基礎(chǔ)研究成模型和氣泡等反應(yīng)及傳遞特性的基礎(chǔ)研究成果大大地促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展果大大地促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。這種設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)：這種設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)：7 、內(nèi)冷卻式活塞流反應(yīng)器、內(nèi)冷卻式活塞流反應(yīng)器:這個(gè)設(shè)想，于這個(gè)設(shè)想，于1971年著手試驗(yàn)，結(jié)果產(chǎn)生年著手試驗(yàn)，結(jié)果產(chǎn)生了所謂了所謂“內(nèi)冷卻式反應(yīng)器內(nèi)冷卻式反應(yīng)器”。實(shí)踐達(dá)到了預(yù)。實(shí)踐達(dá)到了預(yù)期的高給熱系數(shù)，能耗指數(shù)下降了期的高給熱系數(shù)，能耗指數(shù)下降了89，反，反應(yīng)器生產(chǎn)能力大大提高。在一

10、個(gè)應(yīng)器生產(chǎn)能力大大提高。在一個(gè)1.829米直徑米直徑的反應(yīng)器內(nèi)的處理量大致相當(dāng)于的反應(yīng)器內(nèi)的處理量大致相當(dāng)于1965年時(shí)兩年時(shí)兩個(gè)個(gè)3.355米直徑反應(yīng)器的處理量。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)米直徑反應(yīng)器的處理量。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)大大簡化，投資大大減少大大簡化，投資大大減少省掉了循環(huán)泵、省掉了循環(huán)泵、攪拌器、循環(huán)冷卻管，減少了輔助管線、閥攪拌器、循環(huán)冷卻管，減少了輔助管線、閥門及儀表，簡化了操作，安全性也更好了。門及儀表，簡化了操作，安全性也更好了。下圖即為內(nèi)冷卻式活塞流反應(yīng)器的示意圖下圖即為內(nèi)冷卻式活塞流反應(yīng)器的示意圖:v從整個(gè)發(fā)展過程來看，己二酸反應(yīng)器的從整個(gè)發(fā)展過程來看，己二酸反應(yīng)器的演變可歸納為三個(gè)方面：演變

11、可歸納為三個(gè)方面：v1、反應(yīng)物流型由接近全混流改成接近活、反應(yīng)物流型由接近全混流改成接近活塞流，以適應(yīng)串聯(lián)反應(yīng)的內(nèi)在規(guī)律。塞流，以適應(yīng)串聯(lián)反應(yīng)的內(nèi)在規(guī)律。v2、由深層改為淺層，有利于反應(yīng)產(chǎn)物的、由深層改為淺層，有利于反應(yīng)產(chǎn)物的排出。排出。v3、機(jī)械攪拌改為氣流攪拌，以節(jié)能和減、機(jī)械攪拌改為氣流攪拌，以節(jié)能和減少動(dòng)部件。少動(dòng)部件。演變規(guī)律演變規(guī)律:第二部分第二部分、烴類氧化反應(yīng)器演變烴類氧化反應(yīng)器演變:v 烴類液相氧化反應(yīng)是石油化工廠的支柱之烴類液相氧化反應(yīng)是石油化工廠的支柱之一。它既是自由基反應(yīng)，又是連串反應(yīng)。從自一。它既是自由基反應(yīng)，又是連串反應(yīng)。從自由基反應(yīng)來看，要求有一定返混，以積累一定

12、由基反應(yīng)來看，要求有一定返混，以積累一定的自由基濃度，從連串反應(yīng)來看，要求返混不的自由基濃度，從連串反應(yīng)來看，要求返混不能太大，以保證一定的選擇性。能太大，以保證一定的選擇性。 v1.石蠟氧化石蠟氧化v 石蠟氧化制合成脂肪酸反應(yīng)器的發(fā)展初期，石蠟氧化制合成脂肪酸反應(yīng)器的發(fā)展初期，是間歇操作的攪拌釜，以期引發(fā)和積累一定濃是間歇操作的攪拌釜，以期引發(fā)和積累一定濃度的自由基。后因其比傳熱面積小而改為間歇度的自由基。后因其比傳熱面積小而改為間歇操作的鼓泡塔。反應(yīng)時(shí)間約操作的鼓泡塔。反應(yīng)時(shí)間約20h，以致給人們，以致給人們一個(gè)印象，認(rèn)為石蠟氧化是慢反應(yīng)一個(gè)印象，認(rèn)為石蠟氧化是慢反應(yīng)。v后來石蠟氧化改為多

13、塔串聯(lián)，氣液錯(cuò)流，提高氣后來石蠟氧化改為多塔串聯(lián)，氣液錯(cuò)流，提高氣體表觀速度，使反應(yīng)時(shí)間縮短到體表觀速度，使反應(yīng)時(shí)間縮短到12h左右。左右。近來人們采用多段不泄漏型篩板塔，使表觀近來人們采用多段不泄漏型篩板塔，使表觀氣速提高到約氣速提高到約30cms，結(jié)果使反應(yīng)時(shí)間縮短到，結(jié)果使反應(yīng)時(shí)間縮短到5h，反應(yīng)選擇性也提高了。從而糾正了人們認(rèn)，反應(yīng)選擇性也提高了。從而糾正了人們認(rèn)為烴類氧化反應(yīng)是慢反應(yīng)的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。為烴類氧化反應(yīng)是慢反應(yīng)的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。v石蠟氧化為脂肪酸的一般步驟為石蠟氧化為脂肪酸的一般步驟為:石蠟氧化石蠟氧化:下圖為石蠟氧化制合成脂肪酸反應(yīng)器的演變下圖為石蠟氧化制合成脂肪酸反應(yīng)器的演變:2

14、 、環(huán)己烷氧化、環(huán)己烷氧化: 長期以來，人們在多釜串聯(lián)反應(yīng)器內(nèi)用空氣長期以來，人們在多釜串聯(lián)反應(yīng)器內(nèi)用空氣氧化環(huán)己烷，一步生產(chǎn)環(huán)己醇和環(huán)己酮。后來改氧化環(huán)己烷，一步生產(chǎn)環(huán)己醇和環(huán)己酮。后來改為多塔串聯(lián)一步生產(chǎn)環(huán)己醇和環(huán)己酮，單程轉(zhuǎn)化為多塔串聯(lián)一步生產(chǎn)環(huán)己醇和環(huán)己酮，單程轉(zhuǎn)化率只有率只有3左右，因?yàn)榄h(huán)己烷的氧化反應(yīng)與該氧左右，因?yàn)榄h(huán)己烷的氧化反應(yīng)與該氧化反應(yīng)的中間產(chǎn)物環(huán)己基過氧化氫物分解成環(huán)己化反應(yīng)的中間產(chǎn)物環(huán)己基過氧化氫物分解成環(huán)己醇、酮的分解反應(yīng)，是相互矛盾的。后來改成由醇、酮的分解反應(yīng)，是相互矛盾的。后來改成由四個(gè)環(huán)流反應(yīng)塔串聯(lián)生產(chǎn)環(huán)己基過氧化氫物，而四個(gè)環(huán)流反應(yīng)塔串聯(lián)生產(chǎn)環(huán)己基過氧化氫物

15、，而另用多釜串聯(lián)反應(yīng)器進(jìn)行過氧化氫物的分解，即另用多釜串聯(lián)反應(yīng)器進(jìn)行過氧化氫物的分解，即將氧化反應(yīng)與分解反應(yīng)在不同的反應(yīng)器和不同的將氧化反應(yīng)與分解反應(yīng)在不同的反應(yīng)器和不同的反應(yīng)條件下進(jìn)行，從而可使過程的單程轉(zhuǎn)化率提反應(yīng)條件下進(jìn)行，從而可使過程的單程轉(zhuǎn)化率提高約高約30。下圖為環(huán)己烷空氣氧化生產(chǎn)環(huán)己醇和環(huán)己酮的演變下圖為環(huán)己烷空氣氧化生產(chǎn)環(huán)己醇和環(huán)己酮的演變 : 環(huán)己烷氧化環(huán)己烷氧化:v上面兩個(gè)烴類氧化反應(yīng)器的演變可歸納為三個(gè)方面：上面兩個(gè)烴類氧化反應(yīng)器的演變可歸納為三個(gè)方面：v1、反應(yīng)物流型由全混流變成非全混流，以既滿足自由、反應(yīng)物流型由全混流變成非全混流，以既滿足自由基引發(fā)的內(nèi)在要求，又滿足

16、選擇性的要求?；l(fā)的內(nèi)在要求，又滿足選擇性的要求。v2、使過程由反應(yīng)控制變?yōu)檠醯膫髻|(zhì)控制，既盡量發(fā)揮、使過程由反應(yīng)控制變?yōu)檠醯膫髻|(zhì)控制，既盡量發(fā)揮催化劑的效能，又保證了較好的選擇性。催化劑的效能，又保證了較好的選擇性。v3、由同一條件下同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)要求不同條件的反應(yīng)改、由同一條件下同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)要求不同條件的反應(yīng)改為在不同條件下分別進(jìn)行兩個(gè)不同的反應(yīng)，充分滿足每為在不同條件下分別進(jìn)行兩個(gè)不同的反應(yīng)，充分滿足每個(gè)反應(yīng)的內(nèi)在規(guī)律的要求。個(gè)反應(yīng)的內(nèi)在規(guī)律的要求。v這兩個(gè)例子再一次告訴我們，流動(dòng)模型和反應(yīng)機(jī)理等反這兩個(gè)例子再一次告訴我們，流動(dòng)模型和反應(yīng)機(jī)理等反應(yīng)工程學(xué)的理論大大促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。應(yīng)工

17、程學(xué)的理論大大促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。演變規(guī)律演變規(guī)律:第三部分、烴化反應(yīng)器的演變第三部分、烴化反應(yīng)器的演變:v烴化反應(yīng)很多。這里主要討論芳烴的烴化反應(yīng)，例烴化反應(yīng)很多。這里主要討論芳烴的烴化反應(yīng)，例如苯和聯(lián)苯的烴化反應(yīng)。如苯和聯(lián)苯的烴化反應(yīng)。v1,單塔變雙塔單塔變雙塔 :v長期以來，苯的烴化反應(yīng)是在一個(gè)連續(xù)操作的鼓泡長期以來，苯的烴化反應(yīng)是在一個(gè)連續(xù)操作的鼓泡塔內(nèi)完成的。在烴化時(shí)，同時(shí)發(fā)生反烴化反應(yīng)，烴塔內(nèi)完成的。在烴化時(shí)，同時(shí)發(fā)生反烴化反應(yīng)，烴化與反烴化要求不同的溫度和催化劑濃度，因此，化與反烴化要求不同的溫度和催化劑濃度，因此，反應(yīng)的效率很低。近來，將單塔改成雙塔串聯(lián)，第反應(yīng)的效率很低。近來

18、，將單塔改成雙塔串聯(lián)，第一塔創(chuàng)造有利于烴化反應(yīng)的條件，第二塔維持有利一塔創(chuàng)造有利于烴化反應(yīng)的條件，第二塔維持有利于反烴化的條件。結(jié)果使反應(yīng)收率大大提高了?？捎诜礋N化的條件。結(jié)果使反應(yīng)收率大大提高了?？梢姡磻?yīng)機(jī)理的研究，促進(jìn)了反應(yīng)器的不斷完善。見，反應(yīng)機(jī)理的研究，促進(jìn)了反應(yīng)器的不斷完善。單塔變雙塔單塔變雙塔 :2 、三相反應(yīng)器三相反應(yīng)器 :由于新型烴化反應(yīng)催化劑的出現(xiàn)，人們開始用由于新型烴化反應(yīng)催化劑的出現(xiàn)，人們開始用攪拌釜進(jìn)行氣，液、固三相烴化反應(yīng)，以期得到固攪拌釜進(jìn)行氣，液、固三相烴化反應(yīng)，以期得到固相催化劑的良好懸浮。相催化劑的良好懸浮。為簡化設(shè)備，提高反應(yīng)器生產(chǎn)能力，將攪為簡化設(shè)備，提

19、高反應(yīng)器生產(chǎn)能力，將攪拌釜改成內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器，結(jié)果使反應(yīng)時(shí)間縮短拌釜改成內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器，結(jié)果使反應(yīng)時(shí)間縮短45，大大節(jié)約了能，大大節(jié)約了能 量。量?？梢姶呋瘎┖头纯梢姶呋瘎┖头?應(yīng)器應(yīng)器研究使烴化反應(yīng)研究使烴化反應(yīng) 工藝工藝面貌一新面貌一新。三相反應(yīng)器三相反應(yīng)器 :目前目前,氣氣- 液液- 固三相反應(yīng)在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)固三相反應(yīng)在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè) 中得到廣泛應(yīng)用。如中得到廣泛應(yīng)用。如:氧化、氫化、烴化、氯化、氧化、氫化、烴化、氯化、氨解、混合氣體轉(zhuǎn)變成為炭氫類化合物的合成氨解、混合氣體轉(zhuǎn)變成為炭氫類化合物的合成反應(yīng)以及生物廢水的處理過程中均涉及到三相反應(yīng)以及生物廢水的處理過程中均涉及到三相反應(yīng)。下面具體介

20、紹三相反應(yīng)器反應(yīng)。下面具體介紹三相反應(yīng)器.首先首先,按照物料在過程中的流動(dòng)方式不同按照物料在過程中的流動(dòng)方式不同,將三相反應(yīng)器分為將三相反應(yīng)器分為:涓流床涓流床(又叫滴流床又叫滴流床)、漿、漿態(tài)床、流化床、攜帶床和固定床五種。態(tài)床、流化床、攜帶床和固定床五種。涓流床反應(yīng)器涓流床反應(yīng)器:右圖即為涓流床反應(yīng)器示意圖右圖即為涓流床反應(yīng)器示意圖:涓流床反應(yīng)器主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)涓流床反應(yīng)器主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):(1)氣液流動(dòng)均接近活塞流，氣液流動(dòng)均接近活塞流， 可以獲得高的可以獲得高的轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率 .(2)液體呈膜狀流動(dòng)液體呈膜狀流動(dòng),氣體反應(yīng)物通過液相擴(kuò)氣體反應(yīng)物通過液相擴(kuò)散至固體催化劑外表面的阻力較小

21、散至固體催化劑外表面的阻力較小 .(3)液固比小，液固比小， 若存在液相均相副反應(yīng)時(shí)，若存在液相均相副反應(yīng)時(shí)， 不致于對目的產(chǎn)物的收率產(chǎn)生大的影響不致于對目的產(chǎn)物的收率產(chǎn)生大的影響.(4)壓力降較小，壓力降較小， 以致整個(gè)床層操作壓力較以致整個(gè)床層操作壓力較為均勻?yàn)榫鶆?.(5)反應(yīng)熱效應(yīng)大并使床層內(nèi)反應(yīng)溫度過高反應(yīng)熱效應(yīng)大并使床層內(nèi)反應(yīng)溫度過高時(shí)，可將液相產(chǎn)物再循環(huán)或分段加入冷料時(shí)，可將液相產(chǎn)物再循環(huán)或分段加入冷料進(jìn)行冷激降溫進(jìn)行冷激降溫漿態(tài)床反應(yīng)器漿態(tài)床反應(yīng)器:v 漿態(tài)費(fèi)托漿態(tài)費(fèi)托(FT)合成反應(yīng)器的結(jié)合成反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)比較簡單。其外殼為一圓筒，內(nèi)設(shè)構(gòu)比較簡單。其外殼為一圓筒，內(nèi)設(shè)用于換熱的

22、蒸汽盤管、氣體分布器和用于換熱的蒸汽盤管、氣體分布器和氣液分離器。反應(yīng)器內(nèi)裝有特殊形式氣液分離器。反應(yīng)器內(nèi)裝有特殊形式制備的高活性催化劑。這種粉碎得很制備的高活性催化劑。這種粉碎得很細(xì)的催化劑懸浮在液體介質(zhì)中形成漿細(xì)的催化劑懸浮在液體介質(zhì)中形成漿液。正常條件下，液體介質(zhì)為液。正常條件下，液體介質(zhì)為FT反應(yīng)反應(yīng)生成的反應(yīng)蠟。來自天然氣重整工段生成的反應(yīng)蠟。來自天然氣重整工段的的H2/CO比為比為2左右的合成氣預(yù)熱后左右的合成氣預(yù)熱后從反應(yīng)器底部經(jīng)由氣體分布器進(jìn)入由從反應(yīng)器底部經(jīng)由氣體分布器進(jìn)入由催化劑和催化劑和FT合成蠟組成的漿液，上升合成蠟組成的漿液，上升的氣泡在漿液中與催化劑接觸進(jìn)行合的氣泡

23、在漿液中與催化劑接觸進(jìn)行合成反應(yīng)。反應(yīng)熱由反應(yīng)器內(nèi)的冷卻蛇成反應(yīng)。反應(yīng)熱由反應(yīng)器內(nèi)的冷卻蛇管移出，發(fā)生蒸汽。合成蠟產(chǎn)物通過管移出，發(fā)生蒸汽。合成蠟產(chǎn)物通過Sasol開發(fā)的獨(dú)有的分離工藝在反應(yīng)開發(fā)的獨(dú)有的分離工藝在反應(yīng)器內(nèi)部從含有催化劑的漿液中分離出器內(nèi)部從含有催化劑的漿液中分離出來。來。漿態(tài)床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)漿態(tài)床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn):v 漿態(tài)反應(yīng)器的主要優(yōu)點(diǎn)如下漿態(tài)反應(yīng)器的主要優(yōu)點(diǎn)如下:v(1)結(jié)構(gòu)簡單，投資較省結(jié)構(gòu)簡單，投資較省;v(2)克服了固定床管式反應(yīng)器在反應(yīng)器大小、生產(chǎn)能力克服了固定床管式反應(yīng)器在反應(yīng)器大小、生產(chǎn)能力和操作和操作 壓力等方面的限制，一臺(tái)直徑壓力等方面的限制，一臺(tái)直徑5米的漿態(tài)反

24、應(yīng)米的漿態(tài)反應(yīng)器，其生產(chǎn)能力相當(dāng)于器，其生產(chǎn)能力相當(dāng)于5臺(tái)固定床反應(yīng)器的生產(chǎn)能力之臺(tái)固定床反應(yīng)器的生產(chǎn)能力之和和;v(3)傳熱和溫度控制較好傳熱和溫度控制較好;v(4)產(chǎn)物分布較易控制產(chǎn)物分布較易控制;v(5)可以在線添加或移出催化劑可以在線添加或移出催化劑;v(6)生產(chǎn)同等數(shù)量產(chǎn)品時(shí)，漿態(tài)反應(yīng)器使用的催化劑只生產(chǎn)同等數(shù)量產(chǎn)品時(shí)，漿態(tài)反應(yīng)器使用的催化劑只有固定床反應(yīng)器的有固定床反應(yīng)器的50%，大大節(jié)省了催化劑費(fèi)用，大大節(jié)省了催化劑費(fèi)用流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器:流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器: 流化床按床層中是否置有內(nèi)流化床按床層中是否置有內(nèi)部構(gòu)件可分為部構(gòu)件可分為: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為分為:圓筒型和圓錐型圓筒型和圓錐型:流化床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)流化床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn):v(1)可以使用粒度很小的固體顆粒，有利于消除內(nèi)可以使用粒度很小的固體顆粒，有利于消除內(nèi)擴(kuò)散阻力，充分發(fā)揮催化劑表面利用率擴(kuò)散阻力，充分發(fā)揮催化劑表面利用率;v(2)由于顆粒在流體中處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，顆粒與流體由于顆粒在流體中處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，顆粒與流體接口不斷攪動(dòng)，接口不斷更新，顆粒湍動(dòng)程度增接口不斷攪動(dòng)，接口不斷更新，顆粒湍動(dòng)程度增加，因而其傳熱系數(shù)比固定床大得多當(dāng)大量反應(yīng)加，因而其傳熱系數(shù)比固定床大得多當(dāng)大量反應(yīng)熱放出時(shí)，能夠很快傳出；熱放出時(shí)，能夠很快傳出；v(3)在催化劑必須定期再生，特別是催化劑活

26、性消在催化劑必須定期再生，特別是催化劑活性消失很快而需及時(shí)進(jìn)行再生的情況下，具有優(yōu)越性。失很快而需及時(shí)進(jìn)行再生的情況下，具有優(yōu)越性。固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器:v 固定床又主要分為以下三種固定床又主要分為以下三種:固定床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)固定床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn):v固定床中催化劑不易磨損。固定床中催化劑不易磨損。v床層內(nèi)流體的流動(dòng)接近于平推流，與返混床層內(nèi)流體的流動(dòng)接近于平推流，與返混式的反應(yīng)器相比，可用較少量的催化劑和式的反應(yīng)器相比，可用較少量的催化劑和較小的反應(yīng)器容積來獲得較大的生產(chǎn)能力。較小的反應(yīng)器容積來獲得較大的生產(chǎn)能力。v由于停留時(shí)間可以嚴(yán)格控制，溫度分布可由于停留時(shí)間可以嚴(yán)格控制，溫度分布可以適

27、當(dāng)調(diào)節(jié)，因此特別有利于達(dá)到高的選以適當(dāng)調(diào)節(jié)，因此特別有利于達(dá)到高的選擇性和轉(zhuǎn)化率，在大規(guī)模的化工生產(chǎn)中尤擇性和轉(zhuǎn)化率，在大規(guī)模的化工生產(chǎn)中尤為重要。為重要。三相反應(yīng)器三相反應(yīng)器 :三相反應(yīng)器這六種反應(yīng)床中涓流床研究的較早三相反應(yīng)器這六種反應(yīng)床中涓流床研究的較早, 對于攜帶床對于攜帶床的研究與應(yīng)用一直都很少。近些年來的研究與應(yīng)用一直都很少。近些年來,對于三相反應(yīng)器的研究與對于三相反應(yīng)器的研究與應(yīng)用主要集中在三相淤漿床和三相流化床。應(yīng)用主要集中在三相淤漿床和三相流化床。三相反應(yīng)器之所以應(yīng)用廣泛三相反應(yīng)器之所以應(yīng)用廣泛,主要是因?yàn)槠渚哂幸韵碌膬?yōu)點(diǎn)主要是因?yàn)槠渚哂幸韵碌膬?yōu)點(diǎn): (1) 液相作為熱載體液

28、相作為熱載體,能夠直接與固體催化劑接觸能夠直接與固體催化劑接觸,使得傳質(zhì)傳熱的使得傳質(zhì)傳熱的性能大大改觀性能大大改觀;(2) 反應(yīng)器中多采用液相惰性熱載體反應(yīng)器中多采用液相惰性熱載體,特別適用于強(qiáng)放熱的化學(xué)反特別適用于強(qiáng)放熱的化學(xué)反應(yīng)過程應(yīng)過程;(3) 由于反應(yīng)器內(nèi)部液體處于全混流狀態(tài)由于反應(yīng)器內(nèi)部液體處于全混流狀態(tài),反應(yīng)溫度均勻、控溫簡反應(yīng)溫度均勻、控溫簡單有效單有效,可實(shí)現(xiàn)分級控制溫度可實(shí)現(xiàn)分級控制溫度,使各級均在最佳溫度下進(jìn)行反應(yīng)使各級均在最佳溫度下進(jìn)行反應(yīng),從從而提高了催化劑的選擇性而提高了催化劑的選擇性;(4) 可實(shí)現(xiàn)在操作過程中在線更換催化劑可實(shí)現(xiàn)在操作過程中在線更換催化劑,大大提

29、高設(shè)備的利用率大大提高設(shè)備的利用率, 三相反應(yīng)器作彈性大三相反應(yīng)器作彈性大,適應(yīng)性強(qiáng)。適應(yīng)性強(qiáng)。三相反應(yīng)器的演變過程三相反應(yīng)器的演變過程:v(1) 第一階段第一階段(1960 年年1980 年年) :為基礎(chǔ)研究階段。為基礎(chǔ)研究階段。完成的主要工作有完成的主要工作有,測定給定氣速下保持固體懸浮的測定給定氣速下保持固體懸浮的臨界固體懸浮量臨界固體懸浮量;研究了塔板開孔分布的作用、適宜研究了塔板開孔分布的作用、適宜的固體顆粒尺寸、液體表面張力和液體粘度的固體顆粒尺寸、液體表面張力和液體粘度;研究了研究了在一定的固體懸浮下的固體潤濕度在一定的固體懸浮下的固體潤濕度;研究了錐形塔釜、研究了錐形塔釜、塔徑

30、對臨界氣速塔徑對臨界氣速(即使固體全部懸浮時(shí)的氣速即使固體全部懸浮時(shí)的氣速) 的影的影響。響。v(2) 第二階段第二階段(1980 年年1990 年年) :研究工作更加細(xì)研究工作更加細(xì)化化,進(jìn)一步研究塔徑、固體顆粒成分、混合粒徑尺寸、進(jìn)一步研究塔徑、固體顆粒成分、混合粒徑尺寸、引液管、氣體分布器、固體持流量、塔釜形式以及引液管、氣體分布器、固體持流量、塔釜形式以及塔板上所加的金屬網(wǎng)對臨界氣速的影響。塔板上所加的金屬網(wǎng)對臨界氣速的影響。三相反應(yīng)器的演變過程三相反應(yīng)器的演變過程:(3) 第三階段第三階段(1990 年以后年以后) :在以往所做工作的在以往所做工作的基礎(chǔ)上基礎(chǔ)上,多轉(zhuǎn)向了對于三相反應(yīng)

31、器在某一特定化工過多轉(zhuǎn)向了對于三相反應(yīng)器在某一特定化工過程或?qū)τ诜磻?yīng)器更細(xì)節(jié)問題的研究上。這一階段也程或?qū)τ诜磻?yīng)器更細(xì)節(jié)問題的研究上。這一階段也是我國對于三相反應(yīng)器的研究蓬勃發(fā)展的階段。是我國對于三相反應(yīng)器的研究蓬勃發(fā)展的階段?，F(xiàn)階段對于那些對三相反應(yīng)器的研究較早的國現(xiàn)階段對于那些對三相反應(yīng)器的研究較早的國家來說家來說,主要工作是對催化劑性能進(jìn)行改進(jìn)主要工作是對催化劑性能進(jìn)行改進(jìn),對溶劑對溶劑進(jìn)行進(jìn)一步篩選以及進(jìn)一步完善三相反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步篩選以及進(jìn)一步完善三相反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)。氣升式反應(yīng)器氣升式反應(yīng)器:近年來同三相反應(yīng)器一起成為人們研究熱點(diǎn)的還有近年來同三相反應(yīng)器一起成為人們研究

32、熱點(diǎn)的還有氣升式反應(yīng)器氣升式反應(yīng)器:v氣升式反應(yīng)器是在鼓泡式反應(yīng)器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來氣升式反應(yīng)器是在鼓泡式反應(yīng)器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種用于氣的一種用于氣液、氣液、氣液液液或氣液或氣液液固相過程的固相過程的接觸性反應(yīng)裝置。與鼓泡式反應(yīng)器相比，氣升式反接觸性反應(yīng)裝置。與鼓泡式反應(yīng)器相比，氣升式反應(yīng)器有利于反應(yīng)物之間的混合、擴(kuò)散、傳熱和傳質(zhì)，應(yīng)器有利于反應(yīng)物之間的混合、擴(kuò)散、傳熱和傳質(zhì)，但平均氣含率比較小。而與機(jī)械攪拌式反應(yīng)器相比，但平均氣含率比較小。而與機(jī)械攪拌式反應(yīng)器相比，氣升式反應(yīng)器則具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、易清洗維氣升式反應(yīng)器則具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、易清洗維修、不易染菌、能耗低和剪切應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn)

33、。因此，修、不易染菌、能耗低和剪切應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn)。因此，氣升式反應(yīng)器已廣泛應(yīng)用于生物工程、濕法冶金、氣升式反應(yīng)器已廣泛應(yīng)用于生物工程、濕法冶金、環(huán)保工程、有機(jī)化工和能源化工等領(lǐng)域環(huán)保工程、有機(jī)化工和能源化工等領(lǐng)域氣升式反應(yīng)器氣升式反應(yīng)器:氣升式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡圖氣升式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡圖第四部分、環(huán)流反應(yīng)器的演變第四部分、環(huán)流反應(yīng)器的演變:v環(huán)流反應(yīng)器是一種高效的氣環(huán)流反應(yīng)器是一種高效的氣- 液液,液液- 固或氣固或氣- 液液- 固多相反應(yīng)器固多相反應(yīng)器,是在鼓泡反應(yīng)器的基礎(chǔ)上是在鼓泡反應(yīng)器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。由于環(huán)流反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡單發(fā)展而來。由于環(huán)流反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡單,反應(yīng)器內(nèi)流體作定向流動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)流體

34、作定向流動(dòng),環(huán)流液速快環(huán)流液速快,氣體氣體停留時(shí)間長停留時(shí)間長,氣含率高氣含率高,氣泡比表面積大氣泡比表面積大,相間相間接觸好以及體積傳質(zhì)系數(shù)較大等優(yōu)點(diǎn)接觸好以及體積傳質(zhì)系數(shù)較大等優(yōu)點(diǎn),因此因此在生物、冶金、環(huán)境和石油化工等領(lǐng)域得在生物、冶金、環(huán)境和石油化工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。到廣泛應(yīng)用。1 、內(nèi)環(huán)流與外環(huán)流反應(yīng)器、內(nèi)環(huán)流與外環(huán)流反應(yīng)器: 最初按流動(dòng)形式最初按流動(dòng)形式,環(huán)流反應(yīng)器可分為內(nèi)環(huán)流和外環(huán)流反應(yīng)器可分為內(nèi)環(huán)流和外環(huán)流兩種環(huán)流兩種(圖圖1)。氣體或液體噴射入反應(yīng)器后。氣體或液體噴射入反應(yīng)器后,由由于流體的噴射動(dòng)量和密度于流體的噴射動(dòng)量和密度 降低降低,迫使噴射一側(cè)流體向迫使噴射一側(cè)流體向

35、 上上,對側(cè)流體向下做有規(guī)則對側(cè)流體向下做有規(guī)則 的循環(huán)流動(dòng)的循環(huán)流動(dòng),從而形成良好從而形成良好 的混合和反應(yīng)條件。的混合和反應(yīng)條件。2 、多級環(huán)流反應(yīng)器、多級環(huán)流反應(yīng)器: 漸漸地環(huán)流反應(yīng)器演變出多級環(huán)流反應(yīng)漸漸地環(huán)流反應(yīng)器演變出多級環(huán)流反應(yīng)器器.多級環(huán)流反應(yīng)器有立式和臥式兩種多級環(huán)流反應(yīng)器有立式和臥式兩種,圖圖2 (a) 是用于廢水處理的多級串聯(lián)環(huán)流反應(yīng)器是用于廢水處理的多級串聯(lián)環(huán)流反應(yīng)器,圖圖2 (b)為多個(gè)導(dǎo)流筒立式串聯(lián)的反應(yīng)器為多個(gè)導(dǎo)流筒立式串聯(lián)的反應(yīng)器,圖圖2 (c)為多為多室臥式串聯(lián)反應(yīng)器室臥式串聯(lián)反應(yīng)器,多級反應(yīng)器比單級反應(yīng)器多級反應(yīng)器比單級反應(yīng)器不僅有較高不僅有較高 的傳質(zhì)系的

36、傳質(zhì)系 數(shù)數(shù), 而且而且 能耗低。能耗低。3 、氣升式環(huán)流反應(yīng)器、氣升式環(huán)流反應(yīng)器: 氣升式環(huán)流反應(yīng)器主要有中心氣升、環(huán)隙氣升式環(huán)流反應(yīng)器主要有中心氣升、環(huán)隙氣升和隔板氣升氣升和隔板氣升(圖圖3)三種。氣升式環(huán)流反應(yīng)器三種。氣升式環(huán)流反應(yīng)器中中,由于不同路徑中流體的密度差及流體本身高由于不同路徑中流體的密度差及流體本身高度差的存在度差的存在,形成推動(dòng)力形成推動(dòng)力,迫使流體循環(huán)流動(dòng)。迫使流體循環(huán)流動(dòng)。4 、噴射式環(huán)流反應(yīng)器、噴射式環(huán)流反應(yīng)器:v噴射式環(huán)流反應(yīng)器分為噴射式環(huán)流反應(yīng)器分為 上噴和下噴兩種上噴和下噴兩種(圖圖4)。 液體通過噴咀噴射入反液體通過噴咀噴射入反 應(yīng)器后應(yīng)器后,由于噴射推動(dòng)由

37、于噴射推動(dòng) 和靜壓差推動(dòng)的聯(lián)合作和靜壓差推動(dòng)的聯(lián)合作 用用,液體在器內(nèi)均勻混液體在器內(nèi)均勻混 合并形成環(huán)流流動(dòng)。合并形成環(huán)流流動(dòng)。5 、推進(jìn)器式環(huán)流反應(yīng)器、推進(jìn)器式環(huán)流反應(yīng)器:v推進(jìn)器式環(huán)流反應(yīng)器分推進(jìn)器式環(huán)流反應(yīng)器分 為兩種為兩種(圖圖5) ,它適合于它適合于 處理高粘物料處理高粘物料,內(nèi)部導(dǎo)內(nèi)部導(dǎo) 流筒又可作為換熱器。流筒又可作為換熱器。 但其攪拌軸不易密封但其攪拌軸不易密封, 易泄漏。目前易泄漏。目前,人們對人們對 它的研究還比較少它的研究還比較少。演變規(guī)律演變規(guī)律:從整個(gè)發(fā)展過程來看，環(huán)流反應(yīng)器的演變從整個(gè)發(fā)展過程來看，環(huán)流反應(yīng)器的演變可歸納為兩個(gè)方面：可歸納為兩個(gè)方面：1,環(huán)流反應(yīng)器

38、流體力學(xué)環(huán)流反應(yīng)器流體力學(xué)(氣含率、環(huán)流速率氣含率、環(huán)流速率)和和傳質(zhì)特性的不斷升級傳質(zhì)特性的不斷升級,液相體積傳質(zhì)系數(shù)的不斷液相體積傳質(zhì)系數(shù)的不斷增大增大.2,環(huán)流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式和尺寸不斷優(yōu)化環(huán)流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式和尺寸不斷優(yōu)化第五部分、第五部分、制苯乙烯制苯乙烯反應(yīng)器的演變反應(yīng)器的演變: 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目前苯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)方法除乙苯共氧化法外，主要以目前苯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)方法除乙苯共氧化法外，主要以乙苯催化脫氫為主，其產(chǎn)量占世界苯乙烯總產(chǎn)量的乙苯催化脫氫為主，其產(chǎn)量占世界苯乙烯總產(chǎn)量的85%以上。以上。1 1 、早期的苯乙烯工藝與反應(yīng)器早期的苯乙烯工藝與反應(yīng)器: :19301930年年-1940-1940年年 美國的美國的DowDow公司公司 絕熱脫氫工藝絕熱脫氫工藝 一段絕熱軸向反應(yīng)器一段絕熱軸向反應(yīng)器 德國的巴登苯胺染料公司德國的巴登苯胺染料公司 等溫脫氫工藝等溫脫氫工藝 ( (即目前的即目前的BASFBASF公司公司) ) 等溫管式反應(yīng)器等溫管式反應(yīng)器產(chǎn)品苯乙烯的純度都達(dá)到了產(chǎn)品苯乙烯的純度都達(dá)到了99.6%99.6%。下面具體介紹這幾種反應(yīng)器。下面具體介紹這幾種反應(yīng)器. 2 2 、絕熱正壓脫氫反應(yīng)器絕熱正壓脫氫反應(yīng)器: :循環(huán)乙苯和新鮮乙苯與循環(huán)乙