精細(xì)化工過(guò)程與設(shè)備-chapter

精細(xì)生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品工業(yè)的通稱，簡(jiǎn)稱“精細(xì)、、 中國(guó)等則把這兩類產(chǎn)品統(tǒng)稱為精細(xì)化學(xué)品??基礎(chǔ)化工(如基本有機(jī)化工、無(wú)機(jī)化工精細(xì)化工要考慮有關(guān)成本和最終收益的很多因素按結(jié)構(gòu)和用途分容器、塔器、換熱器、反應(yīng)器（反應(yīng)釜、塔式、固定床、流化床、管式反應(yīng)器）、攪拌器、分離器、器按結(jié)構(gòu)材質(zhì)非金屬材料襯里設(shè)備：襯橡膠、塑料、耐火材料、搪按受壓情況常壓設(shè) 低壓設(shè)備（代號(hào)L）中壓設(shè)備（代號(hào)M）（1.6MPa≤P<10Mpa）高壓設(shè)備（代號(hào)H）（10MPa≤P<100Mpa）壓設(shè)備（代號(hào)U）（P≥100Mpa）v上編v上編v下編v下編

ü塔ü固定ü干ü膜分離技 上編反應(yīng)過(guò)程與設(shè) 反 上編反應(yīng)過(guò)程與設(shè) 一個(gè)好的反應(yīng)器應(yīng)提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、減少副充分而有效地利用原提高生產(chǎn)能降低反應(yīng)過(guò)程中的能量消減輕分離裝置負(fù)荷和降低分離所需能為操作控制提供方vv上編反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備綜合考慮反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng)、混合、傳熱、傳質(zhì)和反應(yīng)ChapterChapter1.1.精細(xì)化工生產(chǎn)的特點(diǎn)及其品種多，小批量，更新?lián)Q代表面活性劑：家用、工業(yè)用、日常用化妝品類5000多個(gè)品種 食品添加劑：紡織中用量≤3-5種類達(dá)到5200（2） 如H生產(chǎn)涉及化學(xué)反應(yīng)的單元操作有7個(gè)

145o

H2SO4 +

SO3HH2SO4155o

+

45-48

+

+

+

+9Fe+

+ NaCl,H2SO4

178-3SONa+2NaOH6.5-3

+Na2SO3+

+H 90- +Na

H綜合生產(chǎn)流程和多功能生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)；間歇裝大量應(yīng)用復(fù)配技應(yīng)用對(duì)象特殊，單一物不能滿足要求:多劑型，復(fù)配;高技術(shù)密集流程長(zhǎng)，單元反應(yīng)多，中間控制嚴(yán)格具有功能性或最終使用性商品性強(qiáng)，多數(shù)以商品名銷售附加價(jià)值高等。。。。。建立合適的濃度、溫度分布體系22按結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)可將反應(yīng)器分為（a）管式反應(yīng) （b）釜式反應(yīng) （c）板式塔（d）填料 （e）鼓泡塔（f）噴霧 （g）固定床反應(yīng)（h）流化床反應(yīng)

移動(dòng)床反應(yīng)滴流床反應(yīng)；；22(1)管(1)管式反應(yīng)特征長(zhǎng)度遠(yuǎn)較管徑大，內(nèi)部中空，沒(méi)有任何構(gòu)件如，由輕油裂解生產(chǎn)乙烯所用裂解爐(2)釜式反應(yīng)特征：大部分用于均相反應(yīng)，也可用于多22.(3)塔(3)塔式反應(yīng)特征：高度一般為直徑的數(shù)倍以至篩板等構(gòu)件。主要用于兩種流體反應(yīng)的過(guò)程，如氣液反應(yīng)塔內(nèi)流體的流動(dòng)形式逆流也可以并流，視反應(yīng)具體情況而定。22.(4)固定床(4)固定床反特征：反應(yīng)器內(nèi)填充有固定不動(dòng)的固體顆如，氨合成、甲醇合成、苯氧化及鄰二甲苯氧化反應(yīng)圖例列管式固定床反應(yīng)器管內(nèi)裝催化劑反應(yīng)物料自上而下通過(guò)床層（5）（5）特征：有固體顆粒參與的反應(yīng)器，這些固體顆粒處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；稱沸騰床(因?yàn)檫@種床層具有與液體相似的性質(zhì)，因此也把它叫做假液化層應(yīng)用：流應(yīng)用：流化床反應(yīng)器可用于氣-固、液-固及氣-液固催化反典型例子：催化裂解反應(yīng)一些氣固相催化反應(yīng)，如萘氧化、丙烯氨氧化和丁烯氧化脫氫等圖例液體自分布板下送入，均勻地流過(guò)顆粒層動(dòng)，再增大流速即進(jìn)入流動(dòng)狀態(tài)。（6）（6）應(yīng)用：（7）（7）通常反應(yīng)氣體與液體自上而下并流流動(dòng)。工業(yè)反應(yīng)工業(yè)反應(yīng)間歇操半連續(xù)（或半間歇）33連續(xù)操連續(xù)操（1）間歇操v操作方法：其中主要是反應(yīng)產(chǎn)物以及少量未被轉(zhuǎn)化的原料v基本特征反應(yīng)器內(nèi)物系的組成隨時(shí)間而3v對(duì)于單一反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物R的濃度則v若反應(yīng)物系中同時(shí)存在多個(gè)化學(xué)反應(yīng)，v采用間歇操作的反應(yīng)器幾乎都是釜式

連續(xù)操特征連續(xù)地將原料輸入反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物也連續(xù)地從反應(yīng)器中流出；反應(yīng)物

處的反應(yīng)產(chǎn)物（通常為逐漸升逐漸降 連續(xù)反應(yīng)器中逐漸升反應(yīng)物反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)物反應(yīng)產(chǎn)物出口處的對(duì)于可逆反應(yīng)，無(wú)論均以平衡Caf或度為極（2）連續(xù)操大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的反應(yīng)器絕大部分都是采用連續(xù)操作；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化（3）（3）半連續(xù)操原料與產(chǎn)物只要其中的一種為連續(xù)輸入或輸出，而其余則為分批例如，由氯氣和苯生產(chǎn)一氯苯：苯一次加入反應(yīng)器內(nèi)，氯氣則連續(xù)通人反應(yīng)器，未反應(yīng)的氯氣連續(xù)從反應(yīng)器排出，當(dāng)反應(yīng)物系的產(chǎn)品分布符合要求時(shí)停止通氯氣，卸出反應(yīng)產(chǎn)物。44反應(yīng)器計(jì)基本反應(yīng)器計(jì)基本方程熱量衡算動(dòng)量衡算反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程物料衡算聯(lián)合求當(dāng)反反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程條件反應(yīng)混合物已經(jīng)混合反應(yīng)時(shí)不存在擴(kuò)散阻式中式中以組分A表示的化學(xué)反應(yīng)速度反應(yīng)器有效體nA組分A的物質(zhì)的量影響均相反應(yīng)速度的主要因素表示反應(yīng)速度與影響因素間函數(shù)關(guān)系的式子稱為反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式，或稱反應(yīng)速度方程式。如果反應(yīng)A→R為n級(jí)不可逆反應(yīng)，其動(dòng)力學(xué)方程式可rA= VRd

=kCn式中 反應(yīng) 反應(yīng)級(jí)CA反應(yīng)物A的濃對(duì)于簡(jiǎn)對(duì)于簡(jiǎn)單化學(xué)反應(yīng)，aA+bB=lL+物物料衡算的空間基由于反應(yīng)器內(nèi)溫度和反應(yīng)物濃度等參數(shù)隨空間和時(shí)間入微元體積－的反應(yīng)物量Ⅰ

微元體積的反應(yīng)物量

—元體積內(nèi)轉(zhuǎn)化＝Ⅲ

物的積累量Ⅳ第Ⅲ項(xiàng)決定于微元時(shí)間dτ和微元體積dVR內(nèi)的溫微元體積dVR內(nèi)反應(yīng)物改變量。微元時(shí)間內(nèi)進(jìn) 所帶進(jìn)的熱量Ⅰ

微元體積的 Ⅱ

微元時(shí)間、微體積內(nèi)由于反應(yīng)－產(chǎn)生的熱量式中式中第Ⅰ、Ⅱ項(xiàng)是微元時(shí)間dτ內(nèi)，微元時(shí)間內(nèi)微體積傳遞至環(huán)境＝Ⅳ

的積累Ⅴ變化的函數(shù)關(guān)系。反應(yīng)均有顯著的反應(yīng)均有顯著的熱效應(yīng)，隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，物系的溫度也有所變化，而溫度變化又會(huì)影響反應(yīng)速度，所以，必須進(jìn)行熱量衡算，以計(jì)算反應(yīng)器內(nèi)各點(diǎn)溫度（或各個(gè)時(shí)間的溫度），從而進(jìn)一步確定該點(diǎn)（或該時(shí)間）的化學(xué)反應(yīng)速度。55理想反應(yīng)器是指流體的流動(dòng)混合處于理想狀況流動(dòng)混合的兩種理想極限情況：理想混合和理想置換(1理想混合反應(yīng)器內(nèi)物料達(dá)到了完全的混合，各點(diǎn)濃度、溫度完全均一攪拌良好的釜式反應(yīng)度、溫度均一，僅隨反應(yīng)時(shí)間改變。連續(xù)操作時(shí)，物料一進(jìn)入反應(yīng)器，立即與反應(yīng)器內(nèi)物料混合，反應(yīng)器內(nèi)濃度、溫度均一，且與出料口的物料濃度、溫度相同，不隨時(shí)間改變。攪拌良好的釜式反應(yīng)器可以認(rèn)為是理想的混合(2(2理想置換理想混合流 理想置換流C-濃度 下標(biāo)：A-反應(yīng)R-66的化學(xué)工程問(wèn)題研研反應(yīng)器相應(yīng)增工業(yè)規(guī)模生新的化學(xué)產(chǎn)以相似理論和因次分析為基礎(chǔ)的相似 長(zhǎng)期采取的長(zhǎng)期采取的方逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)：根研究結(jié)果，通過(guò)小型反器進(jìn)行