化学反应器放大问题的理论分析和工业化案例

来源：催化加氢技术研究与加氢催化剂开发应用及反应设备应用研讨会

作者:南京工业大学催化与分离研究室|梅华

编辑:化工邦|葡萄

化学过程中的放大问题

●工程实践方面，我们经常会遇到放大问题，其核心困难就是效率降低

●精细化工中的反应釜尤其明显

●微观上：反应体系内的不均匀（浓度、温度）

●宏观上：分相（气、液、液、固）

●传动时搅拌桨叶的流速与桨叶外的流速相差很大

●需要解决传质、传热、传动的问题，克服阻力

喷射回流反应系统介绍

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典型的回路反应器

02

适用于含固体催化剂的回路循环反应器

回路循环反应器，由反应釜、循环泵、热交换器、过滤器和喷射装置组成。主反应釜中不配搅拌系统和换热系统，所以，它比正常搅拌釜有更大的高径比，只需更小的容积，因此制造成本更低，特别是高压反应。

液体循环的流量、扬程，喷射器的结构尺寸，换热器的选用，是一个相互关联的系统，设计时需要从设备和工艺的角度综合虑，才能保证系统达到预期反应的目的。

03

文丘里喷射器

文丘里喷射器是一种高效的气液混合装置。喷射器是由喷嘴，吸气口，气室，喉管，扩散管，尾管构成；在喷射器中气体被高速的液体卷入，发生强烈混合，气体被分散成细小的气泡，与液相充分接触，实现两相高效的传质、传热。

不同气液接触反应系统对照表

喷射回路反应系统的优越性

①充分的气液混合----高雷诺数液体流动和合理的压力分布②充分的热量交换-----外置的换热器③充分的安全性-----气液分离容易④操作方便---可间歇、也可连续化⑤维护方便---尤其是高压反应

几个案例

设计的喷射器实物

喷射器实物图

回路循环反应器应用现场图

喷射回路反应器使用领域

●各种气液反应：加氢反应氧化反应 烷基化反应羰基化反应 氯化反应 聚合反应●液液反应： 需要相转移催化剂的情形液液萃取

总结

①放大问题的核心是反应体系的不均匀性而带来的传热、传质和传动问题②回路反应器可以实现微米级的混合，解决了传热、传质问题③回路反应器是一个放大了的微反应器，可以用于强放热、高选择性要求领域；④回路反应器可以间隙反应，也可以使间歇反应连续化，达到安全、连续、高效率

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