化学反应器的控制

5.2　化学反应器的控制

化学反应在化学反应器中进行，化学反应器是化工生产中的重要设备之一。化学反应器的类型很多，按照反应器进、出物料的状况，可分为间歇式与连续式两类。间歇式反应器通常应用于生产批量小、反应时间长或反应的全过程对反应温度有严格程序控制要求的场合。间歇式反应器的控制大多应用时间程序控制方式，即设定值按照一个预先规定的时间程序而变化，因此属典型的随动控制系统。目前，用于基本化工产品生产的相当数量的大型反应器均采用连续的形式，这样可以连同前后工序一起连续而平稳地生产。对于连续式反应器，为了保持反应的正常进行，希望控制反应器内的若干关键工艺参数（如温度、成分、压力等）稳定。因此，通常采用定值控制系统。

由于化学反应过程伴有化学和物理现象，涉及能量、物料平衡及物料动量、热量和物质传递等过程，因此化学反应器的操作一般比较复杂。反应器的自动控制直接关系到产品的质量、产量和安全生产。

5.2.1 化学反应器的控制要求和被控变量的选择

化学反应器自动控制的基本要求，是使化学反应在符合预定要求的条件下自动进行。

关于化学反应器的控制要求及被控变量的选择，一般需从质量指标、物料和能量平衡、约束条件等三方面考虑。

1．质量指标

化学反应器的质量指标一般指反应的转化率或反应生成物的规定浓度。转化率是直接质量指标，显然，转化率应当是被控变量。如果不能直接测量转化率，可选取几个与其相关的工艺变

量，经运算去间接控制转化率。

因为化学反应过程总伴随有热效应，因此温度是最能表征质量的间接控制指标。

一些反应过程也用出料浓度作为被控变量。例如，焙烧硫铁矿或尾砂的反应，可取出口气体中的SO 2含量作为被控变量。但

因成分分析仪表价格昂贵、维护困难等原因，通常采用温度作为间接质量指标，必要时可辅以压力和处理量（流量）等控制系

统，即可满足反应器正常操作的控制要求。

以温度、压力等工艺变量作为间接控制指标，有时并不能保证质量稳定。在扰动作用下，当反应转化率或反应生成物组分与温度、压力等工艺变量之间不呈现单值函数关系时，需要根据工况变化去改变温度控制系统中的设定值。在有催化剂的反应器中，由于催化剂的活性变化，温度设定值也要随之改变。

2．物料和能量平衡

在反应器运行过程中必须保持物料和能量的平衡。为了使反应器的操作正常、反应转化率高，需要保持进入反应器各种物料量的恒定，或使物料的配比符合要求。为此，对进入反应器的物料常采用流量的定值控制或比值控制。此

外，在部分物料循环的反应过程中，为保持原料的浓度和物料的平衡，需另设辅助控制系统，如合成氨生产过程中的惰性气体自动排放系统等。

反应过程伴有热效应。要保持化学反应器的热量平衡，应使进入反应器的热量与流出的热量及反应生成热之间相互平衡。能量平衡控制对化学反应器来说至关重要，它决定反应器的安全生产，也间接保证化学反应器的产品质量达到工艺规定的要求。因此，应设置相应的热量平衡控制系统。例如，及时移走反应热，以使反应向正方向进行等。而一些反应过程，在反应初期要加热，反应进行后要移热，为此，应设置加热和移热的分程控制系统等。

3．约束条件

与其他单元操作设备相比，反应器操作的安全性具有更重要的意义，这样就构成了反应器控制中的一系列约束条件。例如，为防止反应器的工艺变量进入危险区或不正常工况，应该配置一些报警、联锁装置或自动选择性控制系统。

5.2.2 化学反应器的基本控制策略

由于反应器在结构、物料流程、反应机理和传热、传质情况等方面的差异，所以自控的难易程度相差很大，自控方案的差别也很大。本节仅对化学反应器的基本控制方法予以简单介绍。影响化学反应的扰动主要来自外部，因此，控制外围是反应器控制的基本控制策略。采用的基本控制方法如下所述。

（1）反应物流量的控制。为保证进入反应器的物料的恒定，可采用反应物料流量的定值控制，同时，控制生成物流量，使由反应物带入反应器的热量和由生成物带走的热量也能够平衡。反应转化率较低、反应热较小的绝热反应器或反应温度较高、反应放热较大的反应器，采用这种控制策略有利于控制反应的平稳进行。

（2）流量的比值控制。多个反应物料之间的配比恒定是保证反应向正方向进行所必需的，因此，不仅要在静态时需保持相应的比值关系，在动态时也要保证相应的比值关系，有时，需要根据反应的转化率或温度等指标及时调整相应的比值。为此，可采用单闭环、双闭环比值控制系统，有时也可采用变比值控制系统。

（3）反应器冷却剂量或加热剂量的控制。当反应物的流量稳定后，由反应物带入反应器的热量就基本恒定，如果能够控制放热反应器的冷却剂量或吸热反应器的加热剂量，就能够使反应过程的热量平衡，使副反应减少，及时地移热或加热，有利于反应向正方向进行。因此，可采用对冷却剂量或加热剂量进行定值控制或将反应物流量作为前馈信号组成的前馈-反馈控制系统。

（4）化学反应器的质量指标是最主要的控制目标。因此，对反应器的控制，主要被控变量是反应的转化率或反应生成物的浓度等直接质量指标，当直接质量指标较难获得时，可采用间接质量指标。例如，将温度或带压力补偿的温度等作为间接质量指标，操纵变量可以采用进料量、冷却剂量或加热剂量，也可以采用进料温度等进行外围控制。

5.2.3 几种典型反应器的控制方案

1．一个间歇式反应器的控制方案

目前，大型化工生产过程所使用的聚合反应釜，其容量相当庞大，反应的放热量也很大，而传热效果往往又很不理想，控制其反应温度的平稳已经成为过程控制中的一个难题。实践经验证明，这类反应器的开环响应特性往往是不稳定的，假如在运行过程中不及时有效地移去反应热，则由于反应器内部的正反馈，将使反应器内的温度不断上升，以致达到无法控制的地步。从理论上说，增加反应器的传热面积或加快传热速率，使移走热量的速率大于反应热生成的速率，就能提高反应器操作的稳定性。但是，由于设计上与工艺上的困难，对于大型聚合反应釜是难以实现这些要求的，因此，只能在设计控制方案时对控制系统的实施提出更高的要求，来满足聚合反应釜工艺操作的质量指标和安全运行要求。下面介绍几个参考方案。

如图5.21所示，是聚丙烯腈反应器的内温控制方案。由丙烯腈聚合成聚丙烯腈的聚合反应要在引发剂的作用下进行，引发剂等物料连续地加入聚合釜内，丙烯腈通过计量槽同时加入，当反应达到稳定状态时，将制成的聚合物加入到分离器中，以除去未反应的单体物料。在聚合釜中发生的聚合反应有以下三个主要特点：

① 在反应开始前，反应物必须升温至指定的最低温度； ② 该反应是放热反应；

③ 反应速度随温度的升高而增加。

为了使反应发生，必须要在反应开始前先把热量提供给反应物。但是，一旦反应发生后，又必须将热量及时从反应釜中移走，以维持一个稳定的操作温度。此外，单体转化为聚合物的转化率取决于反应温度、反应时间（即反应物在反应器中的停留时间）。因此，首先需要对反应器实行定量喂料，来维持一定的停留时间。其次，需要对反应器内的温度进行有效的控制。在图5.22所示的控制方案中，包括两个主要控制回路，如下所述。

（1）反应釜内温与夹套温度的串级分程控制。采用以反应釜内温为主被控变量、夹套温度为副被控变量组成的串级控制系统，并通过控制进夹套的蒸汽阀和冷却水阀

（分程控制）以实现给反应釜供热或除热的操作。

（2）反应物料入口温度的分程控制。通过控制反应釜入口换热器的热水阀和冷水阀以稳定物料带入反应釜的热量。

反应釜的内温控制亦可采用反应釜内温对夹套温度的串级分程控制，同时控制反应器入口换热器热水阀和冷水阀及进夹套的冷却水阀和蒸汽阀，通过给反应釜供热或除热的操作，分别控制进料过程和反应过程的物料温度，使其能符合工艺的要求。

图5.21 聚合釜的内温控制方案之一

图5.22 聚合釜的内温控制方案之二

此外，为克服反应釜因容量大、热效应强、传热效果却不理想而造成的滞后特性，也可选取反应釜内温为主被控变量、釜内压力为副被控变量组成的串级控制系统，以提高对反应温度的控制精度。

2．一个连续反应器的控制方案

化学反应器控制方案的设计，除了考虑温度、转化率等质量指标的核心问题之外，还必须考虑反应器的其他问题，如安全操作、开（停）车等，以使反应器的控制方案比较完善。下面以一个连续反应器为例来说明其全局控制方案。

如图5.23所示，是一个连续反应器的控制方案。在反应器中物料A 与物料B 进行合成反应，生成的反应热从夹套中通过循环水除去，反应的放热量与反应物流量成正比。A 进料量大于B 进料量。反应速度很快，而且反应完成的时间比停留的时间短。反应的转化率、收率及副产品的分布取决于物料A 与物料B 的流量之比，物料平衡是根据反应器的液位改变进料量而达到的。工艺对自动控制设计提出的要求如下：

① 平稳操作，转化率、收率、产品分布均要确保恒定；

② 安全操作，而且要尽可能减少硬性停车；

③ 保证较大的生产能力。

图5.23 连续反应器的控制方案

通过深入分析调研，最后确定了一个前馈-反馈控制系统及比较完整的软保护控制方案。下面分别予以介绍。

（1）反应器温度的前馈-反馈控制系统。当进料流量变化较大时，应引入进料流量作为前馈信号，组成前馈-反馈控制系统。图5.23中采用以反应器温度（质量指标）为被控变量、以物料A 的进料量为前馈输入信号构成的

单回路前馈-反馈控制系统。在前馈控制回路中选用PD 控制器作为前馈的动态补偿器。此外，由于温度控制器采

用积分外反馈（I 0）来防止积分饱和，因此，前馈控制

器输出采用直流分量滤波。由于这些反应在反应初期要

加热升温，反应过程正常运行时，要根据反应温度加热

或除热，故采用分程控制，通过控制回水和蒸汽流量来

调节反应温度。

（2）反应器进料的比值控制系统。反应器进料的比值控制系统与一般的比值控制系统完全相同。但是，在控制物料B 的流量时，工艺上提出了以下限制条件：

① 反应器温度低于结霜温度时，不能进料；

② 若测量出的比值过大，不能进料；

③ 物料A 的流量达到低限以下时，不能进料；

④ 反应器液位达到低限以下时，不能进料；

⑤ 反应器温度过高时，不能进料。

显然，应用选择性控制系统可以实现这五个工艺约束条件，具体实施方案有多种。但是，它们的动作原理均鉴于当工况达到上述安全软限时，由选择性控制器取代正常

工况下的比值控制器

的输出，从而切断B 的进料。在此不作详细介绍。

C F f

（3）反应器的液位及出料控制系统。如图5.23所示的控制方案，

是通过调节物料A 的流量来达到对反应器液位的控制要求的。除了图示的控制系统之外，还需要考虑对物料A 流量的两个附加要求： ① 进料速度要与冷却能力配合，不能太快；

② 开车时，如果反应器的温度低于下限值，则不能进料，同时也

要求液位低于下限值时不能关闭进料阀。

此外，反应器的出料主要是由反应物的质量和后续工序来决定的。

设计产品出料控制系统的原则如下：

① 反应器的液位低于量程的25%时应当停止出料；

② 开车时的出料质量与反应温度有关，故须等反应温度达到工艺

指标时才能出料；反之，如果反应温度低于正常值时应停止出料。据此，同样可以设置一套相应的选择性控制系统来满足出料的工

艺操作要求。

在实际应用时，一个连续反应器还需配置一套比较完善的开、停

车程序控制系统，与上述控制系统相结合，以达到较高的生产过程自动化水平。

论述化学反应器的分类和化学反应的基本类型

论述化学反应器的分类和化学反应的基本类型 <一>化学反应的基本类型摘要一提到化学反应类型，不少学生都认为是“化学反应基本类型”，答案只能在化合反应、分解反应、置换反应、复分解反应四种情况里选一种，除此之外的答案都是错的，这给学生带来很大困惑。本文探讨了“化学反应基本类型”的本质和局限性，并探讨了复分解反应的两个疑难问题。本文还详细介绍啦化学反应器的分类，让大家更详细的了解到在化学应用中化学反应器的分类关键词；化学反应器化学反应基本类型原理一、问题的提出化学反应的基本类型有四种，即化合反应，分解反应，置换反应，复分解反应。在对化学反应进行分类时，学生常遇到以下困惑： 1.氧化还原反应、中和反应等反应为什么不属于反应基本类型？ 2.有很多反应为什么没有相应的反应基本类型？ 3.非金属氧化物与碱的反应为什么不属于复分解反应？ 4.碳酸盐与酸的反应被认为是复分解反应，这是为什么？对于这些问题，机械地利用概念来解释，缺乏说服力，而且第四个问题用概念无法解释，因为复分解反应的概念是两种化合物相互交换成分，生成另外两种化合物的反应，第四种反应有三种化合物生成。欲解决这些问题，需要弄清楚“反应基本类型”内涵和外延。二问题的解决（一）探究所描述的化学反应信息从具体实例来探究“反应基本类型”所描述的化学反应信息。 1. 3Fe+2OFeO，化合反应——几种成分（Fe和O）结合在一起。 2. 2Fe(OH)=FeO+3HO，分解反应——结合在一起的几种成分（Fe、O、H）分开。 3. Fe+CuSO=FeSO+Cu，置换反应——一种成分（Fe）替换另一种成分（Cu）。 4. 2Fe(OH)+6HCl=2FeCl+6HO，复分解反应——正价态成分（Fe和H）或负价态成分（OH 根和Cl）相互交换。四种基本类型都是通过成分组合方式的变化来描述化学反应过程的，这就是“反应基本类型”的内涵。而氧化还原反应是通过电子的转移来描述化学反应过程的，中和反应是通过酸碱性的相互消除来描述化学反应过程的，它们的内涵与“反应基本类型”不相符合，所以都不把它们列入“反应基本类型”的范畴。（二）反应基本类型外延 “反应基本类型”的外延只有四种，面对纷繁复杂的化学反应，这样的外延太窄了，部分反应特别是很多的有机化学反应被排除在“反应基本类型”之外。如同很多观众到了一个小剧场，位子不够，一部分人无法对号入座。所以像这样的情况，并不意味着它们根本上没有相应的反应类型，只是目前还不能对它们变化的特点进行恰当描述罢了。查现代汉语词典，“基本”的含义有：①根本：人民是国家的～。②根本的：～矛盾。③主要的：～条件∣～群众。④大体上：大坝工程已经～完成。用“基本”来修饰反应类型，是哪种含义呢？是“根本”（最重要的意思）的反应，其它反应都不重要？是“主要的”反应，其它反应都是次要的反应？无论选择那种含义，都不合适。

MCR-3型微波化学反应器分析

MCR-3型微波化学反应器一、加热原理微波是一种波长极短的电磁波，它和无线电波、红外线、可见光一样，都属于电磁波，微波的频率范围从300MHz到300KMHz，即波长从1毫米到1米的范围。微波加热的原理：微波加热就是将微波作为一种能源来加以利用，当微波与物质分子相互作用，产生分子极化、取向、摩擦、碰撞、吸收微波能而产生热效应，这种加热方法就称为微波加热。微波加热是物体吸收微波后自身发热，加热从物体内部、外部同时开始，能做到里外同时加热。不同的物质吸收微波的能力不同，其加热的效果各不相同，这主要取决于物质的介质损耗。微波加热的特点： 1、快速加热。微波能以光速（3×1010cm/s）在物体中传播，瞬间（10-9 秒以内）就能把微波能转换为物质的热能，并将热能渗透到被加热物质中，无需热传导过程。 2、快速响应能力。能快速启动、停止及调整输出功率，操作简单。

3、加热均匀。里外同时加热。 4、选择性加热。介质损耗大的，加热后温度高，反之亦然。 5、加热效率高。由于被加热自身发热，加热没有热传导过程，因此周围的空气及加热箱没有热损耗。 6、加热渗透力强。透热深度和波长处于同一数量级，可达十几厘米，而红外加热为表面加热，渗透深度仅为微米数量级。二、产品特点 MCR-3型微波化学反应器采用了最新科技，确保您的实验顺利进行。 1.微波连续输出方式：研究表面，脉冲微波在“开”和“关”的瞬间会产生高阈值电磁脉冲，出现温度大幅震荡现象，也极易破坏有机分子形态，从而影响实验结果的一致性。微波连续输出方式确保在实验进行过程中时刻存在微波。克服了脉冲微波给实验带来的不利影响。 2.微型计算机自适应PID调节技术：有效克服超调现象的发生。PID参数可以自适应整定，灵活适应不同的操作环境，当环境温度，反应物质容积，极性，热熔发生改变，MCR-3型微波化学反应器可以适应由此带来的影响，自动修改PID参数，使机器适应于新的环境，保持控温精度不降低。 3.采用镀四氟铂电阻温度传感器：镀四氟温度直接插入发热体系内部，采集反应体系内部温度，可靠的屏蔽装置有效消除任何电磁波的干扰和自热效应，使采集数据更为可靠。四氟乙烯温度传感器有效抵御酸、碱，有机溶液的腐蚀。 4.采用多段工作模式：您可以设置5工作时段工作。一般工作结束后，化学反应器自动转向下一段连续工作。每个时段下都可独立设置最高功率，温度，时间，MCR-3型微波反应器将在每段中都达到最优状态。 5.显示实时曲线功能：让您可以更直观的查看温度变化的情况。只需要按下翻页键，就可以看到温度曲线。 6.存储参数功能：您的输入参数将保持在闪存中，方便您下次开机操作，不用再重复输入。本机采用Flash 存储器可以在关机或者停电时永久保存数据。 7.采用大面积触摸面板：按键分布符合操作习惯，分部间隔合理，操作手感更为舒适。并有声音提示功能。 8.采用大屏幕液晶显示：有效像素320×240，屏幕尺寸高达123mm×94mm。同步显示，五个时段所设置工作条件，以及微波工作状态，微波功率，实时温度，工作时间。使视野更广阔，观看更为舒适。 9.温度误差修正功能，若显示温度与实际温度出现误差，可通过微型计算机采取修改。 10.具有安全的连锁开关：在任何情况下打开炉门都会停止微波辐射，保障使用者的安全。 11.磁控管过热保护功能：当一次使用时间过长或者异常情况导致磁控管温度高时，本机可自动切断磁控管电源，避免磁控管的损伤。

化学反应工程反应器的分类

依据反应器的操作方法，可分为：间歇式反应器（Batch reactor）连续式反应器（Continuous reactor）半间歇式反应器（Semi－batch reactor）依据反应器的热力学条件，可分为：等温反应器（Isothermal reactor）非等温反应器（Nonisothermal reactor）绝热式反应器（Adiabatic reactor）非绝热式反应器（Non-adiabatic reactor）依据反应器外型与结构，可分为：槽（釜）式反应器（Tank reactor）管式反应器（Tubular reactor）塔式反应器（Column reactor）依据反应物料的相态，可分为：均相反应器（Homogeneous reactor）非均相反应器（Heterogeneous reactor）依据反应物料流动特性，可分为：塞流反应器（Plug flow reactor）层流反应器（Laminar flow reactor）紊流反应器（Turbulent flow reactor）依据反应物料的输送方式，可分为：固定床反应器（Fixed-bed reactor）流体化床反应器（Fluidized-bed reactor）

间歇式反应器的特点是所有的操作流程都是以分批方式进行，因此在每一批次的反应过程中均不受前后批次操作的影响。在反应系统方面，批式反应器最常用于液相反应，固相及液－固混合相也适用，但气相反应则较不适合，因为其所能处理的量少，而且反应过程中操作不易，只有在像是气体成分分析时，样品量少且需要精确数据的情况下，才会使用精密的批式反应装置（如气相层析仪）来进行分析，一般在处理大量气体反应时，则大多以连续式反应器为主。另外，间歇式反应器的操作过程中包含进料、卸料以及清理设备等步骤，有相当长的非反应时间以及劳动力需求，因此，批式反应器通常应用于规模与产量较小的产业，如食品、药品、精密化学品等产品的制造。连续式反应器连续式搅拌槽反应器（英语：Continuously Stirred Tank Reactor，简称CSTR）连续式搅拌槽反应器，是一种广泛应用于化工生产中的反应器，其结构与一般批式反应器有些类似，但最主要的不同是反应器中的反应物与生成物都是连续的进入与输出。平推流反应器平推流反应器是指反应器内的物料流动满足塞流模型的反应器，塞流是描述流体的一种理想流动状态，将每一个截面视为一个单元，在每一单元中所有反应物初始浓度均相同，同时，所有的反应物料都假定沿着同一方向流动，而且没有返回混合的情况，另外，所有物料在反应器中的停留时间都相同，最终流出的物料转化率也一致，因此每一单元都可假设为一个微型的批式反应器，以整体来说，塞流反应器的性能，也类似于间歇式反应器。依据塞流流动的定义，可得知塞流反应器应具有以下特点：为连续式操作，所以在反应器的每一截面中，物料浓度不随时间改变。反应器内的径向流动速度分布是均匀的，这是一种理想流动。因为在实际操作中，管内的流体无论是呈紊流或层流，其径向流速分布都是不均的。由此上述假设可推得塞流反应器中，物料浓度与反应速度在径向是均匀分布，仅沿着轴向逐渐变化。在一般的化工生产中，管径较小、流速较快、长度较长的管式反应器或者固定床反应器通常会以塞流反应器模型来作设计。

化学反应器分类及其特点

化学反应器的分类及特点秦财德（中南大学、化学化工学院、化工1002班）摘要: 反应器的应用始于古代，制造陶器的窑炉就是一种原始的反应器。近代工业中的反应器形式多样。化学反应器，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置。本文主要介绍化学反应器的分类和特点关键词：化学反应器特点典型反应现在的化工反应器在向高精端方向发展，在化工反应中处于主要地位，化学反应器是化学反应的载体,是化工研究、生产的基础,是决定化学反应好坏的重要因素之一,因此反应器的设计、选型是十分重要的。反应器的种类很多，设计和选型很重要，座椅应该按照实际情况来设计制造。一．釜式反应器（一）反应器的简介一种低高径比的圆筒形反应器，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置。在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。（二）反应器的特点反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应器出口物料的浓度和温度。物料质点在反应器内停留时间有长有短，存在不同停留时间物料的混合，即返混程度最大。反应器内物料所有参数，如浓度、温度等都不随时间变化，从而不存在时间这个自变量。优点：适用范围广泛，投资少，投产容易，可以方便地改变反应内容。缺点：换热面积小，反应温度不易控制，停留时间不一致。绝大多数用于有液相参与的反应，如：液液、液固、气液、气液固反应等。（三）典型反应：在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： CH3COOC2H5+NaOH CH3COONa+ C2H5OH 二．管式反应器（一）反应器的简介管式反应器一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200（液体），

(完整版)化学反应工程习题

化学反应工程习题第一部分：均相反应器基本理论 1、试分别写出N 2+3H 2=2NH 3中用N 2、H 2、NH 3的浓度对时间的变化率来表示的该反应的速率；并写出这三种反应速率表达式之间的关系。 2、已知某化学计量式为 S R B A 2 121+=+的反应，其反应速率表达式为B A A C C r 5 .02=，试求反应速率B r =？；若反应的化学计量式写成S R B A +=+22，则此时反应速率A r =？为什么？ 3、某气相反应在400 o K 时的反应速率方程式为2 21061.3A A P d dP -?=- τ h kPa /，问反应速率常数的单位是什么？若将反应速率方程改写为2 1A A A kC d dn V r =?-=τ h l mol ./，该反应速率常数k 的数值、单位如何？ 4、在973 o K 和294.3×103Pa 恒压下发生下列反应：C 4H 10→2C 2H 4+H 2 。反应开始时，系统中含丁烷为116kg ，当反应完成50%时，丁烷分压以235.4×103Pa /s 的速率发生变化，试求下列项次的变化速率：（1）乙烯分压；（2）H 2的摩尔数；（3）丁烷的摩尔分率。 5、某溶液反应：A+B →C ，开始时A 与B 摩尔数相等，没有C ，1小时后A 的转化率为75%，当在下列三种情况下，2小时后反应物A 尚有百分之几未反应掉？（1）对A 为一级、B 为零级反应；（2）对A 、B 皆为一级反应；（3）对A 、B 皆为零级反应。 6、在一间歇反应器中进行下列液相反应： A + B = R A + R = S 已知原料组成为C A0 = 2 kmol/m 3，C B0 = 4 kmol/m 3，C R0 = C S0 = 0。反应混合物体积的变化忽略不计。反应一段时间后测得C A = 0 .3 kmol/m 3，C R = 1.5 kmol/m 3。计算这时B 和S 的浓度，并确定A 的转化率、生成R 的选择性和收率。 7、一级可逆反应A = R 在等温下进行。已知C A0 = 500mol/m 3，C R0 = 0。若该反应在一间歇反应器中进行，且在反应温度下667.0=Ae x 。经480 s 后测得333.0=A x 。（1）试确定此反应的动力学方程；（2）计算A x 分别达到0.6和0.65所需的反应时间；（3）比较计算结果，你有什么体会？

化学反应器自动控制系统设计

目录摘要.............................................................................................................................III 1 关于化学反应 (1) 2 关于化学反应器 (2) 2.1 反应器的类型 (2) 2.2 反应器的性能指标 (2) 2.3 反应器的控制要求 (2) 3 反应器的控制方案 (4) 3.1 反应器常用的控制方式 (4) 3.2 温度被控变量的选择 (5) 3.3 控制系统的选择 (6) 4 反应器串级系统的控制原理 (9) 4.1 系统方框图 (9) 4.2 系统原理分析 (9) 5 反应器的部分实现 (11) 5.1 原料的比值控制 (11) 5.2 仪器仪表的选择 (12) 6 设计总结与展望 (13) 参考文献 (14)

化学反应器自动控制系统设计 1 关于化学反应化学反应的本质是物质的原子、离子重新组合，使一种或者几种物质变成另一种或几种物质。化学反应过程具备以下特点： 1) 化学反应遵循物质守恒和能量守恒定律。因此，反应前后物料平衡，总热量也平衡； 2) 反应严格按反应方程式所示的摩尔比例进行； 3) 化学反应过程中，除发生化学变化外，还发生相应的物理等变化，其中比较重要的有热量和体积的变化； 4) 许多反应应需在一定的温度、压力和催化剂存在等条件下才能进行。此外，反应器的控制方案决定于化学反应的基本规律： 1．化学反应速度化学反应速度定义为：单位时间单位容积内某一部分A 生成或反应掉的摩尔数，即 t A A Vd dn r 1± = (1-1) 若容积V 为恒值，则有 dt dC dt V dn r A A A ±=± =/ (1-2) 式中 r A ——组分A 的反应速度，mol/m 3·h ； n A ——组分A 的摩尔数，mol ； C A ——组分A 的摩尔浓度，mol/m 3； V ——反应容积，m 3。 2．影响化学反应速度的因素实验和理论表明，反应物浓度(包括气体浓度，溶液浓度等)对化学反应速度有关键作用。温度对化学反应速度影响较为复杂，最普遍的是反应速度与温度成正比。而对于气相反应或有气相存在的反应，增大压力(压强)会加速反应的进行。化学反应还受催化剂，反应深度等因素的影响，这些都是要在设计反应器是需要考虑的。

化学反应工程基本概念

第一章 1. 化学反应工程是一门研究 (化学反应个工程问题)的科学。 2. 所谓数学模型是指 (用数学方法表达各变量间的关系)。 3. 化学反应器的数学模型包括（动力学方程式、物料横算式子、热量衡算式、动量衡算式和参数计算式） 4. 所谓控制体积是指（能把反应速率视作定值的最大空间范围）。 5. 模型参数随空间而变化的数学模型称为（分布参数模型）。 6. 模型参数随时间而变化的数学模型称为（非定态模型）。 7. 建立物料、热量和动量衡算方程的一般式为 (累积量=输入量-输出量)。第二章 1. 均相反应是指 (在均一的液相或气相中进行的反应)。 2. 对于反应aA + bB → pP + sS ，则r P =( p/a )r A 。 3.着眼反应物A 的转化率的定义式为(转化率Xa=转化了的物料A 的量/反应开始的物料A 的量)。 4. 产物P 的收率ΦP 与得率ХP 和转化率x A 间的关系为( Xp/Xa )。 5. 化学反应速率式为r A =k C C A αC B β，用浓度表示的速率常数为k C ，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数k P ，则k C =[ (RT)的a+B 次方]k P 。 6.对反应aA + bB → pP + sS 的膨胀因子的定义式为（P+S ）-(A+B))/A 。 7.膨胀率的物理意义为 (反应物A 全部转化后系统的体积变化率)。 8. 活化能的大小直接反映了 (反应速率) 对温度变化的敏感程度。 9. 反应级数的大小直接反映了(反应速率) 对浓度变化的敏感程度。 10.对复合反应，生成主产物的反应称为 (主反应)，其它的均为(副反应)。 11. 平行反应A → P 、A → S 均为一级不可逆反应，若E 1＞E 2，选择性S p 与 (A 的浓度) 无关，仅是 (A 的浓度) 的函数。 12. 如果平行反应A → P 、A → S 均为一级不可逆反应，若E 1＞E 2，提高选择性S P 应(提到温度)。 13. 一级连串反应A → P → S 在平推流反应器中，为提高目的产物P 的收率，应(降低)k 2/k 1。 14. 产物P 的收率的定义式为 (生成的全部P 的物质的量/反应掉的全部A 的物质的量) 15. 产物P 的瞬时收率φP 的定义式为(生成的物质的量/反应的A 的物质的量) 16. 产物P 的选择性S P 的定义式为(单位时间内产物P 的物质的量/单位时间内生成产物S 的物质的量) 17. 由A 和B 进行均相二级不可逆反应αA A+αB B = αS S ，速率方程为： r A =－dC A /dt=kC A C b 。求：（1）当C A0/C B0=αA /αB 时的积分式（2）当C A0/C B0=λ≠αA /αB 时的积分式 18. 反应A → B 为n 级不可逆反应。已知在300K 时要使A 的转化率达到20%需，而在340K 时达到同样的转化率仅需，求该反应的活化能E 。第三章 1. 理想反应器是指(理想混合反应器平推流反应器)。 2. 全混流反应器的空时τ是 (反应器容积) 与(进料的体积流量)之比。 3. 全混流反应器的放热速率Q G ={ 00()A A Hr Ft y x ? }。 4. 全混流反应器的移热速率Q r ={ 012()pm Ft C T T - } 5. 全混流反应器的定常态操作点的判据为{ G r Q Q = }。 6. 全混流反应器处于热稳定的定常态操作点的判据为{ G r Q Q = G r dQ dQ dT dT > }。

化学反应器

摘要: 反应器的应用始于古代，制造陶器的窑炉就是一种原始的反应器。近代工业中的反应器形式多样,例如:冶金工业中的高炉和转炉；生物工程中的发酵罐以及各种燃烧器，都是不同形式的反应器。化学反应器用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置。在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。本文主要介绍化学反应器的分类和设计选择。关键词：化学反应器，密闭，换热，自控 Abstract: the application of ancient reactors started, making pottery kiln is a primitive reactor. Modern industry in various forms, such as: reactor metallurgical industry of blast furnace and converter, Biological engineering of fermentation tank and various burner, are different forms of the reactor. Chemical reactors are used to implement the liquid single-phase reaction process and liquid liquid, gas and liquid, solid-liquid, gas liquid-solid etc multiphase reaction process. Containers have standing stirring (mechanical agitation, air mixing etc) devices. In high diameter is large, usable multilayer mixing blades. In the reaction process materials to heating and cooling, may in the reactor wall of setting clip, or in the device equipped with displacement heat surface, also through the heat

管式反应器课程设计

化学化工学院化工专业课程设计设计题目：管式反应器设计化工系

化工专业课程设计——设计文档质量评分表（100分）评委签名: 日期：

目录绪论 .........................................................错误!未定义书签。1设计内容与方法介绍..........................................错误!未定义书签。反应器设计概述............................................错误!未定义书签。设计内容..................................................错误!未定义书签。生产方法介绍..............................................错误!未定义书签。反应器类型特点............................................错误!未定义书签。反应器选择及操作条件说明..................................错误!未定义书签。2工艺计算....................................................错误!未定义书签。主要物性数据..............................................错误!未定义书签。计算，确定管长，主副反应收率.............................错误!未定义书签。管数计算..................................................错误!未定义书签。3压降计算公式................................................错误!未定义书签。4催化剂用量计算..............................................错误!未定义书签。5换热面积计算................................................错误!未定义书签。6反应器外径计算..............................................错误!未定义书签。7壁厚计算....................................................错误!未定义书签。 8 筒体封头计算................................................错误!未定义书签。9管板厚度计算................................................错误!未定义书签。10设计结果汇总...............................................错误!未定义书签。11设计小结...................................................错误!未定义书签。

夹套式反应器温度串级控制课程设计

课程设计任务书

中北大学课程设计说明书学院：机械与动力工程学院专业：过程装备与控制工程题目：夹套式反应器温度串级控制系统设计指导教师：吕海峰职称: 副教授

中北大学课程设计说明书目录 1、概述 (1) 1.1化学反应器基本介绍 (1) 1.2夹套式反应器控制要求 (2) 2、被控对象特性研究 (3) 2.1建立动态数学模型 (3) 2.2被控变量与控制变量的选择 (6) 2.3夹套式反应器扰动变量 (6) 3、控制系统方案确定 (7) 3.1主回路的设计 (8) 3.2副回路的设计 (8) 4、过程检测仪表的选型 (9) 4.1测温检测元件及变送器 (9) 4.2主、副控制器正、反作用的选择 (12) 4.3控制系统方框图 (13) 5、系统仿真，分析系统性能 (13) 5.1各个环节传函及参数确定 (13) 5.2控制系统的仿真及参数整定 (14) 5.3 系统性能分析 (17) 6、课程设计总结 (18) 7、参考文献 (19)

1 概述 1.1化学反应器的基本介绍反应器（或称反应釜）是化工生产中常用的典型设备，种类很多。化学反应器在结构、物料流程、反应机理、传热、传质等方面存在差异，使自控的难易程度相差很大，自控方案差别也比较大。化学反应器可以按进出物料状况、流程的进行方式、结构形式、传热情况四个方面分类：一、按反应器进出物料状况可分为间歇式和连续式反应器通常将半连续和间歇生产方式称为间歇生产过程。间歇式反应器是将反应物料分次获一次加入反应器中，经过一定反应时间后取出反应中所有的物料，然后重新加料在进行反应。间歇式反应器通常适用于小批量、多品种、多功能、高附加值、技术密集型产品的生产，这类生产反应时间长活对反应过程的反应温度有严格程序要求。连续反应器则是物料连续加入，化学反应连续不断地进行，产品不断的取出，是工业生产最常用的一种。一些大型的、基本化工产品的反应器都采用连续的形式。二、从物料流程的进行方式可分为单程与循环两类物料在通过反应器后不再进行循环的流程称为单程，当反应的转化率和产率都较高时，可采用单程的排列。如果反应速度较慢，祸首化学平衡的限制，物料一次通过反应器转化不完全，则必须在产品进行分离后，把没有反应的物料与新鲜物料混合后，再送送入反应器进行反应。这种流程称为循环流程。三、从反应器结构形式可分为釜式、管式、塔式、固定床、流化床、移动床反应器等。四、从传热情况可分为绝热式反应器和非绝热式反应器[1]。绝热式反应器与外界不进行热量交换，非绝热式反应器与外界进行热量交换。一般当反应过程的热效应大时，必须对反应器进行换热，其换热方式有夹套式、蛇管式、列管式等。如今用的最广泛的是夹套传热方式，且采用最普通的夹套结构居多。随着化学工业的发展，单套生产装置的产量越来越大，促使了反应设备的大型化。也大大促进了夹套反应器的反展。夹套式反应器是一类重要的化工生产设备，由于化学反应过程伴有许多化学和物理现象以及能量、物料平衡和物料、动量、热量和物质传递等过程，因此夹套反应器操作一般都比

化学反应工程习题解答-第五版

习题１－１：银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 2CH3OH+O2→2HCHO+2H2O 2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O 进入反应器的原料中，甲醇：空气：水蒸气＝2：4：。反应后甲醇转化率为72％，甲醛的收率为％。试计算：（１）选择率；（２）出口组成。解：（１） 69.2% 96.1% 72% Y S x === (2) 设原料中甲醇、空气、水蒸气的物质的量分别是2mol、4mol和.则生成甲醛所耗的甲醇的物质的量为2×= 副反应消耗的甲醇为:2×由反应计量方程式可知: n（H2O）=++2×=（mol） n（CO2）= ; n(HCHO)= n(CH3OH)=2×=（mol） n(O2)=4×（mol） n(N2等)=4×=（mol）则总的物质量为n= ++++＋=（mol） y(CH3OH) ==% y(O2) ==% y(HCHO) ==% y(H2O) ==% y(CO2) ==%

y(N2) = =%

习题1—６：丁烯制丁二烯48462C H C H H +?，已知反应的步骤为 484848462 4646()()()()()()()()() A C H C H B C H C H H C C H C H +++??? （１）请分别导出（A ）（C ）为控制步骤的均匀吸附动力学方程。（２）请分别导出（B ）为控制步骤的均匀吸附动力学方程,若反应物和产物的吸附都很弱，问此时反应对丁烯是几级反应解：记 A=C 4H 8 B=C 4H 6 C=H 2 (A) 为控制步骤： 00B C B C A A B C B C (1) 1(2) 11(3) (4) 1A A A A aA dA aA A dA A A A A B B A B B p p aA A dA A p A A B B p r r r k p k b p b p b p b p b p p p p p K p p K p p k p k b K r p p b b p K θθθθ*****--=＝＝＝,＝＋＋＋＋，＝－＝＋＋ (C) 为控制步骤 0 0**A C B C A B C A C (1) 1(2) 11(3) (4) 1B B B dB aB dB B aB B B B A A B B A A B p B p A p dB B aB A p A A B r r r k k p b p b p b p b p b p K p p p K p p p K p k b k p p r K p b p b p θθθθ** *--=＝＝＝,＝＋＋＋＋，＝－＝＋＋（B ） ''1A A B B c A A B c A A B B kb p k b p p r k k p b p b p θθ-=-=++ 的情况，当反应物和产物的吸附都很弱时，即11A A B B b p b p ++≈ 故'A A A B B c r kb p k b p p =- 可见，反应对于A 为一级。

化学反应器分析课程综述

甲醇生产技术及发展现状摘要甲醇是一种燃烧性能良好的清洁燃料，可直接用作汽车燃料，也可与汽油掺合使用，同时甲醇也是一种重要的有机化工原料，是碳一化工的重要产品，广泛应用于医药、化工等领域。寻找合成甲醇绿色生产技术和甲醇装置规模大型化是甲醇工业的发展趋势，这就对甲醇合成催化剂的性能以及反应器的生产能力提出了新的要求。当前，传统的甲醇生产技术一直在不断改进，产能、效率得到大幅提高。而新的原料、工艺路线也在不断被开发，且更具有先进高效性、绿色节能性，值得关注。合成气（CO+H2）制甲醇是工业化生产甲醇的主要方法，其中反应机理的探索、反应器结构的设计、催化剂的优化、反应动力学的研究都是反应工程在甲醇合成领域重要的研究课题。本文综述了一氧化碳催化加氢合成甲醇的反应机理、反应器、催化剂、反应动力学以及新原料合成技术等方面的研究现状，并对甲醇合成领域的未来发展趋势做了展望。关键词：甲醇；反应机理；反应器；催化剂；反应动力学；新生产技术

目录摘要 (1) 第1章前言 (3) 第2章甲醇合成反应机理 (4) 2.1 反应简介 (4) 2.2 反应机理 (5) 第3章甲醇合成反应器 (10) 3.1 ICI冷激型甲醇合成反应器 (10) 3.2 Lurgi管壳型甲醇合成反应器 (10) 3.3 三菱SPC甲醇合成反应器 (11) 3.4 三相浆态床甲醇合成反应器 (12) 第4章甲醇合成催化剂 (14) 4.1 铜基催化剂 (14) 4.2 贵金属催化剂 (14) 4.3 液相合成甲醇催化剂 (15) 第5章甲醇合成反应动力学 (16) 5.1 动力学模型 (16) 5.2 扩散对甲醇合成过程的影响 (18) 第6章甲醇新生产技术研究进展 (19) 6.1 CO2加氢制甲醇技术进展 (19) 6.2甲烷氧化制甲醇技术进展 (20) 6.3生物质制甲醇技术新进展 (20) 展望 (22) 参考文献 (23)

第六章工业化学反应过程及反应器

第六章工业化学反应过程及反应器重点掌握 1、化学反应速率的定义和各种表示方法。 2、反应速率方程和影响反应速率的主要因素。3、复合反应的基本形式和反应进程的描述方法。4、反应速率方程的积分形式，包括恒容和变容过程。 5、多相催化作用原理、理想吸附等温式和反应动力学方程的推导。 6、动力学参数的确定和建立速率方程的一般步骤。深入理解： 1、反应进度的意义。 2、反应网络的概念和应用背景。 3、真实吸附和吸附等温式的联系与区别。4、动力学参数的确定和建立速率方程的一般步骤。5、动力学参数的确定和建立速率方程的一般步骤。 1、釜式反应器重点掌握： ?等温间歇釜式反应器的计算（单一反应、平行与连串反应）。 ?连续釜式反应器的计算。 ?空时和空速的概念及其在反应器设计计算中的应用。 ?连续釜式反应器的串联和并联。 ?釜式反应器中平行与连串反应选择性的分析，连接和加料方式

的选择。 ?连续釜式反应器的热量衡算式的建立与应用。 ?深入理解： ?变温间歇釜式反应器的计算。广泛了解：串联釜式反应器最佳体积的求取方法。连续釜式反应器的多定态分析与计算。产生多定态点的原因，着火点与熄火点的概念。 2、管式反应器重点掌握： ?等温管式反应器设计方程的推导与应用。 ?管式和釜式反应器的对比。 ?循环反应器的计算与分析。 ?变温管式反应器的分析与计算，包括：热量衡算方程的建立、绝热温升和非绝热变温管式反应器的计算等。深入理解： ?活塞流和全混流模型的基本假设与含义，返混的基本概念。广泛了解： ?拟均相的含义和模型假定。

一、绪论重点掌握：化学反应转化率、选择性和收率的概念和应用化学反应工程要解决的主要问题深入理解：化学反应器的三种操作方式和特点。反应器设计的基本方程。广泛了解：化学加工过程的普遍特征。各种化学和石油加工流程、常见设备和场区概貌。化学反应器的主要类型、结构和工作原理。工业反应器的放大方法。无论是化学工业还是冶金、石油炼制和能源加工等工业过程，均采用化学方法将原料加工成为有用的产品。生产过程包括如下三个组成部分：图1.1 典型的化学加工过程

化学反应器分类及其特点精编版

化学反应器分类及其特点公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

化学反应器的分类及特点秦财德（中南大学、化学化工学院、化工1002班）摘要: 反应器的应用始于古代，制造陶器的窑炉就是一种原始的反应器。近代工业中的反应器形式多样。化学反应器，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置。本文主要介绍化学反应器的分类和特点关键词：化学反应器特点典型反应现在的化工反应器在向高精端方向发展，在化工反应中处于主要地位，化学反应器是化学反应的载体,是化工研究、生产的基础,是决定化学反应好坏的重要因素之一,因此反应器的设计、选型是十分重要的。反应器的种类很多，设计和选型很重要，座椅应该按照实际情况来设计制造。一．釜式反应器（一）反应器的简介一种低高径比的圆筒形反应器，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置。在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。（二）反应器的特点反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应器出口物料的浓度和温度。物料质点在反应器内停留时间有长有短，存在不同停留时间物料的混合，即返混程度最大。反应器内物料所有参数，如浓度、温度等都不随时间变化，从而不存在时间这个自变量。优点：适用范围广泛，投资少，投产容易，可以方便地改变反应内容。缺点：换热面积小，反应温度不易控制，停留时间不一致。绝大多数用于有液相参与的反应，如：液液、液固、气液、气液固反应等。（三）典型反应：在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： CH 3COOC 2 H 5 +NaOH CH 3 COONa+ C 2 H 5 OH 二．管式反应器

化学反应器设计

化学反应器设计学院：化学化工学院班级：20111331班学号：2011133152 姓名：罗朝彪指导老师：王智娟、朱丽苹完成日期：2014年6月

7万吨/年合成氨厂变换工段最佳工艺设计摘要本设计根据经济效益最好原则——变炉催化剂体积最小为目标函数，导出了间接换热式变换炉最佳设计的条件式，并通过联合运用Excel、Origin联合求解得出年产七万吨合成氨厂所需B113型催化剂的理论体积，可供有关设计部门和生产单位参考。关键词：间接换热式；最佳设计；变换炉

目录 1前言............................................................................................................................. 1 2氨................................................................................................................................. 1 2.1合成氨的由来.......................................................................................................... 1 2.2氨的用途.................................................................................................................. 1 2.3合成氨的原料.......................................................................................................... 2 2.4氨的贮运.................................................................................................................. 2 3设计任务..................................................................................................................... 2 4最佳条件式的建立..................................................................................................... 3 5最佳温度变换率分配方案和接触时间的计算......................................................... 5 5.1已知条件.................................................................................................................. 5 5.2平衡曲线和最佳温度曲线的绘制.......................................................................... 6 5.3由条件式1确定第一段出口状态和第二段入口状态.......................................... 8 5.3.1绝热操作线方程和绝热温升的确定................................................................... 8 5.4用条件式2确定第二段出口状态........................................................................ 12 5.5两段间接换热变换炉工艺条件的确定................................................................ 16 5.6变换反应的A x T -图............................................................................................. 17 5.7接触时间0τ的计算 ............................................................................................... 17 5.8催化剂用量的计算................................................................................................ 20 5.9变换炉工艺尺寸的确定........................................................................................ 20 6变换炉的实际高度和直径....................................................................................... 23 7心得体会................................................................................................................... 23 参考文献. (24)