石文峰
黑龙江昊华化工有限公司 黑龙江 齐齐哈尔161000
摘要：反应系统是生产过程的关键。反应过程进行的条件对原料预处理提出了一定的要求，一个产品的反应过程的改变将会引起整个生产流程的改变。
关键词：化工 生产 工艺流程 配置 反应系统
反应系统是生产过程的关键。反应过程进行的条件对原料预处理提出了一定的要求，反应进行的结果决定了反应产物的分离与提纯任务和未反应物的回收利用。一个产品的反应过程的改变将会引起整个生产流程的改变。
1．反应路线
对于一个化工产品可通过多种不同的反应途径来制得。进行流程配置时要对反应途径进行归纳与分析，充分考虑技术、经济及环境因素，筛选确定出最佳的反应路线。
2．单元操作
根据所确定的反应路线，正确选择合适的单元操作，确定每一个单元操作中的流程方案及所需的设备的形式，合理安排各单元操作与设备的先后顺序，并考虑全流程的操作弹性和设备的利用率。
例如精馏流程配置，除了考虑精馏塔的类型以及精馏过程的序列安排外，尚需对下面一些辅助过程及设备作出规划配置：为了避免前列工序的暂时性故障而影响精馏过程的连续稳定操作，精馏塔的进料需配置储槽；根据储槽的位置以及进料方式，确定进料液是否需要用泵输送和采用预热器；确定塔顶蒸汽的冷凝过程和回流分布以及冷却—冷凝过程的设备，为了避免过程的暂时性故障而影响塔顶回流和精馏塔的正常操作，塔顶冷凝液需配置回流储槽，并确定是否需要回流泵；确定塔釜再沸器的类型和供热方式以及塔底料液的排出和储存设备等。
3．反应器
反应器是进行化学反应的场所，工艺流程的核心设备。反应器要有足够的反应体积，以保证反应物在反应器中有充分的反应时间，达到规定的转化率和产品的质量指标；反应器的结构要能使反应物之间，反应物和催化剂之间良好接触；同时反应器还要保证能及时有效地输入或引出热量，以使反应过程在最适宜的温度下进行；反应器要有足够的机械强度和耐腐蚀能力，以保证反应过程安全可靠；反应器要尽量做到易操作、易控制、易安装、易维护检修。
一般情况下，应从以下几方面的工艺要求来选择反应器。
3．1反应动力学要求 主要体现在保证原料经化学反应要达到一定的转化率并有最适宜的停留时间。因此可根据应达到的生产能力来确定反应器的容积和工艺尺寸。此外动力学要求还对设备的选型、操作方式的确定和设备的台数等有重大影响。
3．2热量传递的要求 化学反应过程都伴有热效应，为了保证反应过程的正常进行，就必须及时移出反应热或供给反应所需的热量。
3．3质量传递与流体动力学过程的要求 为使反应和传热正常进行，反应系统的物料流动需满足流动形态等既定要求。管式反应器，物料的引入要采用加料泵来调节流量和流速；釜式反应器内要配置搅拌器。
3．4工艺控制的要求 为使生产稳定、可靠、安全地进行，反应器除了应有必要的物料进出口接管外，还要有临时接管、入孔、手孔或视镜灯、备用接管口、液位计等，以便于操作和检修。为了避免因偶然的操作失误或意外的故障而导致重大损失，在反应器的设计与制造时，必须重视和考虑安全操作和尽可能采用自动控制方案。
反应器设备种类很多，按结构型式分，大致可分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。
釜式反应器:
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。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。
管式反应器
①由于反应物的分子在反应器内停留时间相等，所以在反应器内任何-一点上的反应物浓度和化学反应速度都不随时间而变化，只随管长变化。
②管式反应器具有容积小、比表面大、单位容积的传热面积大，特别适用于热效应较大的反应。
③由于反应物在管式反应器中反应速度快、流速快，所以它的生产能力高。④管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。
⑤和釜式反应器相比较，其返混较小，在流速较低的情况下，其管内流体流型接近与理想流体。
⑥管式反应器既适用于液相反应，又适用于气相反应。用于加压反应尤为合适。固定床反应器
固定床反应器的优点是:①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。②催化剂机械损耗小。③结构简单。
固定床反应器的缺点是:①传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温(反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围)。②操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一.般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。
流化床反应器
(1)流化床反应器的优点
①由于可采用细粉颗粒，并在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大(可高达328016400m/m)，有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。②由于颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均匀-致，床层与内浸换热表面间的传热系数很高[200-400/(“)]，全床热容量大，热稳定性高，这些都有利于强放热反应的等温操作。这是许多工艺过程的反应装置选择流化床的重要原因之一-。
流化床内的颗粒群有类似流体的性质，可以大量地从装置中移出、引入，并可以在两个流化床之间大量循环。这使得一些反应一再生、吸热一放热、正反应一-逆，反应等反应耦合过程和反应一分离耦合过程得以实现。使得易失活催化剂能在工程中使用。
(2)流化床反应器的缺点.
①气体流动状态与活塞流偏离较大，气流与床层颗粒发生返混，以致在床层轴向没有温度差及浓度差。加之气体可能成大气泡状态通过床层，使气固接触不良，使反应的转化率降低。因此流化床一.般达不到固定床的转化率。
②催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造成催化剂的损失和除尘的困难。
③由于固体颗粒的磨蚀作用，管子和容器的磨损严重。虽然流化床反应器存在着上述缺点，但优点是主要的。流态化操作总的经济效果是有利的，特别是传热和传质速率快、床层温度均匀、操作稳定的突出优点，对于热效应很大的大规模生产过程特别有利。
石文峰
黑龙江昊华化工有限公司 黑龙江 齐齐哈尔161000
摘要：反应系统是生产过程的关键。反应过程进行的条件对原料预处理提出了一定的要求，一个产品的反应过程的改变将会引起整个生产流程的改变。
关键词：化工 生产 工艺流程 配置 反应系统
反应系统是生产过程的关键。反应过程进行的条件对原料预处理提出了一定的要求，反应进行的结果决定了反应产物的分离与提纯任务和未反应物的回收利用。一个产品的反应过程的改变将会引起整个生产流程的改变。
1．反应路线
对于一个化工产品可通过多种不同的反应途径来制得。进行流程配置时要对反应途径进行归纳与分析，充分考虑技术、经济及环境因素，筛选确定出最佳的反应路线。
2．单元操作
根据所确定的反应路线，正确选择合适的单元操作，确定每一个单元操作中的流程方案及所需的设备的形式，合理安排各单元操作与设备的先后顺序，并考虑全流程的操作弹性和设备的利用率。
例如精馏流程配置，除了考虑精馏塔的类型以及精馏过程的序列安排外，尚需对下面一些辅助过程及设备作出规划配置：为了避免前列工序的暂时性故障而影响精馏过程的连续稳定操作，精馏塔的进料需配置储槽；根据储槽的位置以及进料方式，确定进料液是否需要用泵输送和采用预热器；确定塔顶蒸汽的冷凝过程和回流分布以及冷却—冷凝过程的设备，为了避免过程的暂时性故障而影响塔顶回流和精馏塔的正常操作，塔顶冷凝液需配置回流储槽，并确定是否需要回流泵；确定塔釜再沸器的类型和供热方式以及塔底料液的排出和储存设备等。
3．反应器
反应器是进行化学反应的场所，工艺流程的核心设备。反应器要有足够的反应体积，以保证反应物在反应器中有充分的反应时间，达到规定的转化率和产品的质量指标；反应器的结构要能使反应物之间，反应物和催化剂之间良好接触；同时反应器还要保证能及时有效地输入或引出热量，以使反应过程在最适宜的温度下进行；反应器要有足够的机械强度和耐腐蚀能力，以保证反应过程安全可靠；反应器要尽量做到易操作、易控制、易安装、易维护检修。
一般情况下，应从以下几方面的工艺要求来选择反应器。
3．1反应动力学要求 主要体现在保证原料经化学反应要达到一定的转化率并有最适宜的停留时间。因此可根据应达到的生产能力来确定反应器的容积和工艺尺寸。此外动力学要求还对设备的选型、操作方式的确定和设备的台数等有重大影响。
3．2热量传递的要求 化学反应过程都伴有热效应，为了保证反应过程的正常进行，就必须及时移出反应热或供给反应所需的热量。
3．3质量传递与流体动力学过程的要求 为使反应和传热正常进行，反应系统的物料流动需满足流动形态等既定要求。管式反应器，物料的引入要采用加料泵来调节流量和流速；釜式反应器内要配置搅拌器。
3．4工艺控制的要求 为使生产稳定、可靠、安全地进行，反应器除了应有必要的物料进出口接管外，还要有临时接管、入孔、手孔或视镜灯、备用接管口、液位计等，以便于操作和检修。为了避免因偶然的操作失误或意外的故障而导致重大损失，在反应器的设计与制造时，必须重视和考虑安全操作和尽可能采用自动控制方案。
反应器设备种类很多，按结构型式分，大致可分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。
釜式反应器:
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。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。
管式反应器
①由于反应物的分子在反应器内停留时间相等，所以在反应器内任何-一点上的反应物浓度和化学反应速度都不随时间而变化，只随管长变化。
②管式反应器具有容积小、比表面大、单位容积的传热面积大，特别适用于热效应较大的反应。
③由于反应物在管式反应器中反应速度快、流速快，所以它的生产能力高。④管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。
⑤和釜式反应器相比较，其返混较小，在流速较低的情况下，其管内流体流型接近与理想流体。
⑥管式反应器既适用于液相反应，又适用于气相反应。用于加压反应尤为合适。固定床反应器
固定床反应器的优点是:①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。②催化剂机械损耗小。③结构简单。
固定床反应器的缺点是:①传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温(反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围)。②操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一.般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。
流化床反应器
(1)流化床反应器的优点
①由于可采用细粉颗粒，并在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大(可高达328016400m/m)，有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。②由于颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均匀-致，床层与内浸换热表面间的传热系数很高[200-400/(“)]，全床热容量大，热稳定性高，这些都有利于强放热反应的等温操作。这是许多工艺过程的反应装置选择流化床的重要原因之一-。
流化床内的颗粒群有类似流体的性质，可以大量地从装置中移出、引入，并可以在两个流化床之间大量循环。这使得一些反应一再生、吸热一放热、正反应一-逆，反应等反应耦合过程和反应一分离耦合过程得以实现。使得易失活催化剂能在工程中使用。
(2)流化床反应器的缺点.
①气体流动状态与活塞流偏离较大，气流与床层颗粒发生返混，以致在床层轴向没有温度差及浓度差。加之气体可能成大气泡状态通过床层，使气固接触不良，使反应的转化率降低。因此流化床一.般达不到固定床的转化率。
②催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造成催化剂的损失和除尘的困难。
③由于固体颗粒的磨蚀作用，管子和容器的磨损严重。虽然流化床反应器存在着上述缺点，但优点是主要的。流态化操作总的经济效果是有利的，特别是传热和传质速率快、床层温度均匀、操作稳定的突出优点，对于热效应很大的大规模生产过程特别有利。
结语
综上所述，反应系统是生产过程的关键。反应过程进行的条件对原料预处理提出了一定的要求，反应进行的结果决定了反应产物的分离与提纯任务和未反应物的回收利用。一个产品的反应过程的改变将会引起整个生产流程的改变。选择反应器要从满足工艺要求出发，并结合各类反应器的性能和特点来确定。 对化学反应过程，除了考虑化学反应的热力学和动力学外，还必须考虑流体动力学、传热和传质以及这些宏观动力学因素对反应造成的影响。只有综合考虑这些因素，才能对反应过程及设备作出合理的选择。
参考文献
[1]张静．石油化工生产的设计[J]．化学工艺，2008
[2]王方．化工生产工艺流程的配置[J].河南化工，2005
结语
综上所述，反应系统是生产过程的关键。反应过程进行的条件对原料预处理提出了一定的要求，反应进行的结果决定了反应产物的分离与提纯任务和未反应物的回收利用。一个产品的反应过程的改变将会引起整个生产流程的改变。选择反应器要从满足工艺要求出发，并结合各类反应器的性能和特点来确定。 对化学反应过程，除了考虑化学反应的热力学和动力学外，还必须考虑流体动力学、传热和传质以及这些宏观动力学因素对反应造成的影响。只有综合考虑这些因素，才能对反应过程及设备作出合理的选择。
参考文献
[1]张静．石油化工生产的设计[J]．化学工艺，2008
[2]王方．化工生产工艺流程的配置[J].河南化工，2005