化工反應器的案例
中石化PPT│化工反應過程之固定床反應器詳細解讀
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化工反應器設計及類型介紹
化工反應器設計及類型介紹
中國生物化工簡史-生物反應器工程
生物反應工程：生物反應過程的產品包括，生物質，酶，初級和次級代謝產物，蛋白，這些可以廣泛用于制藥、食品，化學，農業(yè)或能源生產。反應器，胞外環(huán)境因素，包括反應器設計，操作條件和培養(yǎng)基形式，對細胞代謝都有重要影響。目前，生物反應器工程的目標是，探索反應器中細胞生理代謝機制，放大生物過程，滿足低成本生產。
中國生物反應器工程前沿
生物反應過程是一個活細胞的復雜的代謝過程。因此，反應器工程的核心是調控反應器中活細胞的生理狀態(tài)。調控也是優(yōu)化和放大的關鍵。因此，鑒定反應器中細胞的生理和代謝參數(shù)，設計合適的生物反應器系統(tǒng)，是優(yōu)化生物反應器工程的先決條件。
1. 中國科學家的突破
生物反應歷程中，反應器的控制條件會影響細胞微尺度代謝，也會影響宏觀尺度代謝。因此，為了提高反應器的性能，進行了微觀和宏觀尺度的代謝流分析。為了放大生物過程，細胞的生理代謝狀態(tài)必需要在實驗室規(guī)模反應器進行重現(xiàn)和優(yōu)化。為了達到這個目的，必需進行大反應器的流體場特性的研究，來理解不同反應器設計和控制條件導致的差異。宏觀生理特性變化分析+流體場和細胞生理代謝特性，可以增強反應器放大過程。
下圖是研究者提出的一個生物反應器增效的技術路線。
上面的這些圖片都是基于生物反應器工程的多尺度理論。
2. 開發(fā)可以監(jiān)測所有宏觀生理和代謝特征的參數(shù)的生物反應器
2003年，華東理工大學張嗣良教授和儲炬教授，設計了一款全參數(shù)監(jiān)測反應器，含有一臺反應器，一臺電腦數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，設計圖如下所示。體積可以從幾十升到300噸。通常，實驗室研究使用的30L或50L的體積可以直接應用到300噸的工業(yè)發(fā)酵。
3. 海量數(shù)據(jù)過程軟件包的開發(fā)
生物反應器配備自動電腦數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)在線數(shù)據(jù)監(jiān)測和采集過程參數(shù)。數(shù)據(jù)采集和電腦控制形成了一個完整的控制系統(tǒng)。
展開 國內外化工反應事故統(tǒng)計與分析
02
結論
根據(jù)對我國化工與危險化學品事故的統(tǒng)計分析，可得到以下結論：
①我國化工與危險化學品事故有降低的趨勢，單起事故死亡率有上升的趨勢；
②相比于歐洲與美國因反應事故導致的死亡人數(shù)年均不超過10人，我國近年來接連發(fā)生重特大反應事故，導致嚴重的人員傷亡，反映出我國反應事故的整體形勢仍然較為嚴峻；
③化工事故的后果，頻率從高到低依次為爆炸、中毒與火災，生產環(huán)節(jié)的事故占比80%以上，處于絕對領先地位。
03
建議
針對國內反應事故形勢嚴峻的現(xiàn)狀，提出以下建議：
①開展國內反應事故的專項調查與統(tǒng)計，為反應事故防控與安全監(jiān)管提供支撐；
②針對反應危害的監(jiān)管，不應僅限于反應器中的合成反應，還應包括其他工序與環(huán)節(jié)的分解、氣相燃爆與其他不相容反應等；
③開展化工全流程與全生命周期的反應危害識別與評估，確保反應危害得到全面識別與評估；
④對反應危害可能導致的火災、爆炸與中毒等最終后果進行評估，對后果比較嚴重的裝置或部位進行重點監(jiān)管；
⑤針對聚合、硝化與分解等工藝進行專項安全研究，形成完善的安全技術，并推廣至其他工藝，從而確保重點工藝的反應危害得到控制；
⑥加強反應危害的控制技術開發(fā)，制定安全操作范圍，進行防止人為錯誤的本質安全化設計，開發(fā)完善的安全控制與緊急泄放系統(tǒng)，開展安全關鍵設備識別與監(jiān)控；
⑦加強管理，包括完善安全管理措施，制定緊急響應程序，編制合適的操作程序，加強培訓，加強維護與清潔過程的管理等。
展開 
精細化工企業(yè)反應釜爆炸原因分析及預防措施
八是精細化工產業(yè)發(fā)展快，保密程度高，反應機理、風險不為人所熟知，且部分企業(yè)從業(yè)人員素質相對較低。
其中，精細化工反應過程中熱量的意外釋放容易造成反應釜爆炸起火。因此，2017年1月，原國家安全監(jiān)管總局印發(fā)《關于加強精細化工反應安全風險評估工作的指導意見》（安監(jiān)總管三〔2017〕1號），旨在通過開展精細化工反應安全風險評估，了解反應過程中反應熱的釋放情況，確定反應工藝危險度，以此改進安全設施設計，完善風險控制措施，提升企業(yè)本質安全水平，有效防范事故發(fā)生。
國務院安委會印發(fā)的《全國安全生產專項整治三年行動計劃》和《危險化學品安全專項整治三年行動實施方案》中，均明確要求精細化工企業(yè)實現(xiàn)“四個清零”，其中之一就是按要求開展反應安全風險評估，有力推動了國內化工行業(yè)安全形勢趨穩(wěn)向好。
反應釜爆炸原因及預防措施
精細化工的生產特點決定了反應釜在生產運行過程中始終處于某種不穩(wěn)定狀態(tài)，當不穩(wěn)定狀態(tài)達到臨界時，若處理不當或處理不及時，反應釜就可能發(fā)生爆炸。反應釜發(fā)生爆炸的原因多，通常是多種原因相互疊加作用的結果。根據(jù)其直接原因，可以大致分為以下六種：
反應失控
硝化、氧化、氯化、聚合等均為強放熱反應，若加料速率過快或突遇停電、停水，易造成反應熱蓄積，反應釜內溫度、壓力急劇上升導致發(fā)生爆炸。
展開 北京化工大學《AFM》：一種高效析氧反應電催化劑！
圖3.酸中OER的反應機理示意圖。a)在RuO2(110)上；b)在S-RuFeOx上。
圖4.a)在Ar飽和的0.1M HClO4電解質中，S-RuFeOx、S-RuO2和商用RuO2的電位從1.0 V步進到1.6V時記錄的原位ATR-SEIRAS光譜。
圖5.商用RuO2、S-RuO2和S-RuFeOx在5000次循環(huán)CV測試前后的高分辨率a)Ru3d，b)O 1s XPS譜。
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PPT│加氫反應器和催化裂化反應器詳細介紹
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SDS反應器采用內外套筒式，以增加煙氣及小蘇打在管道中的混合時間，CFD模擬分析SDS反應器內小蘇打顆粒的分布狀態(tài) ￥20
本案例為鈉基干法脫硫+布袋除塵器工藝，袋除塵器前設置SDS反應器，反應器采用內外套筒式，以增加煙氣及小蘇打在管道中的混合時間；靜態(tài)混合器分螺旋葉片式：在煙道內安裝固定螺旋葉片，強制煙氣產生旋轉流動，延長停留時間（可增加0.5~2秒），適用于中小流速（8~15m/s）。優(yōu)化參數(shù)一般為：葉片傾角（30°~60°）、葉片數(shù)量（3~6片）、重疊率（20%~40%）。擋板式：交錯布置的垂直擋板形成湍流區(qū)，混合效率提升30%~50%，但壓降增加約200~800Pa。
現(xiàn)通過CFD模擬分析SDS反應器內小蘇打顆粒的分布狀態(tài)，添加擋板式的擾流措施來確保小蘇打又好又快地與煙氣混合均勻。
計算模型及邊界條件
1模型建立
按照反應器所提供圖紙大小以1：1建立三維模型，模型如下：
圖1 反應器模型
圖中in-a~in-d分別為4的小蘇打顆粒分布監(jiān)測面。
2 邊界條件
計算參數(shù)如下，總煙氣量為1122598m3/h，煙氣溫度為205℃。進口邊界條件為速度進口，進口速度為15.89m/s；小蘇打噴射點工況流量為2667m3/h，進口速度為47.19m/s，小蘇打粉量400kg/h；出口邊界條件為壓力出口，壓力值為0Pa。湍流模型采用標準k-ε模型，壁面函數(shù)為標準壁面函數(shù)，固壁面設置為無滑移壁面。
展開 從反應流程、反應器、換熱器和加熱爐，看懂加氫裝置大型化發(fā)展趨勢
04
反應器、高壓換熱器受限的工藝流程設計
大型化過程中，若反應器、反應流出物高壓換熱器受限，可采用的工藝流程示意見下圖。
上圖為反應部分兩系列的加氫裂化工藝流程示意，僅對反應器、反應流出物高壓換熱器受限部分采用兩系列，其余全部合并，反應加熱爐采用兩爐膛布置，但共用爐體、空氣預熱和煙道氣系統(tǒng)。
05
反應流出物高壓換熱器受限的工藝流程設計
大型化過程中，若反應流出物高壓換熱器受限，可采用的工藝流程示意見下圖。
上圖為兩系列換熱器的反應部分加氫裂化工藝流程示意，兩系列高壓換熱器的反應流出物側需嚴格按照對稱流程設計布置，原料油和氫氣分別采用調節(jié)閥控制。
提問
加氫反應器、高壓換熱器、加熱爐的大型化進展又有哪些呢？
裝置大型化，需要更大尺寸設備來滿足裝置需要，但受設備設計方法、材料、制造、運輸、吊裝等限制，不同年份的最大設備尺寸不同；新技術的應用，可縮小受限設備尺寸或將受限設備改進為不受限設備；采用新設計方法、新材料、新制造技術又可減少設備重量，實現(xiàn)大型設備的輕量化。
01
反應器
下表列出了加氫裝置在不同年代投用的最重、直徑最大或最厚反應器情況。
反應器大型化的同時，必然通過采用高強鋼種、提高材料許用應力、實施新工藝等途徑實現(xiàn)設備輕量化。大型化反應器配套的內構件是裝置長周期穩(wěn)定運行、最大限度發(fā)揮催化劑性能的重要因素，也是反應器大型化成功的重要因素之一。
展開 連續(xù)流微反應器的3種反應類型
根據(jù)詳細分析，精細化工和制藥行業(yè)的反應根據(jù)其動力學原理可劃分為3個等級。其中值得注意的是，目前超過70%的這類反應都以半間歇方式操作。反應活動受控于某種物料的用量，最終造成反應釜相對反應體積過大，空時收率較低，而原則上連續(xù)運行的反應釜會更適合這類反應動力。
對這些已證結果在持續(xù)流程中進行了再分析，確立了3種反應類型，連續(xù)性生產過程對這些反應都起到積極作用。
A型反應: 非常快，半衰期<1sec。這種反應主要發(fā)生在混合區(qū)，并且受控于混合工藝(微觀混合領域)。其中，流量和混合裝置的形式起著重要作用。并且需要微觀結構組織對當?shù)販囟忍荻冗M行控制。A型反應涉及多種活性物質，如：氯、溴、胺及酰氯，并往往在0℃左右形成，有機反應(鋰和格式反應)也屬于這一類型，通常有對低溫的需求。
B型反應：速度快，發(fā)生速度介于1~10sec。它主要由動力學控制，然而，這些反應也受益于微結構，使它能更好地對熱流量以及反應溫度進行控制。常規(guī)的系統(tǒng)，例如：管殼式換熱器，通常由于較少的選擇性而產生高溫度梯度。混合對這類的反應并不是很關鍵，降低壓力會將可使用停留時間模塊完成反應的可能性也降低。如果能夠保持相同區(qū)域的體積比，將可避免規(guī)模化問題的出現(xiàn)。
C型反應：緩慢反應(反應時間>10min)，從動力學上看，這一反應比較適合間歇式流程，但連續(xù)性反應會更加安全，并且具有質量優(yōu)勢。事實上，進行連續(xù)的熱危險性反應或自催化反應可以看做是反應體積，因此，潛在的風險被大大降低。流程中需要短期暴露于高溫，同時壓力會受益于這種持續(xù)性反應，而分批反應很難實現(xiàn)這種效果。在設備方面，較長的停留時間模塊是必要的，并且需要常規(guī)技術，如：靜態(tài)混合器、管殼式換熱器。
展開 化學反應工程及理想流動反應器PPT
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化學反應工程第四章均相理想流動反應器
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化學反應工程第四章均相理想流動反應器
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反應器的基礎知識
對于要求配比精準的反應體系，微反應器可以在很短的時間內達到均勻混合，避免局部過量，減少副產物的生成量。
（4）危險化學反應及高溫高壓反應。對于一些危險化學反應，生產過程中易發(fā)生失控，導致溫度急劇升高、壓力急劇增大，容易引起沖料甚至爆炸。微反應器能夠迅速移出反應熱，且能承受較高的壓力，使用微反應器進行此類反應更加安全。
隨著微反應器技術發(fā)展的逐漸成熟，微反應系統(tǒng)已在科研工作中得到廣泛應用。但是，微反應器體積小，生產能力低，工業(yè)生產需要的設備基數(shù)大，監(jiān)測和控制過程繁雜，反應器內部通道尺寸小、易堵塞，且難以清理，工業(yè)化成本高。這些因素都制約了微反應器在工業(yè)生產中的規(guī)模化使用。
除上述介紹的反應器形式外，還有涓流床反應器、旋流反應器、環(huán)流反應器、生物膜反應器等。化工生產涉獵廣泛，工藝過程復雜，反應器又是化工生產中的核心設備，選擇合適的反應器不但能提高生產效率和產品轉化率，也可以使化工生產過程更穩(wěn)定，而且對化工生產過程安全具有極其重要的意義。因此根據(jù)物料及工藝特性，以滿足工藝條件和符合實際生產需要為準則，科學合理地選擇反應器形式至關重要。
來源：網(wǎng)絡
編輯：化工人club
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