反應器
關注創建者：張旭東 創建時間：2016-03-21
反應器的視頻教程
Comsol在化工行業仿真中的應用 ——基于反應器的多物理場耦合
反應器是實現反應過程的設備，廣泛應用于化工、煉油、冶金、輕工等工業部門，以工業反應器中進行的反應過程為研究對象，運用數學模型方法建立反應器數學模型，研究反應器傳遞過程對化學反應的影響以及反應器動態特性和反應器參數敏感性，以實現工業反應器的可靠設計和操作控制。
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水務污水處理仿真技術創新與應用
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一、課程安排 <01> 排氣歧管 <02> 后處理-排氣歧管 <03> 多孔介質-催化反應器 <04> 機翼可壓縮流 <05> 混合彎管流動與傳熱 <06> 容錯網格-排氣系統 <07> 噴嘴瞬態可壓縮流動 <08> 靜態混合器-參數化分析 <09> 二維換熱器優化參數化分析 <10> 離心泵凍結轉子法分析 <11> 渦輪工作流-渦輪機設置分析 <12> 穩態瞬態分析葉片排相互作用
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反應器的實例教程
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。
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設備輕量化。大型化反應器配套的內構件是裝置長周期穩定運行、最大限度發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 微反應器的使用是基于熱量的突然產生(催化作用)的要求。
芳香胺和雙乙烯酮在一個管式反應器中，真實情況下經過乙?；?，并通過電腦模擬得出測量的熱密度，用于停留時間和轉換的功能報告中。反應的半衰期約為1.5sec，所以主要分布在動力情況中(B型反應)，二階反應說明了大部分的熱密度都分布在反應的初始時期，在這種情況下，小的傳統管(直徑3㎜)無法提取足夠的建立在流體力學(Tr)和導熱液之間的熱量和溫度梯度。反應初期需要使用微反應器，然而一旦最初的熱密度被消耗(99%的轉換耗時154sec)，便可使用常規的(非微型)停留時間模塊。以下參數可用于仿真模擬：傳熱系數500w/㎡/k，流體熱容量2kJ/kg/k，二階動力學常數0.363l/mol/s，焓180kJ/mol，雙乙烯酮與胺濃度15%，傳熱流體在25℃恒溫時，未考慮活化能。
對于A型與B型反應來說，需要一個微反應器以實現有效的連續生產(至少有較大的絕熱溫升)。實際上，應用微反應器的主要動力之一就是其較強的局部熱發生，也就是較高的熱密度(單位w/l，瓦特每升，見圖2)。間歇反應器中較高的局部熱密度通常會轉化為局部溫度梯度，這將降低選擇性。帶有集成熱交換性能的微反應器可以解決此問題。
除反應動力學外，需要考慮連續過程的另一因素是所涉及的不同相態(固-液-氣)。在研究的反應中，高于60%的反應中存在固體，作反應試劑、催化劑或產品用。根據龍沙的經驗，當前使用的微反應器在處理固體時效果較差。到目前為止，多用途的微反應器還局限于均相反應，且在一定程度上局限于氣-液和液-液反應。這個聲明對微反應器設備的廣泛應用非常重要。當考慮多種相態并將涉及固體的反應排除后，微反應器技術的可候選數量將顯著減少。因此，與反應容器有關的各種用途仍然是間歇生產的一項重要優勢。
展開 管式反應器按照結構可分為
（1）水平管式反應器 水平管式反應器由無縫鋼管與U形管或法蘭連接而成，其特點是制造簡單、維修方便，能承受較高的壓力。
（2）立管式反應器 立管式反應器在工業生產中使用廣泛，目前在液相氨化、液相加氫、液相氧化等反應中都有應用。它包括單程式立管反應器和多程式立管反應器。
（3）盤管式反應器 盤管式反應器將管式反應器做成水平盤管的形狀，設備緊湊、節省空間，但不利于檢修維護和管道清洗。
（4）U形管反應器 U形管反應器的管內設有多孔擋板或攪拌裝置，以強化傳熱與傳質過程。U形管反應器的管路直徑大，物料停留時間長，可應用于反應速率較慢的化學反應。如帶多孔擋板的U形管反應器已經被廣泛應用于己內酰胺的聚合反應。帶攪拌的U形管反應器適用于非均相反應或液固相懸浮反應，如甲苯連續硝化和蒽醌連續磺化等反應類型。
（5）多管并聯式反應器 由于管式反應器結構比較靈活，在工業生產中為滿足不同工藝的生產需要，經常采用多管并聯結構的管式反應器。如氣相氯化氫和乙炔在多管并聯裝有固相催化劑的反應器中反應制備氯乙烯，氣相氮和氫氣混合物在多管并聯裝有固相催化劑的反應器中合成氨。
塔式反應器
塔式反應器除廣泛用于精餾、吸收、萃取等工藝外，還可用作反應器進行化學反應，如加氫、磺化、鹵化等。常見的塔式反應器主要分為以下幾種∶
（1）填料塔反應器 填料塔反應器主要用于氣液相參與的化學反應，是以塔內的填料作為氣液兩相傳質的設備。
展開 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）。優化參數一般為：葉片傾角（30°~60°）、葉片數量（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，混合效率提升30%~50%，但壓降增加約200~800Pa。
現通過CFD模擬分析SDS反應器內小蘇打顆粒的分布狀態，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測面。
2 邊界條件
計算參數如下，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，壁面函數為標準壁面函數，固壁面設置為無滑移壁面。
展開 化學反應器是化工生產的核心設備，其技術的先進程度對化工生產有著重要的影響，直接影響裝置的投資規模和生產成本。也是化工生產過程的心臟，從原料經過反應器到我們想要的產品。
反應器的類型很多，如果按反應器的工作原理來分,可以概括為以下幾種類型：
一、管式反應器
在化工生產中，連續操作的長徑比較大的管式反應器可以近似看成是理想置換流動反應器（平推流反應器，Plug flow reactor，簡稱PFR）。它既適用于液相反應，又適用于氣相反應。
由于PFR能承受較高的壓力，用于加壓反應尤為合適。具有容積小、比表面大、返混少、反應參數連續變化、易于控制的優點，但對于慢速反應，則有需要管子長，壓降大的不足。
? 管式反應器類型
1、水平管式反應器
由無縫鋼管與U形管連接而成。這種結構易于加工制造和檢修。高壓反應管道的連接采用標準槽對焊鋼法蘭，可承受1600-10000kPa壓力。如用透鏡面鋼法蘭，承受壓力可達10000-20000kPa。
2、立管式反應器
立管式反應器被應用于液相氨化反應、液相加氫反應、液相氧化反應等工藝中。
3、盤管式反應器
將管式反應器做成盤管的形式，設備緊湊，節省空間。但檢修和清刷管道比較困難。
4、U形管式反應器
U形管式反應器的管內設有多孔擋板或攪拌裝置，以強化傳熱與傳質過程。
展開 
反應器的最新內容
此外在涉及高精度計量或動態響應要求嚴苛的應用中（如半導體制造、生物反應器供氣等），管道長度還可能影響系統響應時間，較長的管道會增加氣體傳輸延遲，造成控制系統“滯后”，但這屬于系統級動態特性問題，并非流量計本體測量誤差。
類似地，在材料合成領域，某些金屬材料在厭氧環境下與氫氣發生反應，氫氣傳感器能實時反饋反應進程，幫助科研人員精準控制條件，提升制備成功率。
三、厭氧培養箱中氫氣傳感器推薦
厭氧培養箱內部環境特殊，對氫氣傳感器性能提出了嚴苛要求：普通的電化學氫氣傳感器依賴氧氣參與反應，在無氧環境中無法正常工作，甚至會出現數據漂移; 催化燃燒型氫氣傳感器需要氧氣作為助燃劑，同樣不適用于厭氧場景。
三、典型應用場景中的壓降表現
以Bronkhorst EL-FLOW Select系列MFC為例，在標準氮氣（N?）條件下，滿量程為100 slm時，典型壓降僅為0.5 bar（約50 kPa）；而在小流量型號（如10 sccm）中，壓降可低至幾毫巴，這意味著在大多數半導體、燃料電池、實驗室分析或生物反應器等應用中，MFC引入的阻力損失幾乎可以忽略不計。
在課程中，您將從基礎理論逐步過渡到對各種旋轉系統（包括羅茨泵、隔膜泵、內齒輪泵、擺線泵、攪拌罐、渦輪攪拌的生物反應器、制動盤傳熱、發動機電子冷卻以及鉆井泥漿分離器）的詳細動手建模與分析。每個模塊都結合實際工業場景，介紹特定機器或工藝的工程原理、幾何建模、網格劃分策略、求解器配置及仿真設置。
課程還講解化學反應在CFD仿真中的引入方法，包括啟用化學求解器、定義反應機理、在仿真中加入組分輸運模型。基于反應機理介紹詳細化學模型，說明OpenFOAM在燃燒過程中對化學動力學與組分變化的處理方式。
通過多催化劑和多反應器工藝或者通過單活性中心樹脂和齊格納塔樹脂混合擠出都可以改變分子量和化學組分分布信息。在產品開發過程中，可通過改變立構規整度，PE、PP均聚物和EP共聚物的含量等，獲得性能優異的PP共聚物。
對于復雜樹脂的表征是很困難的，它需要多學科的方法去解決化學組分和分子量分布的問題。
氣體質量流量控制器的優點有哪些？2個月前
直接測量質量流量，不受溫度與壓力波動影響
傳統體積流量計受環境溫度和壓力變化影響較大，需額外補償才能獲得準確數據，而氣體質量流量控制器采用熱式或科里奧利等原理，直接測量氣體的質量流量（單位：g/s 或 kg/h），無需依賴溫壓修正，確保在復雜工況下依然保持高精度，這對半導體制造、生物反應器、燃料電池測試等對氣體配比要求嚴苛的應用場景尤為重要。
2.
生物制藥與生命科學：無菌、精準、可追溯
在生物反應器、細胞培養、疫苗生產及藥物合成過程中，氧氣、二氧化碳、氮氣等氣體的精確供給直接關系到細胞活性與產物表達效率，同時GMP（藥品生產質量管理規范）要求所有工藝參數必須可記錄、可追溯、可驗證。
二、Bronkhorst氣體質量流量控制器的核心功能
Bronkhorst的MFC基于熱式（熱傳導）或科里奧利（Coriolis）等原理，專注于精確測量和控制氣體的質量流量（單位：sccm、slm等），具有響應快、重復性高、線性度好等優勢，典型應用包括半導體制造、燃料電池測試、生物反應器供氣、環境監測等對氣體純度和流量穩定性要求極高的場景。
質量流量計的響應速度如何？3個月前
響應速度通常指質量流量計從接收到設定值變化指令，到實際輸出流量達到目標值90%以上所需的時間（即T90），對于需要快速啟停、頻繁調節或精密配比的應用場景（如CVD/PVD工藝、生物反應器、燃料電池測試等），毫秒級的響應能力十分重要。
