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对于特定的反应过程,反应器的选型需综合考虑技术、经济及安全等诸方面的因素。 反应过程的基本特征决定了适宜的反应器形式。例如气固相反应过程大致是用固定床反应器、流化床反应器或移动床反应器。但是适宜的选型则需考虑反应的热效应、对反应转化率和选择率的要求、催化剂物理化学性态和失活等多种因素,甚至需要对不同的反应器分别作出概念设计,进行技术的和经济的分析以后才能确定。 除反应器的形式以外,反应器的操作方式和加料方式也需考虑。例如,对于有串联或平行副反应的过程,分段进料可能优于一次进料。温度序列也是反应器选型的一个重要因素。例如,对于放热的可逆反应,应采用先高后低的温度序列,多级、级间换热式反应器可使反应器的温度序列趋于合理。反应器在过程工业生产中占有重要地位。就全流程的建设投资和操作费用而言,反应器所占的比例未必很大。但其性能和操作的优劣却影响着前后处理及产品的产量和质量,对原料消耗、能量消耗和产品成本也产生重要影响。因此,反应器的研究和开发工作对于发展各种过程工业有重要的意义。
放射性废弃物的超临界水氧化: 从反应器设计到有毒废弃物的热水处理 摘要: 核工业将产生混有放射性元素和有机溶剂的一些有机废弃物,通常的工艺方法无法处理,尤其是高浓度的含氯的化合物。基于以前在原子能和高压领域经验,我们进行了有前景的超临界水氧化工艺的研究:处理氯化的高污染性废物。超临界水氧化工艺有两个众所周知的局限,阻碍了非纯有机废物处理的工业化发展:腐蚀和盐阻塞。 几代反应器设计,都是为了克服这些缺点。这里介绍未来化学科技有限公司进行的策略和方法,用于获得最终的工业工艺,应用于核废物的处理。也提高了含氯和高浓度矿物盐的危险废弃物的热水处理。 废弃物处理至今仍是一个最有趣的话题。危险废弃物,如核工业产生的有毒化合物或放射性有机化合物,无法使用传统的生物处理或热处理。因而,一定要开发对人和环境无害的新方法。超临界水氧化工艺,用于有机化合物在超临界水(临界压力22.1 MPa和临界温度647 K)中进行处理,看起来是一项处理这些危险废弃物的好技术。 超临界水氧化的优点在于水在超临界条件下的特殊物理性质。超临界水的均相和高扩散使快速反应和获得高处理率成为可能。此外,氧化剂被限制并允许流出物控制。 碳氢化合物被完全氧化成CO2和水,有机化合物中的N形成分子氮N2和少量的N2O,因此气态流出物中没有污染物质,如NOx。杂环原子如氯、磷或硫的矿物酸,分别为HCl, H3PO4H2SO4。 这些酸和氧化剂产生了腐蚀环境,任何材料均会受到腐蚀的侵袭。这一现象在卤化化合物的出现时得到强化。为了防止反应器被腐蚀,经常加入碱金属作为中和试剂。这导致了无机盐的形成。一方面无机盐在常温常压水中有非常高的溶解性,另外一方面,他们在超临界条件水出是不溶的,因为超临界水的低密度和小介电常数。结果导致了盐的析出,并在管壁上结垢。腐蚀和盐析出是超临界水工艺的两个主要的局限。为了扩展超临界水氧化的应用,这些缺点必须得到克服。对于新的反应器,必须适用于处理非常危险的废弃物,如核燃料。我们未来化学科技有限公司花了几年的时间研究了合适的反应器。 目标废弃物主要包括由动力堆乏燃料后处理的液-液萃取的产物:萃取剂(如磷酸三正丁酯,TBP)、稀释液(如煤油)、以及有机流出物(如卤化溶剂)。 未来化学科技有限公司供应三种反应器:第一种是管式或高压釜式反应器;第二种是TWR专利反应器;第三种是设计用于含盐有机物或卤化核素的超临界水氧化的一种新型反应器: 既有防止釜体腐蚀的双层,又有能够获得更好传质和传热及防颗粒沉积的搅拌器。 更多信息欢迎垂询问未来化学科技有限公司!
反应器按操作方式可分为: ①间歇釜式反应器,或称间歇釜。 操作灵活,易于适应不同操作条件和产品品种,适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。间歇釜的缺点是:需有装料和卸料等辅助操作,产品质量也不易稳定。但有些反应过程,如一些发酵反应和聚合反应,实现连续生产尚有困难,至今还采用间歇釜。 间歇操作反应器系将原料按一定配比一次加入反应器,待反应达到一定要求后,一次卸出物料。连续操作反应器系连续加入原料,连续排出反应产物。当操作达到定态时,反应器内任何位置上物料的组成、温度等状态参数不随时间而变化。半连续操作反应器也称为半间歇操作反应器,介于上述两者之间,通常是将一种反应物一次加入,然后连续加入另一种反应物。反应达到一定要求后,停止操作并卸出物料。 间歇反应器的优点是设备简单,同一设备可用于生产多种产品,尤其适合于医药、染料等工业部门小批量、多品种的生产。另外,间歇反应器中不存在物料的返混,对大多数反应有利。缺点是需要装卸料、清洗等辅助工序,产品质量不易稳定。 ②连续釜式反应器,或称连续釜 )。可避免间歇釜的缺点,但搅拌作用会造成釜内流体的返混。在搅拌剧烈、液体 粘度较低或平均停留时间较长的场合,釜内物料流型可视作全混流,反应釜相应地称作全混釜。在要求转化率高或有串联副反应的场合,釜式反应器中的返混现象是不利因素。此时可采用多釜串联反应器,以减小返混的不利影响,并可分釜控制反应条件。 大规模生产应尽可能采用连续反应器。连续反应器的优点是产品质量稳定,易于操作控制。其缺点是连续反应器中都存在程度不同的返混,这对大多数反应皆为不利因素,应通过反应器合理选型和结构设计加以抑制。 ③半连续釜式反应器。 指一种原料一次加入,另一种原料连续加入的反应器,其特性介于间歇釜和连续釜之间。