设计化学反应设备应考虑的问题

出处：按学科分类—工业技术 南京大学出版社《工程师实用手册》第691页（1260字）

化学反应设备是化工厂的关键设备，其用途是实现化学反应过程，达到化工生产的目的，因此在设计时必慎而又慎。

1．设计中需考虑的问题

1)化学热力学

主要是分析反应的可能性和所能达到的限度，计算反应的平衡常数和平衡转化率，确定物系的诸物性常数，如热容、反应热等。

2)反应动力学

主要了解达到某一平衡状态有多快。研究化学反应速度与各物理因素，如温度、压力、浓度及催化剂之间的定量关系。这是设计反应器的重要基础。

3)催化剂

大量的化工产品是在有催化剂存在的情况下获得。而特定的催化剂就需要与合适的反应气(或液固)相适应才能使某种化学反应过程得以进行。所以要实现反应器的良好设计和运行，必须掌握催化剂的特性。

4)反应器的结构材料

选择合理的反应器材质是保证反应器长期稳定运行的重要条件，一般要考虑耐蚀性，机械强度，热稳定性。还要考虑制造性能和经济合理性。

5)设备放大问题

化学反应规模不同，其反应器型式、尺寸关系往往不同，所以在小试、中试、大批量生产中，设备不能机械放大，而且要复杂得多。

2．化学反应器操作条件的选择标准

设计化学反应器必须合理选择反应过程的操作温度、压力和浓度等，以确定设计极限。

1)温度和压力

气体反应在零点以上操作，液体必须在凝固点和泡点之间操作。操作范围应有利于最大平衡转化率。

(1)温度。吸热或不可逆放热反应，应可能选用在最高的温度操作，温度极限决定于反应器的投资、操作费用、催化剂寿命和安全问题；温度必须在副反应最小的情况下。

(2)压力(气相反应)。分子数增加的可逆反应，降低压力有利于反应，但反应速率会减慢。一般采用逐段降压分段反应器来解决。其他在压力变化可能出现的各种情况，应充分估计到，并采取相应措施。

2)浓度和浓度比

浓度的变化往往会影响反应速率，因此，在回收与循环中，费用的增加或减少亦必考虑到，决不能顾此失彼。