(完整版)釜式反应器-教案
釜式反应器
Tank Reactor
釜式反应器的学习任务
1、了解釜式反应器的基本结构、特点及工业应用。
2、掌握各类釜式反应器的计算。
3、了解釜式反应器的热稳定性。
4、掌握釜式反应器的操作技能。
项目一釜式反应器的结构
釜式反应器又称:槽型反应器或锅式反应器
一种低高径比的圆筒形反应器，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。
反应器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置。在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。
操作时温度、浓度容易控制，产品质量均一。在化工生产中，既可适用于间歇操作过程，又可用于连续操作过程；可单釜操作，也可多釜串联使用；但若应用在需要较高转化率的工艺要求时，有需要较大容积的缺点。通常在操作条件比较缓和的情况下，如常压、温度较低且低于物料沸点时，釜式反应器的应用最为普遍。一、釜式反应器基本结构
釜式反应器的基本结构主要包括: 反应器壳体、搅拌装置、密封装置、换热装置、传动装置。
壳体结构：一般为碳钢材料，筒体皆为圆筒型。釜式反应器壳体部分的结构包括筒体、底、盖（或称封头）、手孔或人孔、视镜、安全装置及各种工艺接管口等。封头；反应釜的顶盖，为了满足拆卸方便以及维护检修。
平面形：适用于常压或压力不高时；
碟形：应用较广。
球形：适用于高压场合；
椭圆形：应用较广。
锥形：适用于反应后物料需要分层处理的场合。
手孔、人孔：为了检查内部空间以及安装和拆卸设备内部构件。
视镜:观察设备内部物料的反应情况，也作液面指示用。
工艺接管:用于进、出物料及安装温度、压力的测定装置。
二、釜式反应器的搅拌装置
在化学工业中常用的搅拌装置是机械搅拌装置，典型的机械搅拌装置包括搅拌器：包括旋转的轴和装在轴上的叶轮；
辅助部件和附件：包括密封装置、减速箱、搅拌电机、支架、挡板和导流筒等。搅拌器是实现搅拌操作的主要部件，其主要的组成部分是叶轮，它随旋转轴运动将机械能施加给液体，并促使液体运动。
（一）搅拌器的类型
常用搅拌器有桨式、框式、锚式、旋桨式、涡轮式和螺带式等。
1、桨式搅拌器
由桨叶、键、轴环、竖轴所组成。桨叶一般用扁钢或不锈钢或有色金属制造。桨式搅拌器的转速较低，一般为20～80r／min。桨式搅拌器直径取反应釜内径
Di/3～2/3，桨叶不宜过长，当反应釜直径很大时采用两个或多个桨叶。
桨式搅拌器适用于流动性大、粘度小的液体物料，也适用于纤维状和结晶状的溶解液，物料层很深时可在轴上装置数排桨叶。
2、涡轮式搅拌器
涡轮式搅拌器分为圆盘涡轮搅拌器和开启涡轮搅拌器；按照叶轮又可分为平直叶和弯曲叶。涡轮搅拌器速度较大，300～600r／min。
涡轮搅拌器的主要优点是当能量消耗不大时，搅拌效率较高，搅拌产生很强的径向流。因此它适用于乳浊液、悬浮液等。
3、推进式搅拌器
推进式搅拌器，搅拌时能使物料在反应釜内循环流动，所起作用以容积循环为主，剪切作用较小，上下翻腾效果良好。当需要有更大的流速时，反应釜内设有导流筒。
推进式搅拌器直径约取反应釜内径Di的1/4～1/3，300～600r／min，搅拌器的材料常用铸铁和铸钢。
4、框式和锚式搅拌器
框式搅拌器可视为桨式搅拌器的变形，其结构比较坚固，搅动物料量大。如果这类搅拌器底部形状和反应釜下封头形状相似时，通常称为锚式搅拌器。框式搅拌器直径较大，一般取反应器内径的2/3～9/10，50～70r／min。
框式搅拌器与釜壁间隙较小，有利于传热过程的进行，快速旋转时，搅拌器叶片所
带动的液体把静止层从反应釜壁上带下来；慢速旋转时，有刮板的搅拌器能产生良好的热传导。这类搅拌器常用于传热、晶析操作和高粘度液体、高浓度淤浆和沉降性淤浆的搅拌。
5、螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器
这两种搅拌器主要产生轴向流，加上导流简后，可形成筒内外的上下循环流动。它们的转速都较低，通常不超过50r／min，主要用于高教度液体的搅拌。
（二）挡板和导流筒
搅拌附件通常指在搅拌罐内为了改善流动状态而增设的零件，如挡板、导流筒。
1、挡板：目的是为了消除切线流和“打漩”。一般为2-4块，且对于低速搅拌高粘度液体的锚式和框式搅拌器安装挡板无意义。
2、导流筒：目的是控制流型（加强轴向流）及提高混合效果。不同型式的搅拌器的导流筒安置方位不同。
搅拌器的选型
主要根据物料性质、搅拌目的及各种搅拌器的性能特征来进行。在工业上可根据物料的性质、要求的物料混合程度以及考虑能耗等因素选择适宜的搅拌器。在一般情况下，对低粘性均相液体混合，可选用任何形式的搅拌器；对非均相液体分散混合，选用旋桨式、涡轮式搅拌器为好；在有固体悬浮物存在，固液密度差较大时，选用涡轮式搅拌器，固液密度差较小时，选用桨式搅拌器；对于物料粘稠性很大的液体混合，可选用锚式搅拌器。对需要更大搅拌强度或需使被搅拌液体作上、下翻腾运动的情况，可根据需要在反应器内再装设横向或竖向挡板及导向筒等。
(1)按物料粘度选型
对于低粘度液体，应选用小直径、高转速搅拌器，如推进式、涡轮式；
对于高粘度液体，就选用大直径、低转速搅拌器，如锚式、框式和桨式。(2)按搅拌目的选型
对低粘度均相液体混合，主要考虑循环流量，各种搅拌器的循环流量按从大到小顺序排列：推进式、涡轮式、桨式。
对于非均相液-液分散过程，首先考虑剪切作用，同时要求有较大的循环流量，各种搅拌器的剪切作用按从大到小的顺序排列：涡轮式、推进式、桨式。
三、釜式反应器的换热装置
换热装置是用来加热或冷却反应物料，使之符合工艺要求的温度条件的设备。其结构型式主要有夹套式、蛇管式、列管式、外部循环式等，也可用直接火焰或电
感加热。
（一）夹套式换热器
是套在反应器筒体外面能形成密封空间的容器，既简单又方便。夹套的高度取决于传热面积，而传热面积由工艺要求确定。夹套高度一般应高于料液的高度，应比釜内液面高出50－100mm左右，以保证传热。夹套内通蒸汽时，其蒸汽压力一般不超过0.6MPa。当反应器的直径大或者加热蒸汽压力较高时，夹套必须采取加强措施。分支撑短管加强的“蜂窝夹套”，冲压式蜂窝夹套，角钢焊在釜的外壁上夹套。
（二）蛇管式换热器
当工艺需要的传热面积大，单靠夹套传热不能满足要求时，或者是反应器内壁衬有橡胶、瓷砖等非金属材料时，可采用蛇管、插入套管、插入D形管等传热。
蛇管浸没在物料中，热量损失少，且由于蛇管内传热介质流速高，它的给热系数比夹套大很多。对于含有固体颗粒的物料及粘稠的物料,容易引起物料堆积和挂料,影响传热效果。可分为水平蛇管和直立式蛇管列管式对于大型反应釜。
需高速传热时，可在釜内安装列管式换热器。适用于反应物料容易在传热壁上结垢的场合，检修、除垢较容易进行。可分为垂直管束、指型管和D型管。当反应器的夹套和蛇管传热面积仍不能满足工艺要求，或由于工艺的特殊要求无法在反应器内安装蛇管而夹套的传热面积又不能满足工艺要求时，可以通过泵将反应器内的料液抽出，经过外部换热器换热后再循环回反应器内。反应在沸腾下进行或蒸发量大的场合，使反应器内产生的蒸汽通过外部的冷凝器加以冷凝。冷凝液返回反应中。
四、釜式反应器的传动装置及密封装置
（一）传动装置
包括电机、减速器、联轴节和搅拌轴。此装置使搅拌器获得动能以强化液体流动。
（二）密封装置
静止的搅拌釜封头和转动的搅拌轴之间设有搅拌轴密封装置，简称轴封，以防止釜内物料泄漏。用来防止釜的主体与搅拌轴之间的泄漏。轴封装置主要有填料轴封和机械密两种，还可用新型密封胶密封。
1、填料密封
填料箱出箱体、填料、衬套(或油环)、压盖和压紧螺栓等零件组成。旋紧螺栓时，压盖压缩填料（一般为石棉织物、并含有石墨或黄油作润滑剂)，填料变形紧贴公轴的表面上，从而起到密封作用。填料箱密封结构简单，填料装卸方便，但使用
寿命较短，难免微量泄漏。
2、机械密封
机械密封(又称端面密封)由动环、静环、弹簧加荷装置(弹簧、蛹栓、螺母、弹簧座、弹簧压板)及辅助密封团四个部分组成。由于弹簧力的作用使动环紧紧压在静环上，当轴旋转时，弹簧座、弹簧、弹簧压板、动环等零件随轴一起旋转，而静环则固定在座架上静止不动，动环与静环相接触的环形密封端面阻止了物料的泄漏。机械密封结构较复杂，但密封效果甚佳。
项目二 理想间歇操作釜式反应器的计算
Batch Reactor
间歇釜式反应器的特征
特点: 1、由于剧烈搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度上的均匀,且反应器内
浓度处处相等，因而排除了物质传递对反应的影响；
2、具有足够强的传热条件，温度始终相等，无需考虑器内的热量传递问题；
3、物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相同的反应时间。 优点：操作灵活，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产,精细化工
产品、制药、染料、涂料生产。
缺点：装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量不稳定 一、基本方程
对整个反应器中A 组分物料进行衡算
0 0 (-rA ）VR dt A dn
()01A A A n n x =- ， 0A A A n n dx =- 则
()A A
A R
n dx dt r V =
-
二、反应时间的计算
00
()A x A A A R
dx t n r V =-?
n A0 ----在t=0时反应器中物料A 的摩尔数 n A ----在 t 时反应器中物料A 的摩尔数
-r A ----组分 A 在操作条件下的反应速率（消失速率）
A x ----在 t 时反应器中物料A 的转化率
上式是间歇反应器计算的基本方程式，表达了在一定操作条件下为达到所需求的转化率A x 所需要的反应时间t ，适用于任何间歇反应过程，均相或多相，等温或非等温的，可以直接积分求解，也可以用图解法。如果是非等温过程，反应速度常数随温度变化，而温度又随转化率变化，则需联解方程
1、恒温、恒容不可逆时
A A A A ????????
? ? ? ?--= ? ? ? ? ? ? ? ?????????
单位时间进入单位时间流出单位时间单位时间内在反应器的物料反应器的物料反应掉的反应器内物料的量的量物料的量的累积量
()
(
)0
00A A
x
x A A
A
A
R A A n dx dx t C V r r ==--?? 间歇操作釜式反应器中物料达到一定出口转化率所需时间t 取决于反应速度，与处理量无关，所以可用于直接放大。 零级反应()A r k =
()0
00
1
A
x A A A A A dx t C C x r k
==-?
一级反应 ()0()1A A A A r kC kC x ==-
111ln ln
1A A A
C t k x k C ==- 二级反应 ()0
2
22()1A A A A r kC kC x ==- 00020
111(1)A
x A A A A A
A dx t C kC x k C C ??
==- ? ?-???
当动力学方程解析式相当复杂或不能做数值积分时，可用图解法。
例2-1在理想间歇操作釜式反应器中用乙酸和已二醇为原料，等摩尔进料进行比缩聚反应生产醇酸树脂。反应温度700
C ，催化剂为H 2SO 4。实验测得动力方程为
()()()2
/min A A
r kC kmol A L -=g 其中速率常数k=1.97L/（kmol·min）,反应物的初始浓度C A0= 0.004kmol/L ，若每天处理2400Kg 己二酸，求转化率分别为0.5、0.6、0.8、0.9时所需要的反应时间。
解：计算反应时间 因为反应是二级反应，则()
01A
A A x t kC x =
-
x A =0.5代入，得反应时间为()0.5
2.101.070.00410.5t h =
=??-
x A =0.6代入，得反应时间为()0.6
3.171.070.00410.6t h =
=??-
x A =0.8代入，得反应时间为()0.8
8.51.070.00410.8t h =
=??-
x A =0.9代入，得反应时间为()
0.9
19.01.070.00410.9t h =
=??-
2、非恒温过程
对反应器内物料进行热量衡算得
()()()W R A r t pt
dT KA T T V r H m c dt
-+--?= 若反应过程采用绝热操作，即反应过程中与外界无热交换，热量衡算式中与外界交换的热量这一项为0，则 ()()0
00r A A A t pt
H n T T x x m c -?-=
-
三、计算反应器的体积计算 1、计算反应器体积R V
()0R V V t t '=+
式中：V 0－－由生产能力或生产任务，平均每小时加入的物料的体积m 3/h 。 t －－反应时间，h
t ˊ －－每批的非生产时间 ，h
2、反应器体积V
反应器的装料系数 ? 一般取0.4~0.85 则R
V V ?
=
3、反应器的结构尺寸
反应器的实际体积包括圆筒部分和底封头，计算时若忽略底封头体积，则
20.785V D H =
D 为圆筒直径，H 为圆筒高度
例2-2 在[例2-1]中，若每批操作的辅助生产时间为1h ，反应器的装填料系数为0.75，求档转化率0.8时，反应器的体积。
解：己二酸相对分子量为146，每小时己二酸的进料量为：
()02400
0.684/24146
A F kmol h =
=?
处理物料的体积为： ()000.684
171/0.004
A AO F V L h C =
== x A =0.8时反应时间为8.5t h =
反应器有效体积为()()()301718.51 1.63R V V t t m '=+=?+=
项目三 理想连续操作釜式反应器的计算
化工生产中，搅拌良好的连续操作釜式反应器可视为理想连续全混流反应器。它既可以单釜操作，也可以多釜串联操作，其特点为： ①连续操作，属于稳定流动。物料的积累项为零。
②定常态，T 、CA 、(-rA)处处均一，不随时间而变，且与出口处完全相同。 ③物料粒子在反应器内的停留时间不同。 一、基础方程式
进入反应器反应物量—离开反应器反应物量—反应器内转化掉反应物量＝0
则 0
R
A00
0V ()C V V ()
A A A A A x F r x
r τ-=
==-
二、单一连续操作釜式反应器
0A0
c ()
R A A V v x r ττ=?=-反应器体积计算式：
[]000A0
0A00
02
2
0000A0
0A0222
00()(1)c c ()(1)(1)
() (1)c c ()(1)(1)A A A A A A A
R A A Af A A A A A A A A
R A A A A A r kc kc x x x x V v v v v r kc x k x r kc k c x v x x x V v v v r kc x kc x ττ-==-=?===----==-=?===---对于一级反应：对于等容二级反应：
例2-3用一台搅拌良好的反应釜连续生产醇酸树脂，其反应条件及产量同[例2-1]，当反应转化率80%时，计算该釜的有效体积。
解：
303
300.9790.5
1.80.0174min
A A V m x C kmol m k m kmol ====?
0??????--=????????????进入有效体积有效体积内参加离开有效体积的反应物量反应的反应物量的反应物量0000(1)()0(1)()0A A Af A R A A Af A R F F x r V F F x r V τττ?--?--??=----=0()
A
R A A x V F r =-
()2200003
110.8
42.3(1) 1.970.004(10.8)2400
2.85/min 24601460.004
2.8525387.23ττ=
=?=-?-=
==???==?=A A A A A R x h
kC x F V L C V V m
将[例2-1]与[例2-3]比较可以看出，因连续操作的釜式反应器内的反应速度较慢，达到相同转达化率时，所需的空时比间歇釜的反应时间要长些，相应的有效体积需增大。主要是因为连续操作釜式反应的反应在进料口低浓度下进行的。 三、多个理想连续操作釜串联反应器的串联
为克服全混流反应器存在的上述缺点，可以采用全混流反应器串联使用，如果采用几个串联的全混流反应器来进行原来由一个全混流反应器所进行的反应，则除了最后一个反应器外的所有反应器都在比原来高的反应物浓度下进行反应。这样在处理量相等时，几个串联全混流反应器的体积之和可以减少，而且串联的台数越多，总体积就越接近于平推流反应器。
假设各釜内均可视为理想混合流动，釜间不存在混合，忽略密度差异，即：
00100i N
V V V V =====L L L L
()1
Ai Ai Ri A A i
x x V F r --=-
()()1100Ri Ai Ai Ai Ai
ci A A A i i
V x x C C C V r r τ----=
==
-- 而连续生产所需的反应器总体积为：R Ri V V =∑ 利用上述公式进行计算时，方法有解析法和图解法。
1、解析法
前一反应釜出口的浓度是下一个反应釜的进口浓度，逐釜一次计算，知道得到要
求的转化率。
例2-5 用两台串联的釜式反应器连续生产醇酸树脂，要求第一台反应釜转化率为50% ，第二台转化率为80%，反应条件和产量与[例2-1]相同，试计算各釜的有效体积。
解：用解析法计算
()()()01002012
12.850.501.970.00410.5723.35A A R c A A V x x
V V kC x L τ-=?=?-?-=??-=第一台釜的有效体积
()()
()
01002012
12.850.80.52712.61.970.00410.8A A R c A A V x x
V V kC x L τ-=?=?-?-==??-第二台釜的有效体积：
312723.352712.6 3.436R R R V V V m ∴=+=+=总体积：
比较[例2-3]和P 例2-5]的计算结果可以看出，全混釜串联的釜数愈多，所需要的反应器有效体积愈小。主要是因为多釜串联后改变了反应釜中反应物的浓度，反应釜数越多，浓度变化越大，有效体积越小。
2、图解法、
适用于级数较高的化学反应，特别适于非一、二级反应，但只适于（-r A ）能用单一组分表示的简单反应，对复杂反应不适用。 步骤：
(1)作出（-r A ）-C A 曲线
(2)从起点C A = C A0出发，以-1/τ1为斜率作直线，交曲线于一点，即第 一釜的操作状态C A1
(3)过点(C A1 0)以-1/τ2为斜率作直线,与曲线交点为第三釜操作点.… (4)过点(C AN-1,0)以-1/τN 为斜率作直线,与曲线交点为第N 釜操作点C AN . 则出口转化率XAN=1- C AN / C A0
若已知C A0 、C AN 、N ，求V R 需用试差法。 若各釜体积相同，则各直线斜率相同。
若各釜温度不同，则应分别作动力学曲线，各釜直线分别与各自曲线相交。
四 、连续操作反应器的热稳定性
当反应过程的放热因素或移热因素发生某些变化时，过程的温度等操作参数将产生一系列的波动，在干扰消除后，如果反应过程能恢复到原有的平衡状态，称为是热稳定性的，否则称为热不稳定性的。 1、连续操作釜式反应器的热量衡算
衡算范围为单位时间、整个反应器的体积。基准温度为00C ，反应过程为恒温恒容，则单位时间反应器内物料衡算基本方程是为：
()()()()00p W R A r V c T T KA T T V r H ρ-+-=--? 2、连续操作釜式反应器的热稳定性判剧
在反应器中进行一放热反应时，反应器要保持定常态，就必须不断移走反应放出的热量，满足移热速率(Qc)等于放热速率(Q R ),如图所示。Qc 线与Q R 线的交点为定态点。对于简单反应，定态点数最多为3，最小为1。当定态点数大于1 时，表示在相同的操作条件下，反应器可能处于不同的操作状态。这些点虽然均为定态点，但有些点是稳定的，有些点是不稳定的，因此作为操作点的定态点同时还要满足稳定条件，即放热速率随温度的变化率(d Q R /dT)小于移热速率随温度的变化率(dQc/dT)。
即 c R
c R dQ dQ Q Q dT dT
=f 和
3、操作参数对热稳定性的影响
（1）进料温度的影响
图中，D线时的进料温度一般称为着火温度或起燃温度，相应地称点4为着火点或起燃点。一般称B线的进料温度为熄火温度，点6称熄火点。点4和点6分别是低温操作和高温操作的两个界限。
（2）进料流量的影响
流量从小到大变化时，操作状态依次变为点9、8、7、6。当流量稍微超过D 线所示的量时，定态点立即下跌到点2，反应被吹“熄”。流量由高到低变化时，依次得到1、2、3……各定态点，而在点4出现着火现象。操作中，如果由于物料流量过大，而发生熄火现象，可以一面提高进料的温度，同时减小流量，使系统重新点燃。
项目四釜式反应器的技能训练
釜式反应器的应用
釜式反应器的应用、技术进展 什么是釜式反应器？一种低高径比的圆筒形反应器，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置。在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。 工业应用，釜式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。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。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。间歇式反应器操作灵活，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。 有搅拌器的釜式设备是化学工业中广泛采用的反应器之一，它可用来进行液液均相反应，也可用于非均相反应，如非均相液相、液固相、气液相、气液固相等。普遍应用于石油化工、橡胶、农药、染料、医药等工业，用来完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程，以及有机染料和医药中间体的许多其他工艺过程的反应设备。聚合反应过程约90%采用搅拌釜式反应器，如聚氯乙烯，在美国70%以上用悬浮法生产，采用10~1503m 的搅拌反应器：德国氯乙烯悬浮聚合采用的是2003m 的大型搅拌釜式反应器：中国生产聚氯乙烯，大多采用13.53m 、333m 不锈钢或复合钢板的聚合釜式反应器，以及73m 、143m 的搪瓷釜式反应器。又如涤纶树脂的生产采用本体熔融缩聚，聚合反应也使用釜式反应器。在精细化工的生产中，几乎所有的单元操作都可以在釜式反应器中进行。 釜式反应器的技术进展 1、大容积化，这是增加产量、减少批量生产之间的质量误差、降低产品成本的有效途径和发展趋势。染料生产用反应釜国内多为6000L 以下，其它行业有的达30m3；国外在染料行业有20000～40000L ，而其它行业可达120m3。 2、反应釜的搅拌器，已由单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。反应釜发展趋势除了装有搅拌器外，尚使釜体沿水平线旋转，从而提高反应速度。 3、以生产自动化和连续化代替笨重的间隙手工操作，如采用程序控制，既可保证稳定生产，提高产品质量，增加收益，减轻体力劳动，又可消除对环境的污染。 4、合理地利用热能，选择最佳的工艺操作条件，加强保温措施，提高传热效率，使热损失降至最低限度，余热或反应后产生的热能充分地综合利用。热管技术的应用，将是今后反应釜发展趋势。>
(完整版)釜式反应器-教案
釜式反应器 Tank Reactor 釜式反应器的学习任务 1、了解釜式反应器的基本结构、特点及工业应用。 2、掌握各类釜式反应器的计算。 3、了解釜式反应器的热稳定性。 4、掌握釜式反应器的操作技能。 项目一釜式反应器的结构 釜式反应器又称: 槽型反应器或锅式反应器一种低高径比的圆筒形反应器，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。 反应器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置。在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。 操作时温度、浓度容易控制，产品质量均一。在化工生产中，既可适用于间歇操作过程，又可用于连续操作过程；可单釜操作，也可多釜串联使用；但若应用在需要较高转化率的工艺要求时，有需要较大容积的缺点。通常在操作条件比较缓和的情况下，如常压、温度较低且低于物料沸点时，釜式反应器的应用最为普遍。 一、釜式反应器基本结构 釜式反应器的基本结构主要包括: 反应器壳体、搅拌装置、密封装置、换热装置、传动装置。 壳体结构：一般为碳钢材料，筒体皆为圆筒型。釜式反应器壳体部分的结构包括筒体、底、盖（或称封头）、手孔或人孔、视镜、安全装置及各种工艺接管口等。封头；反应釜的顶盖，为了满足拆卸方便以及维护检修。 平面形：适用于常压或压力不高时； 碟形：应用较广。 球形：适用于高压场合； 椭圆形：应用较广。 锥形：适用于反应后物料需要分层处理的场合。 手孔、人孔：为了检查内部空间以及安装和拆卸设备内部构件。 视镜: 观察设备内部物料的反应情况，也作液面指示用。 工艺接管: 用于进、出物料及安装温度、压力的测定装置。
第三章 釜式反应器
3 釜式反应器 3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： 325325+→+CH COOC H NaOH CH COONa C H OH 该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l ，反应速率常数等于5.6l/mol.min 。要求最终转化率达到95%。试问： （1） （1） 当反应器的反应体积为1m 3时，需要多长的反应时间？ （2） （2） 若反应器的反应体积为2m 3，，所需的反应时间又是多少？ 解：（1）002220 00001()(1)110.95169.6min(2.83) 5.60.0210.95 ===?---= ?=?-??Af Af X X A A A A A A A A A A A dX dX X t C C R k C X kC X h (2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为2.83h 。 3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应： 223222+→++CH ClCH OH NaHCO CH OHCH OH NaCl CO 以生产乙二醇，产量为20㎏/h ，使用15%（重量）的NaHCO 3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.2l/mol.h ，要求转化率达到95%。 （1） （1） 若辅助时间为0.5h ，试计算反应器的有效体积； （2） （2） 若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。 解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h 每小时需氯乙醇：0.326680.5 91.11/0.9530%?=?kg h 每小时需碳酸氢钠：0.326684 190.2/0.9515%?=?kg h 原料体积流量：091.11190.2275.8/1.02+==Q l h 氯乙醇初始浓度：00.32661000 1.231/0.95275.8?==?A C mol l 反应时间： 02000110.95 2.968(1) 5.2 1.23110.95===?=-?-??Af Af X X A A A A B A A dX dX t C h kC C kC X 反应体积：0(')275.8(2.9680.5)956.5=+=?+=r V Q t t l （2） （2） 反应器的实际体积：956.512750.75= ==r V V l f 3.3丙酸钠与盐酸的反应： 2525+?+C H COONa HCl C H COOH NaCl 为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于50℃等温下进行该 反应的实验。反应开始时两反应物的摩尔比为1，为了确定反应进行的程度，在不同的反应时间下取出10ml 反应液用0.515N 的NaOH 溶液滴定，以确定未反应盐酸浓度。不同反应时间下，NaOH 溶液用量如下表所示：
化工原理习题及答案 釜式反应器
化工原理习题及答案釜式反应器
3 釜式反应器 3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： 325325+→+CH COOC H NaOH CH COONa C H OH 该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l ，反应速率常数等于5.6l/mol.min 。要求最终转化率达到95%。试问： （1） （1） 当反应器的反应体积为1m 3时，需要多长的反应时间？ （2） （2） 若反应器的反应体积为2m 3， ，所需的反应时间又是多少？ 解：（1）00222000001()(1) 110.95 169.6min(2.83) 5.60.0210.95===?---= ?=?-??Af Af X X A A A A A A A A A A A dX dX X t C C R k C X kC X h (2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为2.83h 。 3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应： 223222+→++CH ClCH OH NaHCO CH OHCH OH NaCl CO 以生产乙二醇，产量为20㎏/h ，使用15%（重量）的NaHCO 3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于 5.2l/mol.h ，要求转化率达到95%。 （1） （1） 若辅助时间为0.5h ，试计算反应器的有效体积； （2） （2） 若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。 解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h 每小时需氯乙醇：0.326680.5 91.11/0.9530%?=?kg h 每小时需碳酸氢钠：0.326684 190.2/0.9515%?=?kg h 原料体积流量：091.11190.2275.8/1.02+==Q l h 氯乙醇初始浓度：00.32661000 1.231/0.95275.8?==?A C mol l 反应时间：
搅拌釜式反应器课程设计
搅拌釜式反应器课程设计任务书 一、设计内容安排 1. 釜式反应器的结构设计 包括：设备结构、人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等。 2. 设备壁厚计算及其强度、稳定性校核 3. 筒体和裙座水压试验应力校核 4. 编写设计计算书一份 5. 绘制装配图一张（电子版） 二、设计条件 三、设计要求 1.学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计； 2.根据设计计算书、图纸及平时表现综合评分。 四、设计说明书的内容 1.符号说明 2.前言 （1）设计条件； （2）设计依据； （3）设备结构形式概述。 3.材料选择 （1）选择材料的原则； （2）确定各零、部件的材质；
（3）确定焊接材料。 4.绘制结构草图 （1）按照工艺要求，绘制工艺结构草图； （2）确定裙座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及 环向位置，以单线图表示； （3）标注形位尺寸。 5.标准化零、部件选择及补强计算： （1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。内容包括：代号，PN,DN, 法兰密封面形式，法兰标记，用途）。补强计算。 （2）人孔选择：PN,DN,标记或代号。补强计算。 （3）其它标准件选择。 6.结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。 7.主要参考资料。 【设计要求】： 1.计算单位一律采用国际单位； 2.计算过程及说明应清楚； 3.所有标准件均要写明标记或代号； 4.设计计算书目录要有序号、内容、页码； 5.设计计算书中与装配图中的数据一致。如果装配图中有修改，在说明书中要注明变更； 6.设计计算书要有封面和封底，均采用A4纸，正文用小四号宋体，行间距1.25倍，横向装订成册。
任务一 间歇操作釜式反应器设计
江西应用技术职业学院教案首页本学期授课次序授课班级15化工01班课题名称任务一间歇操作釜式反应器设计 教学目的要求 1、掌握理想流动模型及返混对反应的影响 2、掌握化学反应速率及反应动力学方程 3、掌握均相反应速率表示方式 4、掌握均相反应动力学 教学重点及难点 均相反应速率的表示方式、均相反应动力学 教学程序设计次序内容计划时间（min）1 2 3 4 5 6 点名、回顾上节课内容 反应器流动模型 化学反应速率及反应动力学方程 均相反应速率 均相反应动力学 小结 5 25 20 15 20 5 作业：小结：
任务一间歇操作釜式反应器设计 工作任务：根据化工产品的生产条件和工艺要求进行间歇操作釜式反应器的工艺设计 预备知识： 一、反应器流动模型 （一）理想流动模型 1、理想置换流动模型 也称为平推流模型或活塞流模型。指在任一截面的物料如同活塞一样在反应器中移动，垂直于流动方向的任一横截面上所有的物料质点的年龄相同，是一种返混量为零的极限流动模型。其特点是在定态情况下，沿着物料流动方向物料的参数会发生变化，而垂直于流动方向上的任一截面的所有参数都相同，如浓度、压力、流速等。 2、理想混合流动模型 称为全混流模型。由于强烈搅拌，反应器内物料质点返混无穷大，所有空间位置物料的各种参数完全一致 3、返混及其对反应的影响 指不同时刻进入反应器的物料之间的混合，是逆向的混合，或者说是不同年龄质点之间的混合。间歇操作反应器不存在返混。其带来的最大影响是反应器进口处反应物高浓度去的消失或减低。 a 返混改变了反应器内的浓度分布，是反应器内反应物的浓度下降，反应产物的浓度上升 b 返混的结果将产生停留时间分布，并改变反应器内浓度分布。 c 不但对反应过程产生不同程度的影响，更重要的是对反应器的工程放大所产生的问题 d 降低返混程度的主要措施是分割，通常有横向分割和纵向分割两种 （二）非理想流动 实际反应器中流动状况偏离理想流动状况的原因课归纳为下列几个方面 a 滞留去的存在也称死区、死角，是指反应器中流体流动极慢导致几乎不流动的区域。 b 存在沟流与短路 c 循环流 d 流体流速分布不均匀 e 扩散 二、均相反应动力学基础 工业反应器中，化学反应过程与质量、热量和动量传递过程同时进行，这种化学反应与
间歇操作釜式反应器测试
理论部分 一、是非题 1、釜式反应器可用来进行均相反应，也可用于以液相为主的非均相反应。 2、釜式反应器的所有人孔、手孔、视镜和工艺接管口，除出料口外，一律都开在顶盖上。 3、对于低粘度液体，应选用大直径、低转速搅拌器，如锚式、框式和桨式。 4、釜式反应器的夹套高度一般应高于料液的高度，以保证充分传热。 5、含有固体颗粒的物料及粘稠的物料，不宜采用蛇管式换热器。 6、当反应在沸腾温度下进行且反应热效应很大时，可采用回流冷凝法进行换热。 7、计算反应釜理论传热面积时应以反应开始阶段的放热速率为依据。 二、填空题 1、釜式反应器的基本结构主要包括、____ 、、。 2、搅拌的根本目的是______________________________________________ _________。
3、搅拌器的选型主要根据___________、 _____________及_________________的性能特征来进 行。 4、轴封是指搅拌釜封头和间的密封。 分为_________密封和密封。 5、采用有机载热体作为高温热源的突出优点是 _____________________________________。 三、选择题 1、对于非均相液-液分散过程，应优先选择__ _搅拌器。 A 锚式 B 涡轮式 C 桨式 D 推进式 2、对低粘度均相液体混合，应优先选择__ __ 搅拌器。 A 螺带式 B 涡轮式 C 桨式 D 推进式 3、对于以传热为主的搅拌操作，可选用__ _ 搅拌器。 A 锚式 B 涡轮式 C 桨式 D 推进式 4、反应釜内壁有非金属衬里且物料易结垢时，应选用 __ __传热。 A 夹套 B列管式换热器 C 蛇管换热器 D 插入式传热构件 E 回流冷凝器 5、为维持200℃的反应温度，工业生产上常用__ _作载热体。
化工反应工程答案 第三章
3 釜式反应器 3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： 325325+→+C H C O O C H N aO H C H C O O N a C H O H 该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l ，反应速率常数等于5.6l/mol.min 。要求最终转化率达到95%。试问： （1） （1） 当反应器的反应体积为1m 3时，需要多长的反应时间？ （2） （2） 若反应器的反应体积为2m 3， ，所需的反应时间又是多少？ 解：（1）00222000001()(1)11 0.95 169.6m in(2.83) 5.60.0210.95===?---= ? =?-??A f A f X X A A A A A A A A A A A dX dX X t C C R k C X kC X h (2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为2.83h 。 3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应： 223222+→++C H C lC H O H N aH C O C H O H C H O H N aC l C O 以生产乙二醇，产量为20㎏/h ，使用15%（重量）的NaHCO 3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.2l/mol.h ，要求转化率达到95%。 （1） （1） 若辅助时间为0.5h ，试计算反应器的有效体积； （2） （2） 若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。 解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h 每小时需氯乙醇：0.326680.5 91.11/0.9530%?=?kg h 每小时需碳酸氢钠：0.326684 190.2/0.9515%?=?kg h 原料体积流量：091.11190.2275.8/1.02+==Q l h 氯乙醇初始浓度：00.32661000 1.231/0.95275.8?==?A C m ol l 反应时间： 02000110.95 2.968(1) 5.2 1.23110.95===?=-?-??Af Af X X A A A A B A A dX dX t C h kC C kC X 反应体积：0(')275.8(2.9680.5)956.5=+=?+=r V Q t t l
立式搅拌反应釜设计
立式搅拌反应釜工艺设计 1. 推荐的设计程序 1.1 工艺设计 1、做出流程简图； 2、计算反应器体积； 3、确定反应器直径和高度； 4、选择搅拌器型式和规格； 5、按生产任务计算换热量； 6、选定载热体并计算K 值； 7、计算传热面积； 8、计算传热装置的工艺尺寸； 9、计算搅拌轴功率； 1.2 绘制反应釜工艺尺寸图 1.3 编写设计说明书 2. 釜式反应器的工艺设计 2.1 反应釜体积的计算 2.1.1 间歇釜式反应器 V a =V R /φ （2-1） V D =F v (t+t 0) （2-2） 式中 V a —反应器的体积，m 3； V R —反应器的有效体积，m 3。 V D —每天需要处理物料的体积，m 3。 F v —平均每小时需处理的物料体积，m 3/h ； t 0 —非反应时间，h ； t —反应时间，h ； ? =A x R A A A V r dx n t 0 （2-3） 等温等容情况下 ? =A x A A A r dx C t 0 0 （2-4）
对于零级反应 A A x k C t 0 = （2-5） 对一级反应 A x k t -= 11ln 1 （2-6） 对二级反应 2A →P ；A+B →P （C A0=C B0） () A A A x kC x t -= 100 （2-7） 对二级反应 A+B →P ()A B A B x x C C k t ---= 11ln 100 （2-8） φ—装料系数，一般为0.4～0.85，具体数值可按下列情况确定： 不带搅拌或搅拌缓慢的反应釜 0.8～0.85； 带搅拌的反应釜 0.7～0.8； 易起泡沫和在沸腾下操作的设备 0.4～0.6。 2.2反应器直径和高度的计算 在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择罐体适宜的长径比(H/D)，以确定罐体直径和高度。长径比的确定通常采用经验值，即2-1 表2-1 罐体长径比经验表 在确定了长径比和装料系数之后，先忽略罐底容积，此时 ??? ? ??≈ ≈ i i i D H D H D V 32 44 π π （2-9） 选择合适的高径比，将上式计算结果圆整成标准直径。椭圆封头选择标准件，其内径与筒体内径相同。可参照《化工设备机械基础课程设计指导书》的附录查找。通过式（2-10）得出罐体高度。 π 4 2?-= i D V V H 封 （2-10） 其中 V 封——封头容积，m 3
釜式反应器设计说明书123
一概述 1.1醋酸乙酯生产工艺的现状和特点 醋酸乙酯分子式C4H8O2，又名：乙酸乙酯，英文名称：acetic ester；ethyl acetate，简称EA。醋酸乙酯是醋酸工业重要的下游产品，也是一种重要的绿色有机溶剂，溶解能力及快干性能均属上乘，主要用做涂料(油漆和瓷漆)、油墨和粘合剂配方中的活性溶剂，也可用做制药和有机化学合成的工艺溶剂。 EA可用于制造乙酰胺、乙酰醋酸酯、甲基庚烯酮等，并在香料、油漆、医药、火胶棉、硝化纤维、人造革、染料等行业中广泛应用，还可用作萃取剂和脱水剂，亦可用于食品工业。还可用于硝酸纤维、乙基纤维、氯化橡胶和乙烯树脂、乙酸纤维素脂、纤维素乙酸丁酯和合成橡胶等的生产过程；也可用于复印机的液体硝基纤维墨水。在纺织工业中用作清洗剂；在食品工业中作为特殊改性酒精的香味萃取剂；在香料工业中是重要的香料添加剂，可作为调香剂的组份。同时醋酸乙酯本身也是制造染料、香料和药物的原料。在高级油墨、油漆及制鞋用胶生产过程中，对醋酸乙酯的质量要求较高。 当前全球醋酸乙酯的市场状况是：欧美等发达国家醋酸乙酯的市场发展比较成熟，产量和消费量的增长都比较缓慢，亚洲尤其是中国成为醋酸乙酯生产和消费增长最为快速的国家和地区。由于中国国内快速发展的市场，尤其是建筑、汽车等行业的强劲发展，推动国内醋酸乙酯的需求，但是同时，醋酸乙酯生产能力的增长也非常快速，市场未来发展充满了机遇与挑战。 醋酸乙酯消费持续增长的主要原因是它取代了污染空气环境的用于表面涂层和油墨
配方的甲乙酮和甲基异丁基酮。醋酸乙酯作为优良溶剂，正逐步替代一些低档溶剂，发展潜力较大。 受消费拉动，20世纪90年代以来，我国醋酸乙酯生产发展迅速。“八五”期间，产量年均增长率为13.0%；1995-2000年，年均增长率达到20.5%；2000-2002年，年均增长率高达30.5%。目前我国有醋酸乙酯生产企业30多家，年产能力为57.2万吨。其中，万吨级以上规模的企业有14家，年产能力为47万吨。2001年5月，山东金沂蒙集团将醋酸乙酯产能增至8万吨/年，2003年6月又扩能至16万吨/年；2001年，上海石化采用黑龙江省石化研究院技术，建成2万吨/年乙醛缩合法生产醋酸乙酯装置；2002年5月，中英合资BP--扬子江乙酰化工有限公司8万吨/年醋酸乙酯装置投产，采用BP 切换式醋酸乙酯技术生产醋酸乙酯和醋酸丁酯，工艺技术国内领先；2001年，江西南昌赣江溶剂厂将醋酸乙酯年产能力从2万吨扩至8万吨；2003年，江门谦信化工发展有限公司将产能从1.5万吨/年扩至3.5万吨/年。近2-3年内，国内新增醋酸乙酯年产能力达31万吨。 虽然我国醋酸乙酯市场仍有潜力，但由于扩能速度太快，近两年已出现开工率不足的现象。据了解，2002年国内装置平均开工率约77%，预计2003年平均开工率将为66%。目前市场已经饱和，产品价格呈走软趋势，利润已渐微薄。而在建和拟建醋酸乙酯项目尚有20万吨/年产能。如果这些项目到2005年如期投产，我国醋酸乙酯供应将平衡有余。随着国内新增能力陆续投产，近两年我国醋酸乙酯进口量有所下降。2001年进口5.35万吨，2002年进口4.8万吨，2003年上半年进口2.45万吨。 醋酸乙酯制备方法主要有醋酸酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法和乙烯加成法。 用醋酸和乙醇酯化制醋酸乙酯是开发较早，工艺成熟，且为目前主要采用的方法。反应在酸催化剂（如硫酸）存在下进行液相酯化，分为间歇法和连续法。间歇法使用釜式反
搅拌釜式反应器课程设计书
搅拌釜式反应器课程设计书 一、设计容安排 1. 釜式反应器的结构设计 包括：设备结构、人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等。 2. 设备壁厚计算及其强度、稳定性校核 3. 筒体和裙座水压试验应力校核 4. 编写设计计算书一份 5. 绘制装配图一（电子版） 二、设计条件 三、设计要求 1.学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计； 2.根据设计计算书、图纸及平时表现综合评分。 四、设计说明书的容 1.符号说明 2.前言 （1）设计条件； （2）设计依据； （3）设备结构形式概述。 3.材料选择 （1）选择材料的原则； （2）确定各零、部件的材质； （3）确定焊接材料。
4.绘制结构草图 （1）按照工艺要求，绘制工艺结构草图； （2）确定裙座、接管、人孔、控制点接口及附件、部主要零部件的轴向及环 向位置，以单线图表示； （3）标注形位尺寸。 5.标准化零、部件选择及补强计算： （1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。容包括：代号，PN,DN, 法兰密封面形式，法兰标记，用途）。补强计算。 （2）人孔选择：PN,DN,标记或代号。补强计算。 （3）其它标准件选择。 6.结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。 7.主要参考资料。
目录 搅拌釜式反应器设计条件 (1) 1 确定筒体的直径和高度 (2) 2. 确定夹套的直径和高度 (2) 3. 确定夹套的材料和壁厚 (3) 4. 确定筒的材料和壁厚 (3) 5. 水压试验及其强度校核 (5) 6. 选择釜体法兰 (6) 7. 选择搅拌器、搅拌轴和联轴器 (6) 8. 选择搅拌传动装置和密封装置 (7) 9. 校核L1/ B和L1/d (8) 10. 容器支座的选用计算 (8) 11. 选用手孔、视镜、温度计和工艺接管 (9) 12 参考资料 (10) 13 设计感想 (11)
化学反应工程王承学课后答案第三章
3-1 在反应体积为3 1m 的间歇操作釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生成丙二醇 32232COHCHOHCH H →+O H COCHCH H 该反应对环氧丙烷为一级，反应温度下的速率常数为0.981 -h ，原料液中环 氧丙烷的浓度为 2.1kmol/3 m ，环氧丙烷的最终转化率为90%。若辅助时间为0.65h ，一天24h 连续生产，试求丙二醇的日产量为多少？ 解 3223 2COHCHOHCH H →+O H COCHCH H ( A ) ( B ) 一级反应 h x k C C k t Af Af A 35.29 .011ln 98.0111ln 1ln 10=-=-== h m h m t t V v /3 1)65.035.2(13 300=+=+= 丙二醇日产量=Af A x C v 0024 =天/12.159.01.23 1 24kmol =??? kmol k /g 76M B = 丙二醇日产量天/kg 2.111492.11576Q =?= 3-2一个含有A 和B 液体)/0.04m ol c /10.0c (B00 L L mol A ==、 以体积流量2L/min 流入容积V R =10L 的全混流反应器，物料在最佳的条件下进行反应A →2B+C 。已知由反应器流出的物料中含有A 、B 和C ， L mol c Af /04.0=。试求：在反应器条件下，A 、B 和C 的反应速率？ 解 空时 min 5min /2100===L L v V R τ
min 5/)04.01.0(00L mol C C r r C C Af A Af Af Af A -= -= =-τ τ min /012.0?=L mol min)/(024.02?==L mol r r Af Bf min) /(012.0?==L mol r r Af Cf 3-3 一个液相反应： A+B →R+S 其中，m in) /(71 ?=mol L k ，m in)/(32 ?=mol L k 。 反应是在一个容积为120L 的稳态全混流反应器中进行的，两条加料线，一个保持2.8mol/L 反应物A 的加料浓度，另一个保持1.6mol/L 反应物B 的加料浓度，两条线分别以等体积速率进入反应器，要求指定组分转化率为75%。求每条线的加料流量？假设反应器密度为常数。 解 S R 1k 2 k +??←+? →?B A 因B 的浓度低，所以为指定组分，两条线混合后两组份的浓度各降一半， 因此，有： %751x 0 0=- =-= B Bf B Bf B Bf c c c c c L mol c Bf /2.0= L mol X C C c Bf B A Af /8.075.08.04.100=?-=-= 因此， S R 1k 2 k +??←+? →?B A 出口 初始 1.4 0.8 0 0 L mol c Af /8.0= 反应掉 0.6 0.6 生成 0.6 0.6 L mol c Bf /2.0=
反应器结构及工作原理图解
反应器结构及工作原理图解 小7：这里给大家介绍一下常用的反应器设备，主要有以下类型：①管式反应器。由长径比较大的空管或填充管构成，可用于实现气相反应和液相反应。②釜式反应器。由长径比较小的圆筒形容器构成，常装有机械搅拌或气流搅拌装置，可用于液相单相反应过程和液液相、气液相、气液固相等多相反应过程。用于气液相反应过程的称为鼓泡搅拌釜（见鼓泡反应器）；用于气液固相反应过程的称为搅拌釜式浆态反应器。③有固体颗粒床层的反应器。气体或(和)液体通过固定的或运动的固体颗粒床层以实现多相反应过程，包括固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、涓流床反应器等。④塔式反应器。用于实现气液相或液液相反应过程的塔式设备，包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等（见彩图）。 一、管式反应器 一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200（液体），物料的流动可近似地视为平推流。
分类： 1、水平管式反应器 由无缝钢管与U形管连接而成。这种结构易于加工制造和检修。高压反应管道的连接采用标准槽对焊钢法兰，可承受1600-10000kPa压力。如用透镜面钢法兰，承受压力可达10000-20000kPa。
2、立管式反应器 立管式反应器被应用于液相氨化反应、液相加氢反应、液相氧化反应等工艺中。
3、盘管式反应器 将管式反应器做成盘管的形式，设备紧凑，节省空间。但检修和清刷管道比较困难。
搅拌釜式反应器课程设计书
大连民族学院 生命科学学院 化工设备课程设计 题目：搅拌反应釜课程设计 姓名：王睿 学号：2014034113 系部：化学工程系 专业班级：化工142 指导教师：赵明举 时间：2016.11.21至2016.11.28
搅拌釜式反应器课程设计任务书 一、设计内容安排 1. 釜式反应器的结构设计 包括：设备结构、人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等。 2. 设备壁厚计算及其强度、稳定性校核 3. 筒体和裙座水压试验应力校核 4. 编写设计计算书一份 5. 绘制装配图一张（电子版） 二、设计条件 三、设计要求 1.学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计； 2.根据设计计算书、图纸及平时表现综合评分。 四、设计说明书的内容 1.符号说明 2.前言 （1）设计条件； （2）设计依据； （3）设备结构形式概述。 3.材料选择 （1）选择材料的原则； （2）确定各零、部件的材质； （3）确定焊接材料。
4.绘制结构草图 （1）按照工艺要求，绘制工艺结构草图； （2）确定裙座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及 环向位置，以单线图表示； （3）标注形位尺寸。 5.标准化零、部件选择及补强计算： （1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。内容包括：代号，PN,DN, 法兰密封面形式，法兰标记，用途）。补强计算。 （2）人孔选择：PN,DN,标记或代号。补强计算。 （3）其它标准件选择。 6.结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。 7.主要参考资料。
目录 搅拌釜式反应器设计条件 (1) 1 确定筒体的直径和高度 (2) 2. 确定夹套的直径和高度 (2) 3. 确定夹套的材料和壁厚 (3) 4. 确定内筒的材料和壁厚 (3) 5. 水压试验及其强度校核 (5) 6. 选择釜体法兰 (6) 7. 选择搅拌器、搅拌轴和联轴器 (6) 8. 选择搅拌传动装置和密封装置 (7) 9. 校核L1/ B和L1/d (8) 10. 容器支座的选用计算 (8) 11. 选用手孔、视镜、温度计和工艺接管 (9) 12 参考资料 (10) 13 设计感想 (11)
釜式反应器设计说明书
一概述醋酸乙酯生产工艺的现状和特点 醋酸乙酯分子式C 4H 8 O 2 ，又名：乙酸乙酯，英文名称：acetic ester；ethyl acetate， 简称EA。醋酸乙酯是醋酸工业重要的下游产品，也是一种重要的绿色有机溶剂，溶解能力及快干性能均属上乘，主要用做涂料(油漆和瓷漆)、油墨和粘合剂配方中的活性溶剂，也可用做制药和有机化学合成的工艺溶剂。 EA可用于制造乙酰胺、乙酰醋酸酯、甲基庚烯酮等，并在香料、油漆、医药、火胶棉、硝化纤维、人造革、染料等行业中广泛应用，还可用作萃取剂和脱水剂，亦可用于食品工业。还可用于硝酸纤维、乙基纤维、氯化橡胶和乙烯树脂、乙酸纤维素脂、纤维素乙酸丁酯和合成橡胶等的生产过程；也可用于复印机的液体硝基纤维墨水。在纺织工业中用作清洗剂；在食品工业中作为特殊改性酒精的香味萃取剂；在香料工业中是重要的香料添加剂，可作为调香剂的组份。同时醋酸乙酯本身也是制造染料、香料和药物的原料。在高级油墨、油漆及制鞋用胶生产过程中，对醋酸乙酯的质量要求较高。 当前全球醋酸乙酯的市场状况是：欧美等发达国家醋酸乙酯的市场发展比较成熟，产量和消费量的增长都比较缓慢，亚洲尤其是中国成为醋酸乙酯生产和消费增长最为快速的国家和地区。由于中国国内快速发展的市场，尤其是建筑、汽车等行业的强劲发展，推动国内醋酸乙酯的需求，但是同时，醋酸乙酯生产能力的增长也非常快速，市场未来发展充满了机遇与挑战。 醋酸乙酯消费持续增长的主要原因是它取代了污染空气环境的用于表面涂层和油墨配方的甲乙酮和甲基异丁基酮。醋酸乙酯作为优良溶剂，正逐步替代一些低档溶剂，发展潜力较大。 受消费拉动，20世纪90年代以来，我国醋酸乙酯生产发展迅速。“八五”期间，产量年均增长率为%；1995-2000年，年均增长率达到%；2000-2002年，年均增长率高达%。目前我国有醋酸乙酯生产企业30多家，年产能力为万吨。其中，万吨级以上规模的企业有14家，年产能力为47万吨。2001年5月，山东金沂蒙集团将醋酸乙酯产能增至8万吨/年，2003年6月又扩能至16万吨/年；2001年，上海石化采用黑龙江省石化研究院技术，建成2万吨/年乙醛缩合法生产醋酸乙酯装置；2002年5月，中英合资BP--扬子江乙酰化
釜式反应器
第三章釜式反应器 重点掌握： ?等温间歇釜式反应器的计算（单一反应、平行与连串反应）。 ?连续釜式反应器的计算。 ?空时和空速的概念及其在反应器设计计算中的应用。 ?连续釜式反应器的串联和并联。 ?釜式反应器中平行与连串反应选择性的分析，连接和加料方式的选择。 ?连续釜式反应器的热量衡算式的建立与应用。 深入理解： ?变温间歇釜式反应器的计算。 广泛了解： ?串联釜式反应器最佳体积的求取方法。 ?连续釜式反应器的多定态分析与计算。 ?产生多定态点的原因，着火点与熄火点的概念。 釜式反应器 反应器的分析与设计是《反应工程》的重要组成部分和主要任务。反应器设计的任务就是确定进行化学反应的最佳操作条件和完成规定的生产任务所需的反应器体积和主要尺寸。 对于反应器的分析计算需要建立适当的数学模型，本章将针对两类理想的反应器模型（间歇釜式反应器模型和全混流反应器模型）进行讨论和分析，考察反应器性能与各种因素的关系，反应器性能的优化设计问题等。具体内容包括： 等温间歇釜式反应器的计算（单一反应） 等温间歇釜式反应器的计算（复合反应） 全混流反应器的设计 全混流反应器的串联与并联 釜式反应器中复合反应的收率与选择性 变温间歇釜式反应器的计算 全混流反应器的定态操作与分析
第一节釜式反应器的物料衡算方程 反应器设计的基本内容： 选择合适的反应器类型 确定最佳操作条件 计算完成规定的生产任务所需的反应器体积（尺寸） 最终的目标是经济效益最大(实际上不应该仅仅针对反应系统，应该包括整个过程) 基本方程: 物料衡算--描述浓度的变化规律 能量衡算--描述温度的变化规律 动量衡算--描述压力的变化情况 注意： 首先要选择控制体 如果反应器内各处浓度均一，衡算的控制体选择整个反应器。如果反应区内存在两个或两个以上相态，反应体积内各点的反应物料组成未必相同，这时只能选择微元体积作为控制体。 对于复杂反应，方程数大大增多 第二节等温间歇釜式反应器的计算（单一反应） 特点： 分批装、卸； 适用于不同品种和规格的产品的生产，广泛用于医药、试剂、助剂等生产。 整个操作时间=反应时间+辅助时间（装+卸+清洗）
第三 四 章 釜式和管式反应器(答案)
第三、四章 釜式和管式反应器 一、填空题 1. CSTR 定态操作稳定的必要条件是 dT dq dT dq g r > 。 2. 对于循环操作的平推流反应器，当循环比趋于0时为___平推流____反应器。 3. 对于反应级数n ＞0的反应，为降低反应器容积，应选用 平推流 反应器为宜。 4. 如果平行反应12k k A P A S ??→??→（均为一级不可逆反应，P 为目的产物）分别在单一连续釜、多个连续釜串联、间歇釜中进行反应，当最终转化率相同时，最终收率关系为：单一连续釜 < 多个连续釜串联 < 间歇釜。(>、<、=) 5. 对于循环操作的平推流反应器，当循环比趋于∞时则相当于___全混流____反应器。 6. 对n 级不可逆均相反应（n>0），在下列组合方案中（每个反应器体积相等）进行化学反应，转化率最大的是 PFR→PFR ，最小的是 两个CSTR 并联 。(PFR→PFR 、 CSTR→CSTR 、PFR→CSTR 、两个CSTR 并联) 7. 具有良好搅拌装置的釜式反应器按 全混流 反应器处理，而管径小，管子较长和流速较大的管式反应器按 平推流 反应器处理。 8. 间歇釜式反应器操作的优化分析是以 平均生产速率R Y 最大 、 生产经费最低 为目标进行优化的。 9. 间歇釜式反应器的空时τ是 反应器的有效容积 与 进料流体的容积流速 之比。 10. 全混流反应器的放热速率G Q =______p r A C v H r V ρ0) )((?--________。 11. 全混流反应器的移热速率r Q =______)()1(000P m P c v UAT T c v UA T ρρ+-+ ________。 12. 全混流反应器的定常态操作点的判据为___r G Q Q =____。 13. 全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为___r G Q Q =____、___ dT dQ dT dQ G r ?____。 15. 对于恒容的 平推流 管式反应器平均停留时间、反应时间、空时一致。 16. 对于反应级数n ＜0的反应，为降低反应器容积，应选用 全混流 反应器为宜。 17. 对于自催化反应，最合适的反应器为 全混流串平推流 。 18. 间歇釜式反应的装填系数由经验确定，取值范围通常为 0.4~0.85 。 19. BR 反应器中发生两个一级平行反应时，任意时刻两个反应产物浓度之比，等于 两个反应速率常数 之比 20. CSTR 反应的空时越小，说明反应器的原料处理能力 越大 。 二、选择题
化学反应器分类及其特点
化学反应器分类及其特点 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
化学反应器的分类及特点 秦财德 （中南大学、化学化工学院、化工1002班） 摘要: 反应器的应用始于古代，制造陶器的窑炉就是一种原始的反应器。近代工业中的反应器形式多样。化学反应器，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置。本文主要介绍化学反应器的分类和特点 关键词：化学反应器特点典型反应 现在的化工反应器在向高精端方向发展，在化工反应中处于主要地位，化学反应器是化学反应的载体,是化工研究、生产的基础,是决定化学反应好坏的重要因素之一,因此反应器的设计、选型是十分重要的。反应器的种类很多，设计和选型很重要，座椅应该按照实际情况来设计制造。 一．釜式反应器 （一）反应器的简介 一种低高径比的圆筒形反应器，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置。在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。 （二）反应器的特点
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。反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。 （三）典型反应： 在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： CH 3COOC 2 H 5 +NaOH CH 3 COONa+ C 2 H 5 OH 二．管式反应器 （一）反应器的简介 管式反应器一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200（液体），物料的流动可近似地视为平推流.（二）反应器的特点 （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。