带搅拌管式反应器中的流动特性
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.4、U形管式反应器U形管式反应器的管内设有多孔挡板或搅拌装置,以强化传热与传质过程。
U形管的直径大,物料停留时间增长,可应用于反应速率较慢的反应。
5、多管并联管式反应器多管并联结构的管式反应器一般用于气固相反应,例如气相氯化氢和乙炔在多管并联装有固相催化剂的反应器中反应制氯乙烯,气相氮和氢混合物在多管并联装有固相铁催化剂的反应器中合成氨.性能特点: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。
东南大学化工学院药厂反应设备及车间工艺设计课件(设备部分)

注意点: 讨论E(τ)、F(τ)函数时都是针对出口物料而 言,此时物料粒子在反应器内的停留时间指从 进入反应器开始到离开为止,即粒子的寿命, 故E(τ)、F(τ)表示的寿命分布。
(二)停留时间分布函数的特征值 1. 平均停留时间 概率分布中的数学期望代表平均值,故 平均停留时间可用下式计算:
E ( )d E ( )d
VR FAO
x Af
0
dx A ( rA )
x Af dx Vr A C AO 0 (r ) A
τ称为空间时间,只有在等容过程中,它才等 于平均停留时间。
3.2 连续管式反应器容积
x Af dC VR A C AO C A 0 (r ) A
要点:理想管式反应器中与间歇釜中需 要的反应时间是相同的,可以用间歇反 应器中的试验数据进行管式反应器的设 计与放大。
t m 4VR / V
式中 t m -混和时间 s或h 3 V R -装料容积 m V——搅拌器的流量(泵送能力)
m / s或m / h
3 3
搅拌器的流量与其直径的3次方和转速的 1次方成正比,即
V=K V nd
r2 i 2 E i ( i ) 2 Ei ( i )
方差越大,停留时间分布越分散, 返混程度越大。
(三)以无因次时间表示的停留时间分布 无因次停留时间常采用θ表示, (1)平均停留时间
1 .0
(2)分布密度函数E(θ) 与分布函数F(θ) E ( ) E ( ) F ( ) F ( )
二、间歇釜式反应器 (1)等温操作的反应时间 物料衡算:
微元时间内反应掉 微元时间内组分A = 组分A的摩尔数 减少的摩尔数
化工生产中常见反应器

操作简便,易于控 制
广泛应用于化工、 制药等领域
流化床反应器的应用
流化床反应器在化工生产中主要用 于实现固体催化剂与液体原料的接 触和反应
在石油工业中,流化床反应器主要 用于烃类裂化反应,生产高质量的 汽油和柴油等产品
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流化床反应器具有高效、节能、环 保等优点,广泛应用于石油、化工、 制药等领域
流化床反应器具有较好的混合效果, 能够使物料在反应器内均匀混合, 提高反应效率。
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流化床反应器具有较高的传热效率, 能够实现快速反应和高效能量利用。
流化床反应器易于实现连续化、规 模化生产,能够提高生产效率和降 低生产成本。
反应器的应用
釜式反应器的应用
适用于多种化工生产过程,如聚合、缩合、烷基化等 可用于高温、高压、高粘度、高流速的化工生产环境 适用于大规模生产,能够提高生产效率和降低成本 操作简单,易于控制,能够实现自动化生产
管式反应器的应用
适用于高温、高压和高流速的反应 适用于大规模生产,产量高 适用于多种反应类型,如放热、吸热、气体和液体的反应 适用于高粘度、高固体含量的反应
塔式反应器的应用
适用于大规 模生产
分离和提纯 效果好
可用于多种 化学反应
操作简便, 易于控制
固定床反应器的应用
适用于大规模生产
可用于多种化学反 应
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特点:管式反应器通常由一组直管组成,反应物料在管内流动,通 过加热或冷却外部管壁实现温度控制。
应用范围:管式反应器广泛应用于石油、化工、制药等领域,适用 于气相、液相或固液混合相的反应。
化工基础 第八章 典型反应器

(10)滴流床反应器
实质是按传递过程的特征分类,相同结构反应器内物料具有相同流动、混和、
传质、传热等特征。
3 根据温度条件和传热方式分类 (1)根据温度条件分:等温、非等温式反应器。 (2)根据传热方式分:
绝热式:不与外界进行热交换; 外热式:由热载体供给或移走热量,
又有间壁传热式、直接传热式、外循环传热式之分。 蒸发传热式:靠挥发性反应物、产物、溶剂的蒸发移除热量。
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。
C、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。
第八章 典型反应器
§8.1 概述
任何化学品的生产,都离不开三个阶段:原料预处理、化学反应、产品精制。 化学反应过程是化工生产过程的核心。 物理过程的原理和操作设备——《流体流动与传热》和《传质与分离技术》。 化学反应过程的原理和反应设备——《化学反应过程与设备》,属于化学反 应工程的范畴。 1 研究目的 研究目的:使化学工业生产中的反应过程最优化。 (1)设计最优化:由给定的生产任务,确定反应器的型式和适宜的尺寸及 其相应的操作条件。 (2)操作最优化:在反应器投产运行之后,还必须根据各种因素和条件的 变化作相应的修正,以使它仍能处于最优的条件下操作。 2 研究内容 从实验室开发到工业生产存在放大效应。 在工业反应器中实际进行的过程不但包括有化学反应,还伴随有各种物理过 程,如热量的传递、物质的流动、混和和传递等,所有这些传递过程使得反应器 内产生温度分布和浓度分布,从而影响反应的最终结果。 化学动力学特性的研究 :在实验室的小反应器内进行,完全排除传递过程 的影响。 流动、传递过程对反应的影响 处理整个反应工程的问题需要具备三个方面的知识(三传一反): a. 化学反应的规律(反应动力学); b. 传递过程的规律(质量、热量和动量的传递); c. 上述两者的结合。 3 研究作用 (1)反应器的合理选型
制药工程与设备-PPT课件

抗生素质量百分含量为1~3%;酶为 0.1~0.5%;单克隆抗体不超过0.0001%。
第一篇 反应过程与设备
前言
反应器的重要性:核心设备,其结构、操作方式、 操作条件影响转化率、质量、成本等。
反应动力学是反应工程学的基础理论之一,主要研究 化学反应过程的速率及其影响因素。它包括两方面内容: 第一是本征动力学(微观动力学);第二是宏观动力学 (反应器动力学)。
连续管式反应器的基础设计式
τ
Vt v0
CA0
dx xAf
A
0 ( rA )
在等容过程中,对在相同的反应条件下(即k相同)的同
一反应,达到相同的转化率,理想连续管式反应器中需要的停
留时间与间歇釜中需要的反应时间是相同的,所以,可以用间
歇反应器中的试验数据进行管式反应器的设计与放大。
对于连续管式反应器的基础设计式
如,对于一级反应有
( rA ) kCA
代入积分有
kCA0 (10 (1 xA )
11 ln
k 1 xA
讨论
nA0 V
xA dx A 0 (rA )
CA0
xA dx A 0 (rA )
从上式可以看出只要起始浓度相同,达到一定转化率所 需的反应时间,只取决于反应速度,而与处理量无关,所 以在进行间歇釜式反应器的放大时,只要保证放大后的反 应速度与小试时相同,就可以实现高倍数放大。
受温度的影响不显著,可以近似看成与温度无关。
二、间歇釜式反应器 1. 等温操作的反应时间 微元时间内反应掉组分A的摩尔数=微元时间内组分A减少的摩尔数
( rA )Vd
dnA
dnA
nA0dxA
(rA )Vd nA0dxA
Innovene气相法聚丙烯卧式搅拌反应器运行分析

未能反应的丙烯气体通过冷凝的方式来进行回收,之后于反应器顶部喷洒液态丙烯作为急冷液,通过丙烯气化吸热来撤走反应系统所累计的大量热量,维持反应器温度在60~70 ℃的范围内。
在反应器底部通入混有丙烯,乙烯和氢气的循环气,使得整个床层保持接近流化的松动状态。
床层在具有特定结构搅拌桨叶的搅拌作用下缓慢地向反应器下游移动,在出口形成符合生产要求的聚丙烯颗粒。
本文将就Innovene 公司开发的高效的气相聚丙烯反应装置即卧式搅拌反应器中影响实际生产效果的主要流体力学性质进行介绍。
1 流动特性Innovene 气相法工艺最大的优势在于采用了流动模型接近于理想平推流的卧式搅拌反应器,其可以在节约设备制造成本,减小流程复杂程度的同时实现多级全混釜的串联[2]。
卧式搅拌反应器的停留时间分布(RTD)曲线比立式搅拌床(VSBR)窄,显示出HSBR 对比VSBR 的主要优势。
HSBR 中停留时间非常短或非常长的催化剂颗粒的比例明显降低,因此催化剂颗粒尺寸和聚合物性质更加均匀[3]。
在实际生产过程中,反应器内的流体由于各种原因会出现不同程度的停留时间分布现象。
一部分流体受到外界影响发生反向运动并在流场横截面上混合的返混现象是引起停留时间分布的一大因素,但是停留时间分布并不能成为我们推断返混0 引言气相法聚丙烯工艺是迄今为止最为先进的聚丙烯生产工艺之一,由于其消除了脱气和挥发性液相转移过程,使得聚丙烯可以作为流动的颗粒来直接进行生产和输送,进一步简化了本体法聚合的流程。
气相法工艺与传统的淤浆法与液相本体法相比,在调节产品性能来切换牌号、控制产物分子量和共聚单体含量、生产过程安全性和开停车操作简易程度等方面具有相当大的优势[1]。
随着聚丙烯工艺的快速发展,不同形式的气相法聚合反应器被越来越多的应用在聚丙烯生产过程当中。
Unipol 工艺采用了两台上部扩径的流化床反应器,丙烯气化后与循环气混合再从反应器底部通入,引入了气锁系统来防止原料随颗粒排出;Novolen 工艺通过两台双螺带搅拌的立式反应器来进行丙烯的聚合,液相丙烯与少量的气相丙烯从顶部和底部加入,聚丙烯颗粒借助压差来进入第二反应器;Spherizone 工艺的多区循环反应器使聚合物颗粒在上升区被原料气体流化上升,通过顶部旋风分离沉降到下降区,再循环至上升区,下降区排料;Innovene 工艺(又名BP-Amoco 工艺)采用两台具有特殊结构搅拌桨的卧式搅拌反应器,多点进料,循环气自底部均匀透过床层,达到所谓的“亚流化”状态。
固定床、流化床、移动床、浆态床比较

四种反应器形式比较一、固定床反应器(一)概念凡是流体通过不动的固体物料形成的床层面进行反应的设备都称为固定床反应器。
而其中尤以利用气态的反应物料,通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气固相催化反应器在化工生产中应用最为广泛。
例如石油炼制工业中的加氢裂化、歧化、异构化、加氢精制等;无机化学工业中的合成氨、硫酸、天然气转化等;有机化学工业中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙烯水合制乙醇、乙苯脱氧制苯乙烯、苯加氢制环己烷等。
(二)特点结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优点,是现代化工和反应中应用很广泛的反应器。
1、优点主要表现在以下几个方面:1)在生产操作中,除床层极薄和气体流速很低的特殊情况外,床层内气体的流动皆可看成是理想置换流动,因此在化学反应速度较快,在完成同样生产能力时,所需要的催化剂用量和反应器体积较小。
2)气体停留时间可以严格控制,温度分布可以调节,因而有利于提高化学反应的转化率和选择性。
3)催化剂不易磨损,可以较长时间连续使用。
4)适宜于高温高压条件下操作。
2、由于固体催化剂在床层中静止不动,相应地产生一些缺点:1)催化剂载体往往导热性不良,气体流速受压降限制又不能太大,导致床层中传热性能较差,也给温度控制带来困难。
对于放热反应,在换热式反应器的入口处,因为反应物浓度较高,反应速度较快,放出的热量往往来不及移走,而使物料温度升高,这又促使反应以更快的速度进行,放出更多的热量,物料温度继续升高,直到反应物浓度降低,反应速度减慢,传热速度超过了反应速度时,温度才逐渐下降。
所以在放热反应时,通常在换热式反应器的轴向存在一个最高的温度点,称为“热点”。
如设计或操作不当,则在强放热反应时,床内热点温度会超过工艺允许的最高温度,甚至失去控制而出现“飞温”。
此时,对反应的选择性、催化剂的活性和寿命、设备的强度等均极不利。
2)不能使用细粒催化剂,否则流体阻力增大,破坏了正常操作,所以催化剂的活性内表面得不到充分利用。
管式振荡流反应器的流动模式研究()高振荡强度下的流动模型和模拟

摘 要 : 根 据 高振 荡 强 度 下 的粒 子 成 像 流 场 可 视 化 实 验 结 果 ,在 分 析 振荡 流 场 中漩 涡 结 构 特 征 的 基 础 上 , 提 出用 带 有 二 次 流 区的 全 混 腔 室 和 室 问返 混 的多 釜 串联 模 型 来 表 征 高 振荡 强 度 下 的管 式 振 荡 流 反 应 器 流 动 特 性 。根 据 停 留时 问分 布 实 验 结 果 ,运 用小 生 境 遗 传算 法 优 化 求 解 模 型 参 数 与 振 荡 参 数 之 问 的 定 量 关 系 。 模 拟 计 算 表 明 ,优 化 后 的模 型 给 出的停 留时 问分 布 曲线 与实 验 结 果 吻 合 良好 。
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第2 2卷第 5期
20 年 1 月 0
Ch mia a t n En i e rn n c n l g e c lRe c i gn e i g a d Te h o o y o
Vo 2 l2 .No 5
型均不 能在较 高振荡 强度 下 对 O R的混 合特性 给 出正确 的定 量描 述 ,必 须建 立 物理 图像 更 切合 实际 F
的流动模 型 。
本研究 根据 P V实 验观 察 到的流 场漩 涡结 构 特征 ,建立 高振 荡 强 度条 件 下 的物 理 意 义更 为合 理 I 的 OF R流动 模 型 ,并 运用 小生境 遗传 算法 寻找不 同振 荡条 件下 的最 佳 模 型参 数 ,从 而获 得模 型参 数
涡 ,其 中裹 挟 的流体 一 部分 在漩 涡 内循环 ,一 部分与 管 中心的主 流区交 换 ,形成 了二 次流 区。随着振 荡强度 的增 大 ( t 小或 Re 增大 ) S减 。 ,主 流 区漩 涡的尺 寸增 大 ,二次 流 区漩 涡 被压 缩 ,整个 腔室 达到 更为均 匀的混 合程 度 。
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Ke od :tb a ratr rs ec medsiui s( T ; l o ai i es n yw r s u ur e c ; i net ir t n R D) pu f w; a d pr o l o e d i tb o gl xl s i
符号 表 : C为组 分浓 度 ,o L D 为有 效扩 散 m l ;e /
赵秋 月 ,张延安 ,曹晓畅 ,蒋孝丽
( 北大学 东 摘 材料与冶金学 院,辽宁 沈阳 100 ) 104
要 :以 N C 溶液 为示踪剂 ,采用脉冲示踪法考察 了搅拌 转速 、流 量及液位对 带机械 搅拌 装置 a1
的管式 反应器 内停 留时间分布 (T ) 曲线 的影响.用 Pc t RD e e操作准数表征轴 向扩散 特性 .结 果表 l
p t r s co e o p u o . D c a i g t e f w rt d i c a ig t e w tr lv la oh b n f i o at n i ls rt l g f w e l e r s n h o a e a n r sn h a e e e r b t e c a t e l n e e e i l r d c a k mii g Wh n si i g it n i x e d 0 / n,i h s n b i u f c n RT e u eb c xn . e t r e st e c e s1 0 r mi rn n y t a oo v o s e e to D.
相流态 的特 征 , 于 更 好 地 了解 反 应 器 的性 能 和 对
系数 ;() E t为停留时间分布函数 ; L为管式反应器
长度 , m;e为贝克莱准数 ;为搅 拌转速 , mi; m P r r nt /
进行反应器设计具有重要意义. 文通过停 留时 本 间分布实验 , 结合流动模型, 考察 了不同操作参数
中图分 类号 :T 5 Q 02 文献标识码 :A 文章 编号 :17 -6 0 20 ) 30 3 - 6 16 2 (0 6 0 - 8trsisi t r d t b l r r a t r t d n f w h r ce itc n a si e u u a e co l r
u e sta e n h D c r e e i v s g td a i e n t r g i tn i e ,d f r n o ae d s d a r c ra d t e RT u v s a n e t ae tdf r t s r n n e st s i e e tf w r ts a r i e ii i l n
对 反应 器 内流体流 动特性 的影 响 .
为时间,; sQ为流量, ht m / ;为平均停 留时间,; St 。
为 电解 质 注 入 时 刻 ,; Su为 流 速 , s 为 电 压 , m/ ; m )为浓度 ,/ ; z 向距离 ; 为方差 。 V; , gLz为 方
为便于观察 , 反应器由有机玻璃制成. 反应器
d e n w t vl el u b r P )i ue peeth xa dses n h eut so a i r t ae l e .P c t m e ( e s sdt r r n eai i ri .T ersl hw t t fe re s en oe s t l p o s h
Ab t a t sr c :A e t p u u a e c o i t r ri d sg e o o i n w e t b lrr a trw t a si e s e in d f rs l y h r d—l u d r a t n Na 1s lt n i i i e c i . q o C ou i s o
t e f w p t r n t e r a tr i co e t l g f w Wi o rfo ae o i h r wae e e ,t e fo h o at n i h e c o s l s o p u o . l e l t lwe w rt r hg e t r lv l h w h l l
Z AO Quy e Z A G Tn - ,C i -hn , I N i - H i-u , H N iga AO X a c ag J G X a l n o A oi
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第 5卷 第 3期
20 0 6年 9月
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料
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金
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V L 5 No 3 o .
S p . 2 06 et 0
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带 搅 拌 管式 反 应 器 中的流 动 特 性