釜式反应器--化工PPT优秀课件
合集下载
《釜式连续反应器》课件
04
原料经进料口进入反应釜，在 搅拌作用下与催化剂等反应物
质充分混合。
通过加热/冷却系统将温度控 制在适宜的反应温度范围内， 使原料在反应釜内进行连续反
应。
反应过程中，物料在釜内不断 循环流动，以保证反应的均匀
性。
经过一定时间后，完成反应的 产物经出料口排出，进入下一
道工序。
釜式连续反应器的操作条件
压力
根据不同反应的需要，釜式连续反应器需 要在一定的压力下工作，通常为常压或负 压。
安全措施
由于釜式连续反应器涉及易燃、易爆、有 毒等危险物质，因此需要采取严格的安全 措施，如防爆、防火、防泄漏等。
温度
反应温度是影响釜式连续反应器性能的重 要因素，需要根据具体的化学反应来确定 。
搅拌速度
搅拌速度影响物料的混合均匀度和反应速 度，需要根据实际情况进行调整。
节省空间
连续操作可以减少所需设备数 量，从而节省空间。
釜式连续反应器的局限性
01
高能耗
为了维持连续操作，需要大量的能 源。
对原料要求高
为了保持连续操作的稳定性，对原 料的质量和供应要求较高。
03
02
维护成本高
由于设备连续运转，维护和修理的 频率增加。
操作难度大
连续操作需要精确控制各种参数， 对操作人员的技术要求较高。
根据物料流量、反应速 度和停留时间等参数， 计算反应器的尺寸，包 括反应器的高度、直径 等。
对反应器进行强度和稳 定性分析，确保其能够 承受工艺条件下的压力 和温度波动。
釜式连续反应器的设计计算实例
实例1
某化工厂需要生产某种化工原料，采用釜式连续反应器进行生产。根据工艺要求和物料 性质，选择合适的材料和结构，进行设计计算，最终确定反应器的尺寸和操作参数。
釜式反应器化工ppt课件.ppt
*
*
3.3.5 连串反应
设在等温间歇反应器中进行如下的一级不可逆连串反应（恒容）：
各组分的动力学方程：
设初值条件为：当t=0时，
则有：
*
*
反应物系组成随时间的变化关系如图3-4所示， 如果P是目的产物，其值有最优解。通过CP对 时间求导数，可以得到：
令
*
*
*
*
当 时，则
*
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
3.3.1 概述 ★分批式（又称间歇）操作： 是指反应物料一次投入反应器内，而在反应过程中不再向反应器投料，也不向外排出反应物，待反应达到要求的转化率后再全部放出反应产物。 ★充分（完全）混合： 指反应器内的物料在搅拌的作用下，其参数（如温度，浓度等）各处均一。
*
◆作图方法
若各釜反应体积相同，操作温度相同，反应釜的体积已知，即物料衡算线的斜率已确定，则可求出达到最终转化率所需的釜数。 具体步骤-----P71
A
O
XA1
XA2
B
XA
3.5.2 串联釜式反应器各釜的最佳反应体积
在生产任务（CA0，CAf，Q0）和段数N给定的情况下，总是希望反应体积越小越好，这就涉及各段反应体积的最优分配问题，即各釜的反应体积存在一最佳的比例。这实质上也是各釜的出口转化率（最后一釜除外）维持在什么数值下最好的问题。现设所进行的为单一反应，则总反应体积为：
釜式反应器--化工共99页
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
釜式反应器--化工
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
釜式及均相管式反应器PPT
对于反应 A R ，若要求产物R的浓度为cR，
则单位操作时间的产品产量PR为
PR
VRcR t t0
对反应时间求导，
dPR
VR [( t
t0
) dcR dt
cR
]
dt
( t t0 )2
并可由 dPR 0 ，得
dt
dCR CR dt t t0
3. 配料比
对反应 A B P S ，如动力学方程为 ( rA )V kcAcB 在工业上，为了使价格较高的或在后续工序中较 难分离的组分A的残余浓度尽可能低，也为了缩短 反应时间，常采用反应物B过量的操作方法。定义 配料比 m cBo / cAo，于是，等容液相反应过程中组分的 浓度 cB cB0 (cA0 cA ) cA (m 1)cA0 代入动力学方程
面积为反应时间。
图3-1 等温间歇液相反应 过程的参数积分
图3-2等温间液相歇反应过程 反应时间的图解积分
1.等温等容液相单一反应
在间歇反应器中，若进行等容液相单一不可逆反应， 反应物系的体积VR不变，以零级、一级和二级不可逆反 应的本征速率方程代入
c Af
nAf VR
nA0 ( 1 xAf VR
❖ 桨式搅拌器 ❖ 锚式和框式搅拌器 ❖ 螺带式搅拌器
2.Major Diameter and Low Speed Agitators
(1) 桨式搅拌器
旋转直径为釜径的0.35~0.8倍，甚至达0.9倍以上。常用 转速为1~100rpm，叶端圆周速度为1~5ms-1。
(a) 平桨式
(b) 斜桨式
2.Major Diameter and Low Speed Agitators
二、间歇釜式反应器的数学模型
《化工反应原理与设备》课件—02釜式反应器
反应釜的顶盖也叫上封头，通过法兰将顶盖
与筒体相连接。在顶盖上通常开有工艺接管、
壳
人孔、手孔、视镜等。此外，反应釜的传动
体
装置也大多直接支承在顶盖上。
结
构
工艺接管口主要用于进、出物料及安装温度、 压力的测定装置
手孔或人孔的安设是为了检查内部空间 以及安装和拆卸设备内部构件
视镜主要是为了观察反应器内物料 的混合情况及反应情况
和 搅拌效果。
导
流 筒
导流筒：是一个圆筒，搅拌操作中若需要控制 流体的流型，就要用导流筒。作用主要是使从 搅拌器排出的液体在导流筒内部和外部形成上
下循环的流动，以增加流体的湍动程度，减少
短路机会，增加循环流量和控制流型
釜式反应器的传热装置
釜式反应器的传热装置
夹套式：套在反应器筒体外面能形成密封空间的容器 高度取决于传热面积，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
cA(i1) cAi (rA )i
多个连续操作釜式反应器的串联
解析法：前一釜出口浓度是后一釜入口浓度，逐釜依次 计算，直到达到要求的转化率
一级不可逆反应：
第一釜的体积：
VR1
V0 k1
x A1 x A0 1 x A1
第二釜的体积：
VR 2
V0 k2
xA2 xA1 1 xA2
第N釜的体积
C Ai 1
FAi
CAi
i
FAN 1 CiN 1
任一釜物料衡算 FA(i1)dt FAidt (rA )iVRidt 0
FAN
CiN N
VR i
FA0
(x Ai x A(i1) ) (rA )i
c A0 V0
第五章釜式连续反应器ppt课件
FV0CA0=FVfCAf+ rAVR
液相反应时，可视为恒容，FV0=FVf；而且稳态 操作时，xA=xAf，CA=CAf，于是
VR
FV0(CA0 rA
-CA)
由于
xA
CA0 -CA CA0
所以
VR
=
FV0CA0xA rA
这就是等温恒容液相连续釜式反应器的设计方程。
在给定操作条件以及反应的动力学方程后，可由 简单的代数计算求得反应体积。
V R= F V 0= 0 .2× 7 7.8 6 0 = 1.6 9 m 3
②两个等体积的反应釜串联
1CA0(xrA A 1 1-xA0)kx C A0 A1 (1 --xxAA 01)2
2CA0(xrA A2f-xA1)kC A x0A (1f-xx2
别于其它类型反应器的重要特征。
5.2.2 停留时间
在连续操作的反应系统中，反应体积与进料的体积
流量之比定义为停留时间，以τ表示。
对于釜式连续反应器，由于物料的停留时间并不相
同，所以由上述定义计算得到的停留时间称为平均
停留时间。
对于恒容过程 VR CA0(xA-xA0)
FV0
rA
此式可用代数法求解析解，例如在连续釜式反应 器中，进行二级不可逆反应：
图解法的优点在于既可用已知的动力学方程 作图，也可以用实验数据作图，因此，在缺 乏动力学数据的情况下，图解法尤其显示出 其优越性。
例5.1 等温条件下，一液相分解反应A→B+C，
rA=kCA，已知操作条件下速率常数k=0.6/h。
A的起始浓度为1.0kmol/m3，恒容，要求A的 转 化 率 达 到 60% ， 试 计 算 物 料 的 处 理 量 为 2.0m3/h的连续釜式反应器的反应体积。
液相反应时，可视为恒容，FV0=FVf；而且稳态 操作时，xA=xAf，CA=CAf，于是
VR
FV0(CA0 rA
-CA)
由于
xA
CA0 -CA CA0
所以
VR
=
FV0CA0xA rA
这就是等温恒容液相连续釜式反应器的设计方程。
在给定操作条件以及反应的动力学方程后，可由 简单的代数计算求得反应体积。
V R= F V 0= 0 .2× 7 7.8 6 0 = 1.6 9 m 3
②两个等体积的反应釜串联
1CA0(xrA A 1 1-xA0)kx C A0 A1 (1 --xxAA 01)2
2CA0(xrA A2f-xA1)kC A x0A (1f-xx2
别于其它类型反应器的重要特征。
5.2.2 停留时间
在连续操作的反应系统中，反应体积与进料的体积
流量之比定义为停留时间，以τ表示。
对于釜式连续反应器，由于物料的停留时间并不相
同，所以由上述定义计算得到的停留时间称为平均
停留时间。
对于恒容过程 VR CA0(xA-xA0)
FV0
rA
此式可用代数法求解析解，例如在连续釜式反应 器中，进行二级不可逆反应：
图解法的优点在于既可用已知的动力学方程 作图，也可以用实验数据作图，因此，在缺 乏动力学数据的情况下，图解法尤其显示出 其优越性。
例5.1 等温条件下，一液相分解反应A→B+C，
rA=kCA，已知操作条件下速率常数k=0.6/h。
A的起始浓度为1.0kmol/m3，恒容，要求A的 转 化 率 达 到 60% ， 试 计 算 物 料 的 处 理 量 为 2.0m3/h的连续釜式反应器的反应体积。
03 第三章 釜式反应器1
（3-6）
nA0 dX A Vr R A
（3-7）
（3-7）适用于多相，均相及等温，非等温的间歇 反应过程
义：
nA0 c A0 Vr
X Af 0
∴
t c A0
1 dX A R A
（3-8）
若进行a级单一不可逆反应
R A rA k c A
LOGO
化学反应工程
第三章 釜式反应器
1
LOGO
第三章—釜式反应器
连续搅拌釜式反应器
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。 连续釜式反应器的质量、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。
j 1
M
（3-2）
ij
关键组分i 在第j个独立均 相反应中的化学计量数
反应物: 产物:
Ri 0
Ri 0
I. 定态操作，累积速率dni/dt，则式（3-1）化为
连续釜式反应器的物料衡算式
Q0 ci 0 Qci Vr i j rj
j 1
M
i 1, 2,, K
（3.4）
dFR 令： dt 0
（3-15）
根据函数求极值方法，目标函数对t求导， （3-16）
dcR cR 得： dt t t0
（3-17）
（3-17）即为FR最大时必须满足的条件，此 时的t即为最优反应时间tm。
《釜式反应器》PPT课件
理想混合反应器：釜内物料完全混合，浓度、温度处处相等。 间歇操作：反应参数随时间变化。等容过程。 先求得为达到一定转化率所需的反应时间，然后结合非生产时间和每小时要求处理 的物料量，计算反应器体积。 2.2.1 反应时间 反应时间计算式根据反应器物料衡算推导。 ①由于反应器内浓度、温度均一．不随位置而变，故可对整个反应器有效体积(反 应体积)进行物料衡算。 ②间歇操作．进料项和出料项均为零。
CA0
FA0 V0
VR1
1
CA1
FA1 V01 xA1
2
VR2
CA2 … FA2 V0 2 xA2
i
CAi
FAi
V0i
VRi
xAi
N
VRn
CAN
FAn V0 n x An
V0=V01=V02=V0i=V0N
如对第i段釜进行物料衡算
FAi-1 FAi rAiVRi
FVA0R(i
1FxAA0i(1x)AiFxAA0i(11 ) rAi
1 k11
CAi kiCAiτi CAi1
CAi
CAi1
1 ki i
第二段
CA2
CA1
1 k2 2
CA0 1
1 k11 1 k2 2
第三段 第N段
C A3
CA2 1 k3τ3
CA0 1 k1τ1
1 1 k2τ2
1 1 k3τ3
CAN
CAN 1 1 kNτN
CA0 1 1 1
-4.45
CA0
2.4 搅拌器
搅拌的目的： ①使互溶的两种或两种以上液体混合均匀； ②形成乳浊液或悬浮液； ③促进化学反应和加速物理变化过程、如促进溶解、吸收、吸附、萃取、传热等 过程。 搅拌的方法：机械搅拌(或称叶轮搅拌)、气流搅拌、射流搅拌和管道混合等。
CA0
FA0 V0
VR1
1
CA1
FA1 V01 xA1
2
VR2
CA2 … FA2 V0 2 xA2
i
CAi
FAi
V0i
VRi
xAi
N
VRn
CAN
FAn V0 n x An
V0=V01=V02=V0i=V0N
如对第i段釜进行物料衡算
FAi-1 FAi rAiVRi
FVA0R(i
1FxAA0i(1x)AiFxAA0i(11 ) rAi
1 k11
CAi kiCAiτi CAi1
CAi
CAi1
1 ki i
第二段
CA2
CA1
1 k2 2
CA0 1
1 k11 1 k2 2
第三段 第N段
C A3
CA2 1 k3τ3
CA0 1 k1τ1
1 1 k2τ2
1 1 k3τ3
CAN
CAN 1 1 kNτN
CA0 1 1 1
-4.45
CA0
2.4 搅拌器
搅拌的目的： ①使互溶的两种或两种以上液体混合均匀； ②形成乳浊液或悬浮液； ③促进化学反应和加速物理变化过程、如促进溶解、吸收、吸附、萃取、传热等 过程。 搅拌的方法：机械搅拌(或称叶轮搅拌)、气流搅拌、射流搅拌和管道混合等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.停留时间：是指反应物料从进入反应器的 时刻算起到它们离开反应器的时刻为止，所用 的时间。(主要用于连续流动反应器)。--P127
18.10.2020
12
３.平均停留时间 ---P134
流体微元平均经历的时间称为平均停留 时间 。
４.空间时间----P66
是反应器的有效体积VR与进料的体积流量 V0之比。物理意义是处理一个反应器体积的 物料所需要的时间。反映反应器的生产强度。
rAkCA 01XA
1
tkCA 0
0xA1 dX xA A1 1 X A kC 1 A 0 1(1)
当 1 时， t 1 ln 1
k 1 XA
思考：从上式可得出什么结论？--P58
18.10.2020
21
（2）反应器有效体积VR的计算
0
0
rA VR d（VRCA） dt
即：
rA
VR
d（VRCA）dnA
dt
dt
17
18.10.2020
nAnA0(1xA)
dnAnA0dxA
上式写成转化率的形式：
nA0
dxA dt
(rA)VR
18 18.10.2020
积分得
t nA0
xA dxA 0 VR(rA)
t
CA0
xA 0
dxA rA
反应器
间歇反应器BR 完全混合型
反应器
全混流反应器
活塞流反应器
CSTR
PFR
9 18.10.2020
完全混合反应器的定义 是指器内反应流体处于完全混
合状态，在反应器内的混合是瞬间 完成的，以致在整个反应器内各处 物料的浓度和温度完全相同。且等 于反应器出口处物料浓度和温度， 返混达最大限度。
10 18.10.2020
许多反应过程的热效应大
工艺条件变化范围宽
反应介质的腐蚀性
6 18.10.2020
3.1 概述
※反应器开发的三个任务 根据反应动力学特性，选择合适的反应
器形式 结合动力学和反应器特性，确定操作方
式和优化操作条件 根据产量，设计反应装置，确定反应器
的几何尺寸，并进行评价。
7 18.10.2020
18.10.2020
4
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
18.10.2020
5
3.1 概述
※反应的特点及其对反应器的要求
化学反应复杂
反应物料的相态多样性：如固相反应就 难于在搅拌反应器中进行连续操作；非 均相反应要求传质效果要好。
3 18.10.2020
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。
※反应器的特性： 是指器内反应流体的流动状态、混合状 态以及器内的传热性能等，它们又将随 反应器的几何结构和几何尺寸而异。
※均相反应的特点： 反应过程中不存在相间传递过程，影响 反应速率物理因素只有物料的混合和流 动状态两个方面。
8 18.10.2020
3.1 概述
※ 均相反应器按物料的混合状态分类
平推流反应器的定义; 指器内反应物料以相同的流
速和一致的方向进行移动，完全 不存在不同停留时间的物料的混 合。不存在返混。
11 18.10.2020
3.2 反应器操作中的几个术语
1.反应时间：是指反应物料进入反应器后， 从实际发生反应的时刻起，到反应达某个转化 率时所需的时间。(主要用于间歇反应器)P57
VR V0
，量纲： 时间
18.10.2020
13
3.3 等温条件下，分批式操作的完全混 合反应器（BR）理想反应器的设计分析
3.3.1 概述
★分批式（又称间歇）操作：
是指反应物料一次投入反应器内，而在反 应过程中不再向反应器投料，也不向外排出 反应物，待反应达到要求的转化率后再全部 放出反应产物。
16 18.10.2020
3.3.2 间歇反应器体积计算
（1）反应时间的计算
若反应： ABR
以反应物A为关键组分，A的反应速率记作（ - rA ），根据间 歇反应器的特点，在单位时间内对整个反应器VR作物料衡算：
单 A的位 流 时 入 单 A的 间 量 位 流 时 出 单 A的 间 量 位 反 时 应 的 反 间 量 积 应 A 累 器速 中
CA CA0
drC A A （VR恒定）
t为使A反应达到所要求转化率xA所需时 间，而不是一批产品生产所需时间。
18.10.2020
19
上述积分式可用解析法、数值法、图解法 （恒容时，如下图）进行求解。
1/rA —xA
18.10.2020
t/CA0
1/rA —CA
t
20
若反应速率方程： rA kCA
第三章 釜式反应器
1 18.10.2020来自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：
★充分（完全）混合：
指反应器内的物料在搅拌的作用下，其参数（如 温度，浓度等）各处均一。
14 18.10.2020
15 18.10.2020
★间歇反应器特点
反应物料一次加入，产物一次取出。 物料充分混合，无返混；同一瞬时，反应器内各点温度相
同、浓度相同；而且出料与反应器内物料的最终组成相同； 所有物料在反应器内的反应时间（停留时间）相同。 非稳态操作，反应器内浓度、温度随反应时间连续变化。 具有周期性 具有灵活性
2 18.10.2020
研究内容 3.1 等温间歇釜式反应器的计算（单一反应） 3.2 等温间歇釜式反应器的计算（复合反应） 3.3 全混流反应器的设计 3.4 全混流反应器的串联与并联 3.5 釜式反应器中复合反应的收率与选择性 3.6 变温间歇釜式反应器的计算 3.7 全混流反应器的定态操作与分析