釜式反应器
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《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
重点掌握内容
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。
其它要求
dn A dt 0
0
0
对于均相，恒容过程方 程进一步变为：
(k1 k 2 )C A
dCA dt
0
k1C A
dCp dt
0
k 2C A
dCQ dt
0
设初值条件为：t=0 时，CA=CA0，CP=0，CQ=0，则方
程的解为
t 1 ln CA0 或 t 1 ln 1
k1 k2 CA
问题之二：并联操作各釜流量如何分配
图3-6 并联的釜式反应器
并联情况
通常可以采取τ1=τ2，这时整个反应系统最优。
即要
Vr1 Vr2
Q Q O1
O2
这时有 ： X Af 1 X Af 2 X Af
二、 串联釜式反应器的计算
假设N个串联的釜式反应器如图 所示。可以通过对每个釜进行 物料衡算，得到系统的计算方程。
空时的倒数，即
s
1
s↑时，生产能力↑。
其他几种术语
为了便于比较，通常采用“标准情况下的体积流 量”。
对于有固体催化剂参与的反应， 用催化剂空速（往 往以催化剂质量或体积衡量）。
几种不同的空速： 质量空速（m3/g-cat）、体积空速（m3/ m3 cat） 液空速（m3液体原料/g-cat、 m3液体原料/ m3 cat ） 碳空速、烃空速等
研究内容
釜式反应器的结构特点和应用
一、基本结构1、釜的主体：提供足够的容积，确保达到规定转化率所需的时间。
由高质量的钢材或其他耐压材料制成，能够承受高压和高温的反应环境。
由壳体和上下封头组成，其高于直径比一般在1-3之间。
在加压操作时，上下封头多为半球形或椭球型，在常压操作时，上下封头可做成平盖，有时为了下料方便，下底也可做成锥形。
2、搅拌装置：由搅拌轴和搅拌器组成，使反应物混合均匀，强化传质传热。
搅拌装置通常有多种形式，有框式、锚式，桨式、推进式、螺带式、螺杆式等，有时候为了适应高粘度的物料，可设计成螺带式。
3、传热装置：为了控制反应温度和压力，反应器通常会配有加热和冷却系统。
加热通常采用电热管、导热油或蒸汽等方式，冷却则通常采用冷却水或冷却油等方式。
4、传动装置：使搅拌器获得动能以强化液体流动。
5、轴封装置：用来防止釜体与搅拌器之间的泄漏。
6.工艺接管：为适应工艺需要，提供的各类管口，通常有物料进口、物料出口、仪表接口、公用工程接口等。
7、传感器和控制系统：为了实现反应条件的监测和控制，通常需要在反应器内部安装温度、压力等传感器，以便于实时监测反应条件。
此外，传感器信号会被反馈至反应器控制系统，从而实现对反应条件的控制和调节。
二、釜式反应器的作用1、混合：通过搅拌器的作用，釜式反应器能够混合反应物料，使其均匀分布在反应器内部。
2、传递热量：釜式反应器的加热和冷却系统可以传递热量，以控制反应温度和压力，从而保证反应的顺利进行。
3、控制反应条件：釜式反应器配备传感器和控制系统，可以实时监测反应条件，根据需要对反应条件进行调节和控制，从而保证反应过程的顺利进行。
4、提供反应环境：釜式反应器的优良材料和构造，能够提供一个稳定的反应环境，使反应物料得以在安全的条件下进行反应，并得到所需产品。
一些特殊反应因为介质特殊，需要耐酸碱等，需要使用特殊的材料，如316U哈氏合金等。
三.反应釜分类1、连续操作、间歇操作2、高压、常压、负压操作3、带换热与带非换热4、不锈钢、搪瓷类、玻璃类5、固定式、可倾倒式、可移动式四、装料系数若物料在反应过程产生泡沫或呈现沸腾状态,取装填系数0.6-0.7 , 一些有气体生成的反应，需要较大的脱挥空间，装填系数设置取得更低,比如0.5若物料反应比较平稳,则可取装料系数0.8-0.85。
第三章 釜式反应器
26
连串反应组分浓度与反应时间关系示意图
3.4 等温CSTR 的计算
对连续釜式反应器，稳态操作，有： 则物料衡算通式变为：
Q0 ci 0 Qci Vr
dni dt
0
j 1
M
ij
rj
i 1,2, K
无时间变量，液相反应体积变化不显著,
假定进出口流量相等连续釜式反应器反应体积计算公式
21
cQ
等温 BR 的计算
c A0
AP AQ
A
P
cP k1 cQ k2
成立的条件： 各反应的速率方程形 式相同； 反应物中各反应组分 的化学计量系数均相 等
22
c
Q
0
t
平行反应物系组成与反应时间关系示意图
等温 BR 的计算
复合反应
将上述结果推广到含有M个一级反应的平行反应系统：
累积速率=0， dni
dt
0
可简化为代数方程：
Q0ci 0 Qci iVr i 1,2, K
7
间歇釜式反应器的特点是分批装料和卸料，因此操作方式灵活，
特别适用于多品种、小批量的化学品生产。因此，在医药、试 剂、助剂、添加剂等精细化工部门得到了广泛的应用。
间歇反应器操作时间由两部分组成：一是反应时间，即装料完
连续釜式反应器操作：定态 等温、等浓度下反应等反应速率下反应，rA定值
28
3.4 等温CSTR 的计算
对连续釜式反应器体积计算公式
单一反应
Q0 (c A0 c A ) Vr rA
对连续釜式反应器体 积由物料衡算式可直 接计算得到
Vr
Q0 c A0 X Af rA ( X Af )
连串反应组分浓度与反应时间关系示意图
3.4 等温CSTR 的计算
对连续釜式反应器，稳态操作，有： 则物料衡算通式变为：
Q0 ci 0 Qci Vr
dni dt
0
j 1
M
ij
rj
i 1,2, K
无时间变量，液相反应体积变化不显著,
假定进出口流量相等连续釜式反应器反应体积计算公式
21
cQ
等温 BR 的计算
c A0
AP AQ
A
P
cP k1 cQ k2
成立的条件： 各反应的速率方程形 式相同； 反应物中各反应组分 的化学计量系数均相 等
22
c
Q
0
t
平行反应物系组成与反应时间关系示意图
等温 BR 的计算
复合反应
将上述结果推广到含有M个一级反应的平行反应系统：
累积速率=0， dni
dt
0
可简化为代数方程：
Q0ci 0 Qci iVr i 1,2, K
7
间歇釜式反应器的特点是分批装料和卸料，因此操作方式灵活，
特别适用于多品种、小批量的化学品生产。因此，在医药、试 剂、助剂、添加剂等精细化工部门得到了广泛的应用。
间歇反应器操作时间由两部分组成：一是反应时间，即装料完
连续釜式反应器操作：定态 等温、等浓度下反应等反应速率下反应，rA定值
28
3.4 等温CSTR 的计算
对连续釜式反应器体积计算公式
单一反应
Q0 (c A0 c A ) Vr rA
对连续釜式反应器体 积由物料衡算式可直 接计算得到
Vr
Q0 c A0 X Af rA ( X Af )
第三章 釜式反应器
13
等温间歇反应器反应时间的解析计算
由于反应在等温条件下进行，则反应速率常数在反应 过程中保持不变。
对于n级不可逆反应 将反应速率方程变换为转化率的函数并积分得到：
对于一级不可逆反应积分结果为：
14
影响间歇反应器反应时间的因素分析
从间歇反应器反应时间的计算公式可以看出： 反应时间随反应组分的初始浓度(一级反应除外)的提
rAVr
nA0
dxA dt
分离变量积分：
t
t
0 dt nA0
dx x A f
A
0 rAVr
11
间歇反应器的反应时间计算 (单一反应）
恒容条件下（多数情况）
t
cA0
xAf 0
dxA rA
or
t cA dcA
r cA0 A
如果动力学方程形式为： rA kCAn
i
反应生成
物质量 物质量 i物质量
通式为
7
间歇釜式反应器的物料衡算式
由于间歇反应器在反应过程中无物料的进出，因此
Q0=Q=0，即：
单位时间 单位时间内积
反应掉的
＝累在反应器内
i物质量 的i物质量
由间歇反应器的设计方程可得一个极为重要的结论:反应物达 到一定的转化率所需的反应时间，只取决于过程的反应速率， 也就是说取决于动力学因素，而与反应器的大小无关。
第三章 釜式反应器
釜式反应器是工业上应 用广泛的反应器之一。
可以用来进行均相反应 (主要是液相均相反应)， 又可用于多相反应，如 气液、液固、液液及气 液固等反应。
在操作方式上，既可以 是进行连续操作，也可 以进行间歇或半间歇操 作。
等温间歇反应器反应时间的解析计算
由于反应在等温条件下进行，则反应速率常数在反应 过程中保持不变。
对于n级不可逆反应 将反应速率方程变换为转化率的函数并积分得到：
对于一级不可逆反应积分结果为：
14
影响间歇反应器反应时间的因素分析
从间歇反应器反应时间的计算公式可以看出： 反应时间随反应组分的初始浓度(一级反应除外)的提
rAVr
nA0
dxA dt
分离变量积分：
t
t
0 dt nA0
dx x A f
A
0 rAVr
11
间歇反应器的反应时间计算 (单一反应）
恒容条件下（多数情况）
t
cA0
xAf 0
dxA rA
or
t cA dcA
r cA0 A
如果动力学方程形式为： rA kCAn
i
反应生成
物质量 物质量 i物质量
通式为
7
间歇釜式反应器的物料衡算式
由于间歇反应器在反应过程中无物料的进出，因此
Q0=Q=0，即：
单位时间 单位时间内积
反应掉的
＝累在反应器内
i物质量 的i物质量
由间歇反应器的设计方程可得一个极为重要的结论:反应物达 到一定的转化率所需的反应时间，只取决于过程的反应速率， 也就是说取决于动力学因素，而与反应器的大小无关。
第三章 釜式反应器
釜式反应器是工业上应 用广泛的反应器之一。
可以用来进行均相反应 (主要是液相均相反应)， 又可用于多相反应，如 气液、液固、液液及气 液固等反应。
在操作方式上，既可以 是进行连续操作，也可 以进行间歇或半间歇操 作。
釜式反应器的结构课件
密封装置
总结词
密封装置的主要作用是防止反应物料泄漏，保证反应过程的密闭性。
详细描述
密封装置通常由密封垫、密封圈和紧固件组成。密封垫可以采用石棉垫、金属 垫等材料；密封圈可以采用橡胶、聚四氟乙烯等材料。密封装置的设计应考虑 耐腐蚀、耐高温和耐高压等性能要求。
进料/出料系统
总结词
进料/出料系统的主要作用是实现反应物料和生成物的进出料操作。
02
釜体
总结词
釜体的主要作用是提供反应所需的空 间，并承受反应物料的压力和温度。
详细描述
釜体通常由厚实的钢板焊接而成，能 够承受反应过程中产生的压力和温度。 根据不同的工艺需求，釜体有立式和 卧式两种常见结构。
搅拌装置
总结词
搅拌装置的主要作用是促进反应物料的混合，提高反应效率。
详细描述
搅拌装置通常由搅拌器、搅拌轴和搅拌桨组成。根据不同的 工艺需求，可以选择不同类型的搅拌桨，如推进式、涡轮式、 锚式等。搅拌装置的设计和安装应确保良好的混合效果和防 止死角。
材料选择
耐腐蚀性
选择具有良好耐腐蚀性能的材料，以适应反 应过程中可能产生的各种腐蚀性物质。
热稳定性
选择具有良好热稳定性的材料，以承受反应 过程中的高温和低温条件。
机械性能
确保材料具有足够的机械强度和稳定性，以 承受反应过程中的压力和温度变化。
经济性
在满足性能要求的前提下，考虑材料的经济 性，降低生产成本。
原料通过进料口进入反应釜，在搅拌作用 下与催化剂混合，加热至反应温度后进行 反应，产物通过出料口排出。
该釜式反应器具有较大的反应体积和高效 的搅拌能力，能够实现连续生产和提高产量。
某制药企业的釜式反应器案例
案例概述 某制药企业使用釜式反应器进行药物 中间体的合成。
第三章 釜式反应器
������������
1
= − ln 1 − ������
1 − ������
������
化学反应工程——釜式反应器
7
t与CA0有关 t与CA0无关
2. 间歇反应器的反应体积：
������ = ������ ������ + ������
式中： Q0— 单位时间内处理的反应物料的体积（由生产任务决定） t— 反应时间 t0— 辅助时间
1 − ������
������������
������������
1 反应时间：������ =
������������
������������ 1 − ������
若 ������ ≠ 1
t = 1 − ������
−1
������ − 1 ������������
若 ������ = 1
1 ������ = ������
������ = = ������ ������
(5)
������������
初 始 条 件 ： t=0时，CA=CA0 ; CP=0; CQ=0
对 ( 4 ) 积 分 得 ： ∴ ������ =
ln =
ln
(6)
由此式可求得为达到一定的XA所需要的反应时间,式（6）也可写成：
������ = ������ exp − ������ + ������ ������
1 − exp − ������ + ������ ������
������ + ������
两种产物的浓度之比，在任何反应时间下均等于两个反应的速率常数之比。
化学反应工程——釜式反应器
16
第2章：均相反应器-釜式反应器
等温间歇釜式反应器 • 举例
如间歇反应器中进行一级不可逆连串反应：
k1 k2 A P Q;
等温间歇釜式反应器
初始状态， CA＝CAO，CP＝CQ＝ 0
CA,CP,CQ变化曲线
0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 0 5 10 15 20
QoCio QCi Vr ij rj
间歇操作 Qo Q＝0，
Vr ij rj
i 1
M
dni ＝0 dt
二、等温釜式反应器的计算
(一)等温间歇釜式反应器 (二)等温连续釜式反应器的计算
(三)半间歇釜式反应器的计算
(一)等温间歇釜式反应器 (单一反应) • • • • 内容： (1)反应时间 (2)反应体积 (3)最优反应时间
反应时间
CP
k1C AO k2t k t e e 1 k1 k 2
k t k 2 e k1t k1e 2 因为：C A CP CQ C AO ; CQ C AO 1 k1 k 2
等温间歇釜式反应器
• 若使P的收率最大，令dCP/dt=0
C AO C X Ap AO X Ap1 p p
C C 其斜率为： AO ；截据为： AO X Ap1。
p
p
XAO
XA1
XA2 XA3
若出现上述试差问题，可假设Vr或XA1，逐 釜作图，直到复合试算检验要求。 等体积釜的物料衡算式直线是一组平行线。
• 举例
等温连续釜式反应器的计算 多釜串联的最佳体积比：
• 第N釜：
(1 X AN 1 ) 1 k (1 X AN )
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釜式反应器
目录
选择换热装置
选择热源 选择釜体结构
选择搅拌器
一 选择釜体结构
釜 式 反 应 器 的 应 用 分 类
1、搅拌釜式反应器按照操作方式分类可分为间歇式 （分批）式、半间歇式（半连续）式、连续式和多釜串 联式等。 间歇式操作设备利用率不高、劳动强度大，只适用 于小批量、多品种生产，在染料及制药工业中广泛采用 这种操作。 连续操作设备利用率高、产品质量稳定、易于自动控 制，适用于大规模生产。 半间歇操作特别适用于要求一种反应物的浓度高而 另一种反应物的浓度低的化学反应，适用于可以通过调 节加料速度来控制反应温度的反应。
（c）折叶开启涡轮搅拌器 （i）框式搅拌器
（d）推进式搅拌器 （e）布鲁马金搅拌器 （j）螺带式搅拌器 （k）螺杆式搅拌器
（f）齿片式搅拌器
釜式搅拌混合器
浆式搅拌器
框式搅拌器
锚式搅拌器ຫໍສະໝຸດ 涡轮式搅拌器旋桨式搅拌器
螺带式搅拌器
搅拌状态
换热装置
添加文本
一 选择釜体结构
釜 式 反 应 器 的 应 用 分 类
2、按材料分类可分为钢制（或衬瓷板）反应釜、铸铁 反应釜及搪玻璃反应器。
钢制反应釜。它的特点是制造工艺简单，造价费用 较低，维护检修方便，使用范围广泛，化工生产普遍采 用。
铸铁反应器。它在氯化、磺化、硝化、缩合、硫酸 曾浓等反应过程中使用较多。
点击添加文本
点击添加文本
搪玻璃反应釜，俗称搪瓷锅。特点是耐腐蚀、耐热、 耐冲击
3、按反应釜所能承受的压力可分为低压釜和高压釜。
二 釜式反应器的基本结构
（一）壳体 （二）搅拌装置
（三）换热装置
（四）传动装置及密封
釜式反应器的壳体结构
几种反应釜底的形式
搅拌器
（a）浆式搅拌器 （g）平直叶圆盘涡轮搅拌器
（b）弯叶开启涡轮搅拌器（h）锚式搅拌器
目录
选择换热装置
选择热源 选择釜体结构
选择搅拌器
一 选择釜体结构
釜 式 反 应 器 的 应 用 分 类
1、搅拌釜式反应器按照操作方式分类可分为间歇式 （分批）式、半间歇式（半连续）式、连续式和多釜串 联式等。 间歇式操作设备利用率不高、劳动强度大，只适用 于小批量、多品种生产，在染料及制药工业中广泛采用 这种操作。 连续操作设备利用率高、产品质量稳定、易于自动控 制，适用于大规模生产。 半间歇操作特别适用于要求一种反应物的浓度高而 另一种反应物的浓度低的化学反应，适用于可以通过调 节加料速度来控制反应温度的反应。
（c）折叶开启涡轮搅拌器 （i）框式搅拌器
（d）推进式搅拌器 （e）布鲁马金搅拌器 （j）螺带式搅拌器 （k）螺杆式搅拌器
（f）齿片式搅拌器
釜式搅拌混合器
浆式搅拌器
框式搅拌器
锚式搅拌器ຫໍສະໝຸດ 涡轮式搅拌器旋桨式搅拌器
螺带式搅拌器
搅拌状态
换热装置
添加文本
一 选择釜体结构
釜 式 反 应 器 的 应 用 分 类
2、按材料分类可分为钢制（或衬瓷板）反应釜、铸铁 反应釜及搪玻璃反应器。
钢制反应釜。它的特点是制造工艺简单，造价费用 较低，维护检修方便，使用范围广泛，化工生产普遍采 用。
铸铁反应器。它在氯化、磺化、硝化、缩合、硫酸 曾浓等反应过程中使用较多。
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搪玻璃反应釜，俗称搪瓷锅。特点是耐腐蚀、耐热、 耐冲击
3、按反应釜所能承受的压力可分为低压釜和高压釜。
二 釜式反应器的基本结构
（一）壳体 （二）搅拌装置
（三）换热装置
（四）传动装置及密封
釜式反应器的壳体结构
几种反应釜底的形式
搅拌器
（a）浆式搅拌器 （g）平直叶圆盘涡轮搅拌器
（b）弯叶开启涡轮搅拌器（h）锚式搅拌器