釜式反应器
《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
釜式反应器的特点

釜式反应器的特点
单釜连续操作 物料不断加入,产物不断的流出。在搅 拌作用下,釜内各点浓度均匀一致,出口 浓度与釜中浓度相同,属定态过程。但物 料在釜内停留时间不一,因而会降低转化 率。其产品质量稳定,易于自动控制,宜 于大规模生产。
釜式反应器的特点
多釜串联操作 可分段控制反应,提
高每釜的推动力。克服单釜 连续操作中返混大,物料浓 度低的缺点;温差小,易于 稳定控制温度。生产中常采 用2-4釜串联。
釜式反应器的特点
半连续操作 一种物料一次性全部加入,另一种物料 连续加入。物料浓度随时间不断变化,属 非定态过程。适宜于小型生产,对放热剧 烈的反应,用改变进料速度的方法来调节 放热量的变化,达到控制温度的目的。
釜式反应器
一、釜式反应器的结构
釜式反应器
釜体:由壳体和上、下封头组成,其高与直
径之比一般1~3之间。必须提供足够的体积
以保证反应物有一定的停留时间来达到规
定的转化率;必须有足够的强度和耐腐蚀
能力以保证操作安全可靠。
釜式反应器
换热装置
釜式反应器
搅拌装置:由搅拌器和传动装置组成
二、釜式反应器的特点
反应时间(t)可参考动力学方程结合物料衡算 求得,或者由生产经验值与实验值获得。辅 助时间(t’)由实践经验确定。
2. 反应釜的总容积(VT)
VT VR /
装料系数 一般在0.4~0.85之间, 不起泡不沸腾的物料可取0.7~0.85,易起 泡或沸腾的物料可取0.4~0.6
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

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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理想置换流动模型的特点:
① 沿流动方向,温度、浓度、反应速率随位置逐渐改变 ② 稳定流动,各点温度、浓度、反应速率不随时间而变 ③ 各物料质点在反应器内的停留时间相同。 ④ 稳定状态下,单元时间、微元体积内,反应物积累量 为零。
模块一釜式反应器
2.理想混合流动模型
➢ 理想混合流动模型也为全混流模型。
模块一釜式反应器
2.非理想流动模型 在实际工业反应器计算中,为了考虑非理想流动的情
况,一般总是基于一个反应过程的初步认识,首先分析其 实际流动状况,从而选择一较为切合实际的合理简化的流 动模型,并用数学模型方法关联返混与停留时间分布的定 量关系,然后通过停留时间分布的实验测定来检验假设的 模型的正确程度,确定在假设模型时所引入的模型参数, 最后结合反应动力学数据来感觉反应结果。
浓度下降,反应产物的浓度上升。 ②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。 ③返混不但对反应过程产生不同程度的影响,更重要的示
对反应器的工程放大所产生的问题。
(3)降低返混程度的主要措施
连续操作搅拌釜式反应器,其返混程度可能达到
降
横向分割
理想混合程度。为了减少返混,工业上采用多釜
低
串联操作,这是横向分割的典型例子。当串联釜
➢ 由于强烈搅拌,反应器内物料质点返混程度为无穷大, 所有空间位置物料的各种参数完全均匀一致。
加料
均匀混合
产物
搅拌十分强烈的连续操作搅拌釜式反应器中的流体流 动均可视为理想混合流动。
模块一釜式反应器
理想混合流动模型的特点: ①物料在反应器内充分返混; ②反应器内温度、浓度、反应速率处处均一, 不随时间而变,且与出口相同。 ③物料粒子在反应器内的停留时间不同。 ④连续,稳定流动,物料的积累项为零。
可设置垂直管作为内部构件。
模块一釜式反应器
(二)非理想流动
实际工业反应器中的反应物料流动与理想流动有所偏 离,过程介于两者之间。所有偏离理想流动模型的流动模 式均称为非理想流动。
1.非理想流动形成的原因
1.滞留区的存在 2.沟流和短路 3.循 环 流 4.流体流速分布不
均匀 5.扩 散
滞留区是指反应器内流体流动极慢以至几乎不流 动的区域,也称死角、死区。由于滞留区的存在, 使得部分流体的停留时间极长。滞留区主要产生 于设备在的固死定角床中反,应如器设、备填两料端塔、以挡及板滴与流设床备反壁应的器 中阻形交死设,力成接角计由通沟处。来于道流以若保催,。及要证化使设减。剂得备少颗部设滞粒分有留或流的区填体其的料快他存装速障在填从碍,不此物主匀通时要,道,通造流最过成过易合一从产理低而生的
• 化学反应动力学方程有多种形式,对于均相反应, 方程多数可以写为(或可以近似写为,至少在一 定浓度范围之内可以写为)幂函数形式,反应速 率与反应物浓度的某一方次呈正比。
模块一釜式反应器
1.基元反应和非基元反应 基元反应:化学反应的反应式能代表反应的真正过程的反 应。 非基元反应:有若干个基元反应综合而成的反应。 例如反应:H2+Br2=2HBr
一、反应器流动模型
化工操作过程可分为间歇过程、连续过程和半连续过程。 反应器中流体的流动模型是针对连续过程而言。由于真实反 应器几何尺寸、操作条件、搅拌等的复杂性,使得反应器内 流动十分复杂,而反应器中流体的流动直接影响反应器的性 能,为此有必要讨论反应器内的流体流动。
理想置换流动模型
反
理想流动模型
注意:化学反应式不是方程式,不允许按方程式的运算规 则加以运算。
模块一釜式反应器
(2)化学计量方程
化学计量方程只表示反应物、生成物在化学反应过 程中量的变化关系。
aA+bB+ … = rR+sS +…
(-a)A+ (-b) B+ … +rR+sS +… =0
aAA+aBB+ …+aRR+aSS +… =∑aII=0 式中: aA、aB、aR、aS … ——化学计量系数。
模块一釜式反应器
2. 反应级数
定义:动力学方程式中浓度项的指数,由实验确定。 对基元反应:级数即为化学反应式的计量系数
-aA、-aB 对非基元反应:通过实验确定。 而级数越高浓度对反应速率的影响越大;级数为零 的反应,浓度对反应速率无影响。
模块一釜式反应器
3. 反应速度常数
不可逆反应
k=f(T)
模块一釜式反应器
二、均相反应动力学基础
均相反应:
参与反应的各化学组分处于同一相(气相或液 相)内进行化学反应。
包括
气相均相反应 液相均相反应
特点:反应物系中不存在相界面
模块一釜式反应器
均相反应动力学是研究均相反应过程的基础, 也为工业反应装置的选型、设计计算和反应器的 操作分析提供理论依据和基础数据。
返
数足够多时,这种连续多釜串联的操作性能就很
混 程
接近理想置换反应器的性能。
度
的
主
流化床反应器是气固相连续操作的一种工业反
要 措 施
纵向分割
应器。流化床中由于气泡运动造成气相和固相 存在严重的返混。为了限制返混,对高径比较
大的流化床反应器常在其内部装置横向挡板以
减少返混,而对高径比较小的流化床反应器则
模块一釜式反应器
3.返混及其对反应的影响
(1)返混 返混专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。 返混是连续化后才出现的一种混合现象。
(2)返混对反应的影响 非理想流动反应器存在不同程度的返混,返混带来的最大
影响是反应器进口处反应物高浓度区的消失或减低。 ①返混改变了反应器内的浓度分布,使反应器内反应物的
模块一釜式反应器
3.转化率
转化率是指某一反应物转化的百分率
xA 某 该一 反反 应应 物物 的的 起 = 转 始 nA0n化 A量 0n量 A
应用: nA=nA0(1-xA)
CA=CA0(1-xA)
反应进行到一定时刻,各组分的物质的量与转化率的关系为:
nI nI0(IA)nA0xA
关键组分:主要反应物(A),它的转化率直接影响反应过程 的经济效益。
4.化学反应速率
定义:单位时间内、单位反应体积、反应混合物料中某
一组分的反应量。
用反应程度随时间的变化率表示
r 1 d
V dt
用产物的生成速率表示
rS
1 V
dnS dt
用关键组分的消耗速率表示
rA
1 V
dnA dt
对于恒容过程:
rA
dcA dt
模块一釜式反应器
5. 几个时间概念
(1)反应持续时间 t r
(-rA)=kppAmpBn
kc与kp的关系
kc=kP(RT)n+m
模块一釜式反应器
4.化学反应的分类
单一反应过程:系统中仅发生一个不可逆的化学反应,简称简 单反应过程
k=k0·e-E/RT(阿伦尼乌斯方程) 式中:ko——频率因子
E——活化能J/mol
R——通用气体常数,8.314J/mol·K
从阿伦尼乌斯方程看出:
(1)活化能越大,温度对反应速率影响越显著
(2)对一给定反应,反应速率常数与温度的关系在低温时 比高温更敏感。
模块一釜式反应器
气相反应以分压表示浓度时
由实验可知该反应是由5个基元反应组成。 Br2→2 Br· Br·+ H2→HBr+H· H·+ Br2→HBr+ Br· H·+ HBr→H2→Br· 2 Br·→Br2
模块一釜式反应器
每个基元反应有一个速率方程,总反应有一个总 速率方程。 所以化学反应方程只表示化学反应进行的方向, 基元反应动力学方程可以利用质量作用定律直接 写出;非基元反应动力学方程根据反应机理推断 或通过实验测定。
模块一釜式反应器
(5)空间速度SV: 指单位有效反应器容积所能处理的反应混合物料的标准体
积流率,
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
SV
V 0n V 'R
h 1
式中 V 0 n ——为进口流体在标准状态下的体积流率
空间速度通常用于比较设备生产能力的大小。
对于气固相催化反应,空间速度定义为在单位时间内 通过单位催化剂体积(或质量)的物料标准体积流率。
均相反应动力学研究均相反应进行的速率以 及温度、浓度、催化剂等因素对反应速率的影响。
模块一釜式反应器
(一)基本概念及术语 1.化学计量方程
(1)化学反应式 反应物经过化学反应生成产物的过程用定量关
系式予以描述时,该定量关系式称为化学反应式。
aA+bB+ … → rR+sS +…
式中: a、b、 r、s … ——计量系数。
釜式反应器
(一)釜式反应器的壳体结构
几种反应釜底的形式
(二)搅拌器
➢ (a)浆式搅拌器; ➢ (b)框式搅拌器; ➢ (c)锚式搅拌器; ➢ (d)旋桨式搅拌器; ➢ (e)涡轮式搅拌器; ➢ (f)螺带式搅拌器
釜式搅拌混合器
搅拌状态
项目一釜式反应器
(三)换热装置
项目一釜式反应器
(三)换热装置
模块一釜式反应器
(1)单程转化率: 指原料一次通过反应器一次达到的转化率,即是以反 应器入口物料为基准的转化率;
(2)全程转化率: 指新鲜物料进入反应系统到离开反应系统所达到的转 化率,即以新鲜进料为基准的转化率。
全程转化率大于单程转化率。
转化率与反应程度的关系:
xA
aA nA0
模块一釜式反应器
模块一釜式反应器
注意:空间速度不是空间时间的倒数。