连续搅拌釜式和管式反应器液相反应的动力学参数测定
连续搅拌釜式反应器液相反应的动力学参数测定
一、实验目的
连续流动搅拌釜式反应器与管式反应器相比较，就生产强度或溶剂效率而论，搅拌釜
式反应器不如管式反应器，但搅拌釜式反应器具有其独特性能，在某些场合下，比如对于
反应速度较慢的液相反应，选用连续流动的搅拌釜式反应器就更为有利，因此，在工业上，
这类反应器有着特殊的效用。
对于液相反应动力学研究来说，间歇操作的搅拌釜式反应器和连续流动的管式反应器
都不能直接测得反应速度，而连续操作的搅拌釜式反应器却能直接测得反应速度。但连续
流动搅拌釜式反应器的性能显著地受液体的流动特性的影响。当连续流动搅拌釜式反应器
的流动状况达到全混流时，即为理想流动反应器——全混流反应器，否则为非理想流动反
应器。在全混流反应器中，物料的组成和反应温度不随时间和空间而变化，即浓度和温度
达到无梯度，流出液的组成等于釜内液的组成。对于偏离全混流的非理想流动搅拌釜式反
应器，则上述状况不复存在。因此，用理想的连续搅拌釜式反应器（全混流反应器）可以
直接测得本征的反应速度，否则，测得的为表观反应速度。
用连续流动搅拌釜式反应器进行液相反应动力学，通常有三种实验方法：连续输入法、
脉冲输入法和阶跃输入法。本实验采用连续输入的方法，在定常流动下，实验测定乙酸乙
酯皂化反应的反应速度和反应常数。同时，根据实验测得不同温度下的反应速度常数，求
取乙酸乙酯皂化反应的活化能，进而建立反应速度常数与温度关系式（Arrhenius formula ）
的具体表达式。通过实验练习初步掌握一种液相反应动力学的实验研究方法。并进而加深
对连续流动反应器的流动特性和模型的了解；加深对液相反应动力学和反应器原理的理解。
二、实验原理
1．反应速度 连续流动搅拌釜式反应器的摩尔衡算基本方程：
dt dn dV r F F A v A A AO =---?)(0 （1） 对于定常流动下的全混流反应器，上式可简化为
0)(=---V r F F A A AO （2）
或可表达为 V F F r A
AO A -=-)(
（3）
式中；
AO F ——流入反应器的着眼反应物A 的摩尔流率， 1
-?s mol ；
A F ——流出反应器的着眼反应物A 的摩尔流率， 1-?s mol ；
)(A r -——以着眼反应物A 的消耗速度来表达的反应速度，
13--??s m mol ；
由全混流模型假设得知反应速度在反应器内一定为定值。
V ——反应器的有效容积，3-m ； dt dn A /——在反应器内着眼反应物A 的累积速率，1-?s mol 。当操作过程为
定常态时，累积速率为零。
对于恒容过程（恒温下的液相反应通常可视为恒容过程）而言，反应前后体积流率不
变，即流入反应器的体积流率
0.S V 等于流出反应器的体积流率S V 。若反应物A 的起始浓度为0.A C ，反应器出口亦即反应器内的反应物A 的浓度为A C ，则式可改写为
τA A S A A A C C V V C C r -=-=
-0.0.0./)( （4） 式中0./S V V =τ即为空间时间。对于恒容过程，进出口又无返混时，则空间时间也就
是平均停留时间。
因此，当V 和0.S V 一定时，只要实验测得0.A C 和A C ，即可直接测得在一定温度下的
反应速度)(A r -。
2．反应速度常数
乙酸乙酯皂化反应为双分子反应，其化学计量关系式为
CH 3COOC 2H 5 + NaOH CH 3COONa + C 2H 5OH (A )(B )
(C )(D ) 因为该反应为双分子反应，则反应速度与反应物浓度的关系式可表示为 B A A C kC r =-)( （5）
本实验中，反应物A 和B 采用相同的浓度和相同的流率，则上式可简化为 2
)(A A kC r =- （6） 将上式线性化后，可得 k C r A A lg lg 2)lg(+=- （7）
当反应温度T 和反应器有效容积V 一定时，可利用改变流率的方法，测得不同的A C 下
的反应速度)(A r -。由)lg(A r -对A C lg 进行标绘，可得到一条直线。可由直线的截距k
lg 求取k 值。或用最小二乘法进行回归求得k 值。
3．活化能
如果按照上述方法，测得两种温度1(T 和)2T 下的反应速度常数1k 和2k ，则可按照
阿累尼乌斯（Arrhenius ）公式计算该反应的活化能E ，即
)(ln
121212T T T T R E k k -= （9）
式中：R 为理想气体常数。11314.8--??=K mol J R 。
再由1T 、1k （或2T 、2k ）和E 可计算地得到指前因子A ，从而可建立计算不同
温度下的反应速度常数的经验公式，即阿累尼乌斯公式的具体表达式。
4．质量检测
本实验中采用电导法测量反应物A 的浓度变化。对于乙酸乙酯皂化反应，参与导电的
离子有+a N 、-OH 和-COO CH 3，+a N 在反应前后浓度不变，-OH 的迁移率远大于
-
COO CH 3的迁移率。随着反应的进行，-OH 不断减少，物系的电导值随之不断下降。
因此，物系的电导值的变化与COOH CH 3的浓度变化成正比，而由电导电极测的电导率L
与其检测仪输出的电压信号U 也呈线性关系，则如下关系式成立：
)(f A U U K C -= （10）
式中：U —— 由电导电极测得在不同转化率下与釜内溶液组成相映的电压信号值； f U ——523H COOC CH 全部转化为 COONa CH 3时的电压信号；
K ——比例常数 本实验采用等摩尔进料，乙酸乙酯水溶液和氢氧化钠水溶液浓度相同，且两者进
料的体积流率相同。若两者浓度均为0.011-?l
mol 则反应过程起始浓度0.A C ，应为0.0051-?l
mol 。因此，应预先精确配制浓度为0.0051-?l mol 的氢氧化钠水溶液和浓度为0.0051-?l
mol 的COONa CH 3水溶液。在预定的反应温度下，分别进行电导测定，测得电
压信号分别为0U 和f U ，由此可确定上式中的比例常数K 的值。
三、实验装置
本实验装置有下列四部分组成：搅拌釜式反应器、原料液输送与计量系统、反应温度
和搅拌转速测量与控制系统和质量检测系统。
搅拌釜式反应器的内经为100mm ，高为120mm ，高径比为1.2，有效容积为1l 。搅
拌器为六叶开启平直浆叶涡轮式，由直流电机驱动，并由转速测控仪进行测量和调控。反
应器的筒体为透明无机玻璃。器内装有起预混合和预热作用的进料管，加热用的内热式电
热管和控制液面的内溢流管。器内温度由温度测控仪控制恒定。电导池或电导电极插入器
内，外接电导率仪、信号放大器、Ａ/Ｄ转换器和计算机。电导仪测得的点信号，经反复大
和转换后输入计算机。
两种反应物分别由贮槽经计量泵和预混合器。生成液由溢流管排出，存放于废料桶。
该装置的流程如图１所示。
图１连续流动搅拌釜式反应器测定液相反应动力学参数的实验装置流程
Figure 1 Experimental equipment flows for determination of liquid reaction kinetics
parameters in CSTR
1．料液A 贮槽； 2．料液B 贮槽； 3．计量泵；4．搅拌釜式反应器；5．电导率仪；
6．温度与转速控制仪和电导信号放大器；7．A/D 转换板与计算机。
四、实验方法 １．实验前的准备工作
新鲜配制0.021-?l mol 的NaOH 和523H COOC CH 水溶液，分别存放于料液贮槽，
并严加密封。
启动并调整好电导率仪、控温仪、测速仪和计算机的电子仪器，并调好软件的数据采
集程序。
2.开启三个储液罐放液阀，灌泵；连接好废液排放管路。
3.将三通阀调至全混流位置，启动搅拌，启动氢氧化钠泵，在一定流量下对管路及反
应器进行排气，待电导率仪显示有较大波动时，说明溶液已充满。
4.启动乙酸乙酯泵，调节流量，使得两种物料以等流量向全混流反应器中加入。待电
导率仪显示值稳定后，记录该值。改变流量重复上述实验步骤，测得一组在不同流量时的
电导率值数据。（流量调节范围10-50L ／h ）
5.调节三通阀至平推流位置，进行管式反应器实验。操作步骤同4，测得不同流量下
管式反应器皂化反应的电导率值。
6．实验结束工作
先关闭加热和恒温系统，后关闭计量泵。 关闭计算机和电导率仪，再将搅拌转速缓慢地调至零，最后关掉电路总开关。 打开底阀，将釜内液体排尽，并用蒸馏水将反应器和电导车冲洗干净。将电导电极浸
泡在蒸馏水之中，待用。
五．实验注意事项
（１）实验中所用的溶液都必须新鲜配制，确保溶液浓度准确。同时，配制溶液用水
必须是电导率1
610--?≤cm S 的纯水。NaOH 和523H COOC CH 料液贮桶必须严密，进气口需用合适的吸附剂除去空气中的水分和二氧化碳。
（２）在浓度标定实验过程中，每次向电导池装新的试验液时，必须将电导池按要求
冲洗干净，不得简化操作步骤和马虎从事。
（３）对于液相反应动力学实验，必须要保证浓度、温度和流率保持恒定和测量准确，
因此要有足够的稳定时间是不可忽视。同时，还必须准确测量反应器的有效容积。
六、实验结果
1．记录实验设备和操作基本参数
(1) 设备参数 反应釜的直径： D = mm ；
高 度： H = mm ； 搅拌器型式： 直 径： d ＝ mm 。
(2) 操作参数 操作压力：
NaOH 的料液浓度： 0.B
C '＝ 1-?l mol ；
523H COOC CH 的料液浓度：0.A C '＝ 1-?l
mol ； 原料液进料比： 523H COOC CH ：NaOH ＝ ； 反应物起始浓度：='=2
0.0.B A C C ； 搅拌转速： r = 1min -?r 。
2．记录浓度与电压信号值函数关系的实验数据
当O A C ,＝=O B C . 1-?l mol 时，测得0U ＝ mV ；
,0,=f A C ==O A f C C C ,, 1-?l mol ，测得f U ＝ mV ； 计算： =--=f O f
A O A U U C C K ,, ，
最后得到A C 与U 的函数关系：
=-=)(f A U U K C 。
３．参考下列表格记录测定反应速度和反应常数的实验数据 实验序号
反应温度T /℃
反应体积 l V
总体积流率 10.min /-?l V S
反应物Ａ的出口浓度 mV U
mV U U f )(-
1-?l mol C A
4．参考下列表格整理实验数据
实验组号
反应温度 K T
（１） 空间时间 m in /τ
（２） 反应速度 11min /)(--??-l mol r A （３）
反应速度常数 11min /--??mol l k （４）
相关系数 -R
（５） 活化能 1/-?mol kJ E （６）
列出上表中各项的计算公式。
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。>
夹套搅拌反应器设计(DOCX 30页)
夹套搅拌反应器设计(DOCX 30页)
夹套搅拌反应器设计 课程设计说明书设计题目夹套搅拌反应器设计 学生 学号 专业班级 指导老师耿绍辉 化工设备基础 Nefu.20121228
夹套搅拌反应器设计 目录 第一章设计方案简介 1.1反应釜的基本结构 1.2反应釜的机械设计依据 第二章反应釜机械设计的内容和步骤 第三章反应釜釜体的设计 3.1 罐体和夹套计算 3.2厚度的选择 3.3设备支座 3.4手孔 3.5选择接管、管法兰、设备法兰 第四章搅拌转动系统设计 4.1转动系统设计方案 4.2转动设计计算：定出带型、带轮相关计算 4.3选择轴承 4.4选择联轴器 4.5罐体搅拌轴的结构设计、搅拌器与搅拌轴的连接结构设计4.6电动机选择 第五章绘制装配图 第六章绘制大V带轮零件图 第七章本设计的评价及心得体会 第八章参考文献
夹套搅拌反应器设计 第一章设计方案简介 搅拌设备在石油、化工、食品等工业生产中应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的化工生产或多或少地应用着搅拌操作，化学工艺过程的种种物理过程与化学过程，往往要采用搅拌操作才能得到好的效果。搅拌设备在许多场合时作为反应器来应用的，而带搅拌的反应器则以液相物料为特征，有液-液、液-固、液-气等相反应。 搅拌的目的是：1、使互不相溶液体混合均匀，制备均匀混合液、乳化液、强化传质过程；2、使气体在液体中充分分散，强化传质或化学反应；3、制备均匀悬浮液，促使固体加速溶解、浸取或发生液-固化学反应；4、强化传热，防止局部过热或过冷。所以根据搅拌的不同目的，搅拌效果有不同的表示方法。 搅拌操作分为机械搅拌和气流搅拌。气流搅拌是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生搅拌作用，或使气泡群以密集状态上升借所谓气升作用促进液体产生对流循环。与机械搅拌相比，仅气泡的作用对液体所进行的搅拌时比较弱的，所以在工业生产，大多数的搅拌操作均是机械搅拌。本设计实验要求的就是机械搅拌搅拌器设备的设计遵循以下三个过程：1根据搅拌目的和物理性质进行搅拌设备的选型。2在选型的基础进行工艺设计与计算。3进行搅拌设备的机械设计与费用评价。在工艺与计算中最重要的是搅拌功率的计算和传热计算。 1.1反应釜的基本结构
实验1连续搅拌釜式反应器停留时间分布的测定
实验一 连续搅拌釜式反应器停留时间分布的测定 一、 实验目的 (1) 加深对停留时间分布概念的理解； (2) 掌握测定液相停留时间分布的方法； (3) 了解停留时间分布曲线的应用。 (4)了解停留时间分布于多釜串联模型的关系，了解模型参数N 的物理意义及计算方法。 (5) 了解物料流速及搅拌转速对停留时间分布的影响。 二、 实验原理 （1）停留时间分布 当物料连续流经反应器时，停留时间及停留时间分布是重要概念。停留时间分布和流动模型密切相关。流动模型分平推流，全混流与非理想流动三种类型。 对于平推流，流体各质点在反应器内的停留时间均相等，对于全混流，流体各质点在反应器内的停留时间是不一的，在0～∞范围内变化。对于非理想流动，流体各质点在反应器内的停留时间分布情况介乎于以上两种理想状态之间，总之，无论流动类型如何，都存在停留时间分布与停留时间分布的定量描述问题。 （2）停留时间分布密度函数E (t ) 停留时间分布密度函数E (t )的定义： 当物料以稳定流速流入设备（但不发生化学变化）时，在时间t =0时，于瞬时间dt 进入设备的N 个流体微元中，具有停留时间为t 到(t +dt )之间的流体微元量dN 占当初流入量N 的分率为E (t )dt ，即 ()=dN E t dt N (1) E (t )定义为停留时间分布密度函数。 由于讨论的前提是稳定流动系统，因此，在不同瞬间同时进入系统的各批N 个流体微元均具有相同的停留时间分布密度，显然，流过系统的全部流体，物料停留时间分布密度为同一个E (t )所确定。根据E (t )定义，它必然具有归一化性质：
()1∞ =? E t dt （2） 不同流动类型的E (t )曲线形状如图1所示。根据E (t )曲线形状，可以定性分析物料在反应器（设备）内停留时间分布。 平推流 全混流 非理想流动 图1 各种流动的E (t )～t 关系曲线图 （3）停留时间分布密度函数E (t )的测定 停留时间分布密度函数E (t )的测定，常用的方法是脉冲法。此法采用的示踪剂，既不与被测流体发生化学反应，又不影响流体流动特性，也就是说，示踪物在反应器（设备）内的停留时间分布与被测流体的停留时间分布相同。所以，当注入一定量Q 的示踪物时，经过t →(t +dt )时间间隔流出的示踪物量占示踪物注入总量Q 的分率就是与示踪物注入同时进入系统的物料中，停留时间为t →(t +dt )的那部分流体物料占总流体的物料的分率， 即： 亦即： ()()??=V C t dt E t dt Q 或 () ()?= V C t E t Q (3) V ——流体体积流量，(ml/s) Q ——加入的示踪物总量，(mg) C (t )——示踪物的出口浓度，(mg/ml)
《搅拌釜式反应器设计条件》
长江大学工程技术学院课程设计 题目：________________________________ 学生：_________________________________ 系部：_________________________________ 专业班级：_________________________________ 指导教师：_________________________________ 辅导教师：_________________________________ 时间：______________至_________________
《搅拌釜式反应器设计条件》 工艺条件 管 口 工艺条件图
1. 确定筒体的直径和高度 根据反应釜的设计要求，由于液－液相类型选取H/D i =1.3 得，由 D i ≈3 /4Di H V π= 33 .125 .34??π＝1.47m 圆整到标准公称直径系列，选取筒体直径D i ＝1400mm 。 查附录得，DN ＝1400mm 时标准椭圆封头高度h 1=350mm 直边h 2=25mm ，计算得每米高筒体的V 1＝1.539m 3，表面积V h =0.398m 3 H= 1V V V h -=539 .1398.025.3-=1.853m 筒体高度圆整为H ＝1800m 于是H/D=1.285 核查结果符合原定范围内。 2. 确定夹套的直径和高度 夹套的内径 D j =D i +100=1500mm （符合压力容器公称直径系列要求） H j = 4 4.1398 .085.0*25.32 ?-π=1.537m 选取夹套H j =1600mm 则H 0=H －Hj=200mm 这样便于筒体法兰螺栓的装拆 验算夹套传热面积 F ＝F 1H j +F n =9.27 m 2>7.1m 2 即夹套传热面积符合设计要求 3. 确定夹套的材料和壁厚 夹套选取Q235－A 的材质，可以知道板厚在4.5～16mm ，设计温度在150℃时Q235－A 的许用应力[σ]t =113MPa ，因为有夹套有
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。
连续搅拌釜式反应器设计
连续搅拌釜式反应器设 计 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
学院：化工学院 专业：化学工程与工艺
目 录 一、设计任务 某工段需要每天生产8吨乙酸丁酯。以乙酸和丁醇为原料，要求乙酸的转化率大于等于50%.其中原料中乙酸的浓度l/L 0.00175km o A0 C 。设计一反应器以达到要求。
二、确定反应器及各种条件 选用连续釜式反应器（CSTR ），选用螺旋导流板夹套，取5.0Af =X ，查文献资料得：可取反应温度为100℃，反应动力学方程为 )min)7.4L/(kmol 1( C 2 A ?==k k r A （A 为乙酸）搅拌釜内的操作压力为 MPa 1.0p cr =；夹套内为冷却水，入口温度为30℃，出口温度为40℃，工 作压力MPa 2.0'p cr =; 反应方程为： 三、反应釜相关数据的计算 1.体积 由于该反应为液相反应，物料的密度变化很小，故可近似认为是恒容过程。 原料处理量：54.73L/min 3284.07L/h 0.001750.5 1 11624109Q 30==????= 反应器出料口物料浓度： km ol/L 000875.0)5.01(00175.0-1Af A0A =-?==）（X C C 反应釜内的反应速率：kmol/L 10332.1000875.04.17522A A -?=?==kC r 空时：min 69.6510332.15 .000175.0/Q V 5 A Af A0A A A00r =??==-== -r X C r C C τ 理论体积：L 21.359569.6573.54Q V 0r =?==τ
连续搅拌釜反应器中乙酸乙酯的水解反应
实验报告 课程名称：化工专业实验指导老师：黄灵仙成绩：________________ 实验名称：连续搅拌釜反应器中乙酸乙酯的水解反应实验类型：反应工程实验 一、实验目的和要求 二、实验内容和原理 三、主要仪器设备 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析 七、讨论、心得 一、实验目的 1．了解和掌握搅拌釜反应器非理想流动产生的原因； 2．掌握搅拌釜反应器达到全混流状态的判断和操作； 3．了解和掌握某一反应在全混釜中连续操作条件下反应结果的测量方法，以及与间歇反应器内反应结果的差别。 二、实验原理 在稳定条件下，根据全混釜反应器的物料衡算基础，有 A m A A A m A A A A x C C C C C C V F r ττ0000)1()()=-=-= （－（1） 对于乙酸乙脂水解反应： OH H C COO CH H COOC CH OH 52-3K 523-+?→?+ A B C D 当C A0=C B0，且在等分子流量进料时，其反应速度(－r A )可表示如下形式： 2 20A 20 2 A 02)1))/exp()A A A A A x kC C C C RT E k kC r -=-==（（（－（2） 则根据文献（物化实验）的乙酸乙酯动力学方程，由（1），（2）可计算出x A 2 20A m )1A A A x kC x C -=（τ（3） 同时由于C A0∝(L 0-L ∞)，C A ∝(L t -L ∞)，由实验值得： )( 100∞ ---=L L L L x t A （4） 式中： L 0,L ∞—— 分别为反应初始和反应完毕时的电导率 L t —— 空时为m τ时的电导率 根据反应溶液的电导率的大小，由（4）式可以直接得到相应的反应转化率，由（3）式计算得到相同条件下的转化率，两者进行比较可知目前反应器的反应结果偏离全混流反应的理论计算值。 专业： 姓名： 学号： 日期： 地点：
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
化学反应工程原理-副本第五章-连续流动釜式反应器
第五章 连续流动釜式反应器 1 连续流动釜式反应器的特 点： 。 2 表征循环反应器特性的一个重要参数是 ，它表示循 。 3 简述返混对反应过程的影响 4 作出BR 反应器、PFR 反应器及CSTR 反应器的浓度分布图 5 根据PFR 反应器及CSTR 反应器的设计方程，图解比较两种反应器在反应级数n 大于0、等于0及小于0时的反应器体积V PFR 与V CSTR 的大小。 6 CSTR 中，瞬时选择率β、出口状态下的选择率f β和平均选择率β的关系是 7对于反应级数为一级和二级的简单反应，分别在CSTR 和PFR 反应器中进行反应，关键组分的转化率一样，通过作图说明在两种反应器中进行反应，反应级数对完成反应任务所需要的反应器体积的影响。 8 混合是 进入反应器物料之间的混合；返混是 进入反应器物料之间的混合。返混是 过程的伴生结果；返混与 无关，与 有关。 9 返混的起因是：（1） ，包括：循环反应器的循环流，CSTR 中的搅拌作用；（2） ，包括：流体以层流流经管式反应器，反应器内的死区、沟流、短路。限制返混的措施有： 。 10 一液相复合反应Q A P A k k ?→??→?21，均为基元反应。在单一连续釜中等温反应，已知该温度
下，213k k ,问当最终转化率为80％时，目的产物P 的瞬时选择性为： ，总选择性为： 。 12 反应物A 的水溶液在等温PFR 中进行两级反应，出口转化率为0.5，若反应体积增加到4倍，则出口转化率为 。 13 反应物A 的水溶液在等温CSTR 中进行两级反应，出口转化率为0.5，若反应体积增加到4倍，则出口转化率为 。 14 在PFR 中进行等温二级反应，出口转化率为0.8，若采用与PFR 体积相同的CSTR 进行该反应，进料流量Q 0保持不变，为达到相同的转化率0.8，可采用的办法是使C A0增大 倍。 15 等温下，进行一级不可逆反应，动力学式为（-γ A ）=kCA ，k = 1min-1，CA0=1kmol/m3，PFR 、CSTR 的τ均为 1 min ，计算最终转化率。
连续搅拌反应釜系统的设计与仿真
吉林化工学院毕业设计说明书 连续搅拌反应釜系统的控制器设计与仿真Controller Design and Simulation for CSTR 学生学号：11510210 学生姓名：严新宇 专业班级：自动1102 指导教师：王野 职称：工程师 起止日期：2015.03.09～2015.06.26 吉林化工学院 Jilin Institute of Chemical Technology
吉林化工学院信控学院毕业设计说明书 摘要 连续搅拌反应釜（CSTR）是发酵、化工、石油生产、生物制药等工业生产过程中应用最广泛的一种化学反应器，其控制质量直接影响到生产的效益和质量指标。对连续搅拌反应釜通过控制内部的工艺参数，如温度、压力、浓度等稳定，保证反应的正常运行。本文针对连续搅拌反应釜的数学模型，应用泰勒展开得到了线性状态空间表达式，在此基础上设计了LQR控制器，仿真结果表明，控制效果令人满意。 本设计将CSTR的非线性动态模型进行了输入输出线性化，得到CSTR线性状态空间模型。设计出连续搅拌反应釜的极点配置控制器并对系统进行仿真。设计出连续搅拌反应釜的LQR控制器并对其系统进行仿真。并对两种控制方法的控制效果进行了比较。 关键词：连续反应搅拌釜；LQR控制器；MATLAB仿真 I
连续搅拌反应釜系统的控制器设计与仿真 Abstract Continuous stirred tank reactor (CSTR) is the most widely used in fermentation, chemical engineering, petroleum production, bio pharmaceutical and other industrial production process as a chemical reactor, control the quality directly affect the production efficiency and quality index. For continuous stirred tank reactor by controlling the process parameters, such as temperature, pressure, concentration and so on, ensure the normal operation of the reaction. In this paper, based on a continuous stirred reactor mathematical model, the application of Taylor expansion is obtained for the linear state space representation, on this basis, design the LQR controller. Simulation results show that the control effect is satisfactory. In this paper, the nonlinear dynamic model of CSTR is linearized, and the CSTR linear state space model is obtained. The pole assignment controller for continuous stirred tank reactor was designed and the simulation of the system was carried out. The LQR controller of the continuous stirred tank reactor is designed and the system is simulated. The control effect of the two control methods is compared. Key Words: Continuous Stirred Tank; LQR Controller; MATLAB Simulation II
连续搅拌釜式和管式反应器液相反应的动力学参数测定
连续搅拌釜式反应器液相反应的动力学参数测定 一、实验目的 连续流动搅拌釜式反应器与管式反应器相比较，就生产强度或溶剂效率而论，搅拌釜 式反应器不如管式反应器，但搅拌釜式反应器具有其独特性能，在某些场合下，比如对于 反应速度较慢的液相反应，选用连续流动的搅拌釜式反应器就更为有利，因此，在工业上， 这类反应器有着特殊的效用。 对于液相反应动力学研究来说，间歇操作的搅拌釜式反应器和连续流动的管式反应器 都不能直接测得反应速度，而连续操作的搅拌釜式反应器却能直接测得反应速度。但连续 流动搅拌釜式反应器的性能显著地受液体的流动特性的影响。当连续流动搅拌釜式反应器 的流动状况达到全混流时，即为理想流动反应器——全混流反应器，否则为非理想流动反 应器。在全混流反应器中，物料的组成和反应温度不随时间和空间而变化，即浓度和温度 达到无梯度，流出液的组成等于釜内液的组成。对于偏离全混流的非理想流动搅拌釜式反 应器，则上述状况不复存在。因此，用理想的连续搅拌釜式反应器（全混流反应器）可以 直接测得本征的反应速度，否则，测得的为表观反应速度。 用连续流动搅拌釜式反应器进行液相反应动力学，通常有三种实验方法：连续输入法、 脉冲输入法和阶跃输入法。本实验采用连续输入的方法，在定常流动下，实验测定乙酸乙 酯皂化反应的反应速度和反应常数。同时，根据实验测得不同温度下的反应速度常数，求 取乙酸乙酯皂化反应的活化能，进而建立反应速度常数与温度关系式（Arrhenius formula ） 的具体表达式。通过实验练习初步掌握一种液相反应动力学的实验研究方法。并进而加深 对连续流动反应器的流动特性和模型的了解；加深对液相反应动力学和反应器原理的理解。 二、实验原理 1．反应速度 连续流动搅拌釜式反应器的摩尔衡算基本方程： dt dn dV r F F A v A A AO =---?)(0 （1） 对于定常流动下的全混流反应器，上式可简化为 0)(=---V r F F A A AO （2） 或可表达为 V F F r A AO A -=-)( （3） 式中； AO F ——流入反应器的着眼反应物A 的摩尔流率， 1 -?s mol ；
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
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)
搅拌反应釜设计
第三章立式搅拌反应釜设计 第一节推荐的设计程序 一、工艺设计 1、作出流程简图； 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、计算传热面积及夹套高度； 8、计算搅拌轴功率。 二、机械设计 1、确定反应器的结构型式及尺寸； 2、选择材料； 3、强度计算； 4、选用零部件； 5、绘图； 6、提出技术要求。 三、化工仪表选型 四、编制计算结果汇总表 五、绘制反应釜装配图 六、编写设计说明书 第二节釜式反应器的工艺设计 一、反应釜体积和段数的计算 1、间歇釜式反应器： V=V R/φ（3—1） V R=V O(τ+τ') （3—2）式中V—反应器实际体积，m3； V R—反应器有效体积，m3。 1页
2页 V O —平均每秒钟需处理的物料体积，m 3/s ； τ' —非反应时间，s ； τ —反应时间，s ； ?=Af x R A A V dx n 00,τ （3—3） 等温等容情况下 ()? -=Af x A A A r dx C 0 0,τ （3—4） 对一级反应 Af x k -= 11 ln 1τ 对二级反应 ()Af A A x xC x -= 10,0 ,τ 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、连续釜式反应器 (1)单段连续釜式反应器： ()φφA A A R r x F V V -= =0, （3—5）其中 F A,O —每秒钟所处理的物料摩尔数，kmol/s 。 对于一级反应：（-γA ）=kC A =kC A,O （1-A x ） 则有效反应体积： ()() 2 0,00,0,1A A A A A A A R KC C C V x kC x F V -= -= 其中 V O —每秒所处理的物料体积，m 3/s 对于二级反应：（-γA ）= ()2 20,21A A A x kC kC -=，代入式（3-5）中 则有效反应体积为：V R =()()2 0,020,01A A A A A A kC C C V x kC x V -=- 其中 A x —转化率，其它符号同前。 (2)多级连续釜式反应器 V= φ ∑=n i i R V 1 ,， 而 V R,i = () ()i A i A i A r C C V ---,1,0 （3—6）
【CN109870908A】一种用于连续搅拌釜式反应器系统的采样控制方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910146505.1 (22)申请日 2019.02.27 (71)申请人 南京理工大学 地址 210094 江苏省南京市玄武区孝陵卫 200号 (72)发明人 李实 邹文成 张晶 向峥嵘 (74)专利代理机构 南京理工大学专利中心 32203 代理人 马鲁晋 (51)Int.Cl. G05B 13/04(2006.01) (54)发明名称 一种用于连续搅拌釜式反应器系统的采样 控制方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于连续搅拌釜式反应 器系统的采样控制方法，该方法包括以下步骤： 首先建立连续搅拌釜式反应器系统的状态空间 模型；然后对于一个采样周期内系统不发生切换 时与一个采样周期内系统发生切换时的情况，分 别构造相应的李雅普诺夫函数，并设置相应的控 制率；最后设置采样周期与平均驻留时间以使构 造的李雅普诺夫函数有界，证明闭环系统的稳定 性，从而完成连续搅拌釜式反应器系统的采样控 制方法。本发明的采样控制方法使连续搅拌釜式 反应器系统在不同运行条件下具有更好的性能 与鲁棒性，且方法简单，使控制成本显著降低，且 更加便于用微处理器实现，具有较高的工程实用 价值。权利要求书4页 说明书5页 附图1页CN 109870908 A 2019.06.11 C N 109870908 A
1.一种用于连续搅拌釜式反应器系统的采样控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据连续搅拌釜式反应器系统结构图，建立连续搅拌釜式反应器系统的模型，然后建立连续搅拌釜式反应器系统的状态空间模型； 步骤2、根据步骤1建立的连续搅拌釜式反应器系统的状态空间模型，构造当一个采样周期内系统不发生切换时的李雅普诺夫函数，并设置相应的控制率； 步骤3、根据步骤1建立的连续搅拌釜式反应器系统的状态空间模型，构造当一个采样周期内系统发生切换时的李雅普诺夫函数，并设置相应的控制率； 步骤4、在步骤2和步骤3的基础上，设置采样周期与平均驻留时间以使构造的李雅普诺夫函数有界，即完成连续搅拌釜式反应器系统的采样控制。 2.根据权利要求1所述的用于连续搅拌釜式反应器系统的采样控制方法，其特征在于，步骤1所述根据连续搅拌釜式反应器系统结构图，建立连续搅拌釜式反应器系统的模型，然后建立连续搅拌釜式反应器系统的状态空间模型，具体为： 步骤1-1、根据连续搅拌釜式反应器系统结构图，建立连续搅拌釜式反应器系统的模型 为： 式中，C A 为反应物A浓度，为反应物入口浓度，为反应物入口温度，T 1为反应器温度，V为反应器的体积，V ρ为流体的体积，C P 为流体的热容量，R为气体常数，E为活化能，q σ为进料流速，UA为传热常数，T c 为冷却液温度，a 0为反应速率常数，ΔH为反应焓，f为饲料流指数，ρ为流体密度，为“*”的导数； 步骤1-2、由步骤1- 1的模型建立连续搅拌釜式反应器系统的状态空间模型为： 式中，x 1,x 2均代表系统状态，h 1,σ(t),h 2,σ(t)代表控制增益，f 1,σ(t),f 2,σ(t)代表未知连续非线性函数，σ(t)为切换信号，u代表控制器输入， 表示为如下形式： 式中，t k 为采样点，k为正整数。 3.根据权利要求2所述的用于连续搅拌釜式反应器系统的采样控制方法，其特征在于，步骤2所述根据步骤1建立的连续搅拌釜式反应器系统的状态空间模型，构造一个当采样周期内系统不发生切换时的李雅普诺夫函数，并设置相应的控制率，具体为： 当一个采样周期内系统不发生切换时，即当切换信号满足如下形式时： σ(t k )＝σ(t k+1)＝l (4) 式中，l为切换的第l个子系统； 权 利 要 求 书1/4页2CN 109870908 A
连续釜式反应器的反应体积
3.4 连续釜式反应器的反应体积 间歇釜式反应器：各参数随时间变化，一次装卸料；连续釜式反应器：基本在定态下操作，有进有出。 一、连续釜式反应器的特点： 反应器的参数不随时间变化； 不存在时间自变量，也没有空间自变量； 多用于液相反应，恒容操作； 出口处的C, T=反应器内的C, T。
根据物料衡算方程： 最后得到连续釜式反应器设计方程为 ： 对于恒容过程，有: 101001() (1-)=(1-)() (-)=() A A R A A A A Af R A A Af A R A F F V R F X F X V R F X X V R =+-+--101 00() ()() Af A A Af A R R A A A X X C X X V V F R Q R --==--或 0(1-) A A A C C X =二、设计方程 00()A Af R A C C V Q R -= -
连续釜式反应器设计方程的几何图示 0 =R V Q
反应器内C、T恒定，不随时间变化，也不随位置变化。所以其内的(-R A )在各点处相同，也不随时间变化—等速反应器。 该方程可对反应体系中的任一组分列出。可理解为：反应体积=反应（或生成）的量/反应（或生成）速率 当同时进行多个反应时，只要进出口组成和Q0已知，就可以针对一 个组分求出反应体积V R （如上式所示）。 注意：
1. 空时－衡量生产能力（只针对连续反应器而言），其定义为： 注意:Q 0是指反应器进口位置的体积流速！ 含义：以流速Q 0填充体积为V R 的反应器需要多长时间。 τ↓，生产能力↑（比较时Q 0应在相同的T ， P 下求得，即在同一基准下进行比较。) ；τ↑生产能力↓； 2. 空速－单位反应体积、单位时间内所处理的物料量，可表示为空时的倒数，即：s↑时，生产能力↑。 1 s τ =330V m (s)Q m s R ==τ两个重要的物理量－空时、空速
连续搅拌釜式反应器(CSTR)控制系统设计 连续
连续连续搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器（（CSTR ）控制系统设计 1. 前言 连续搅拌釜式反应器（continuous stirred tank reactor ，简称为CSTR ）是聚合化学反应中广泛使用的一种反应器，该对象是过程工业中典型的、高度非线性的化学反应系统。 在早期反应釜的自动控制中，将单元组合仪表组成位置式控制装置，但是化学反应过程一般都有很强的非线性和时滞性，采用这种简单控制很难达到理想的控制精度。随着计算机技术和PLC 控制器的发展，越来越多的化学反应采用计算机控制系统，控制方法主要为数字PID 控制。但PID 控制是一种基于对象有精确数学模型的线性过程，而CSTR 模型最主要的一个特征就是非线性，因此PID 控制在这一过程中的应用受到限制。随着现代控制理论和智能控制的发展，更加先进有效的控制方法应用于CSTR 的控制，如广义预测控制，神经模糊逆模PID 复合控制，自抗扰控制，非线性最优控制，基于逆系统方法控制，基于补偿算子的模糊神经网络控制，CSTR 的非线性H ∞控制等。但任何一种复杂的化工反应过程都不能用一种简单的控制方式达到理想的控制效果。目前先进的反应釜智能控制技术就是将智能控制理论和传统的控制方法相结合，如钟国情、何应坚等于1998年对基于专家系统的CSTR 控制系统进行了研究[1]，宫会丽、杨树勋等于2003年发表了关于PID 参数自适应控制的新方法[2]，冯斌、须文波等于1999年阐述了利用遗传算法的寻优PID 参数的模型参考自适应控制方法等[3]。但由于这些控制方法的算法比较复杂，在算法的工程实现、现场调试及通用型方面存在着局限性，因此研究一种相对简单实用的CSTR 控制方法，更易为工程技术人员所接受。 本文在对CSTR 过程及其数学模型进行详细分析的基础上，针对过程的滞后性，采用Smith 预估算法与PID 控制相结合的方法实现CSTR 过程的控制，该方法具有实用性强及控制方法简单等特点，基于西门子PCS7系统完成了CSTR 过程控制系统设计。 2.工艺过程及数学模型工艺过程及数学模型分析分析 2.1 CSTR 工艺过程分析 CSTR 在化工生产的核心设备中占有相当重要的地位，在染料、医药试剂、食品及合成材料工业中，CSTR 得到了广泛的应用。 在CSTR 中，反应原料以稳定的流速进入反应器，反应器的反应物料以同样稳定流速流出反应器。由于强烈搅拌的作用，刚进入反应器的新鲜物料与已存留在反应器的物料在瞬间达到完全混合，使釜内物料的浓度和温度处处相等。同样，在反应器出口处即将流出反应器的物料浓度也应该与釜内物料浓度一致，因此流出反应器的物料浓度与反应器内的的物料浓度相等。连续搅拌釜式反应器中的反应速率即由釜内物料的温度和浓度决定。 2.2 CSTR 的数学模型分析 CSTR 是一个存在严重非线性的动态系统，针对该系统的建模、状态估计和控制都存在着相当的难度。一般常规的线性控制方法已不能满足要求，为了提高其性能，必须采用先进的控制技术。 本文针对某化工过程CSTR 系统，在符合实际情况的条件下假设：系统物料混合是完全的；流出物料的体积等于流入物料的体积；同时不失一般性，假定反应釜中所发生的是一级不可逆放热反应。系统的结构如图1所示。