搅拌反应釜设计
相关主题
- 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)。
C A,O 初转化率 xA,0 0 和最终转化率 x A,n 之间作相似直角三角形，得出斜率 i ，
VR,i 进而根据τi= VO 求出 VR，i 。
二、反应器直径和高度的计算 在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择罐体适宜的长径比(H/Di)，以确 定罐体直径和高度。选择罐体长径比主要考虑以下两方面因素： 1、长径比对搅拌功率的影响：在转速不变的情况下，PD5（其中 D---搅
V0 CA,0 CA
KC
2 A
其中 VO—每秒所处理的物料体积，m3/s
对于二级反应：（-γA）= kCA2
k
C2 A,0
1
xA 2 ，代入式（3-5）中
V0 xA
V0 CA,0 CA
则有效反应体积为：VR= kCA,0 1 xA 2
k CA2
其中 x A —转化率，其它符号同前。
(2)多级连续釜式反应器
rA
i
，采用图解代替运算，
求出 VR，i，具体步骤如下：
a．将根据动力学方程计算或实验测得的 x A ~（-γA）数据，标绘在以
（－γA）为纵坐标，以 x A 为横坐标的图上，可得一曲线。 b．在横坐标上分别标出起始和各釜出口的转化率，x A,0 、x A,1 、x A,2 、…、
x A,n 。并由标出的各点向上作垂线分别与曲线相交于点 1、2、…、 n 。
∵
FA,0
1 xA,i1 1 xA,i rA i
FA,0 xA,i xA,i1 rA,i
i
Vi V0
FA,0 V0
xA,i xA,i1 rA i
CA,0
xA,i xA,i1 rA i
∴
rA
i
C A,0 i
x A,i
CA,0 i
x A,i1
CA,0 xA,i1 表明（-γA）i~ xA,i 呈线性关系，其斜率为 CA,O／τi，截距为 i
FA,0
c．由各交点，根据 Vn= rA n
xA,n xA,n1
逐一画出矩形，则各矩形面积
分别为各级反应器的反应体积。
B．对于一时难以找到动力学模型，但已取得了等温条件下一组动力学数
据 x A ~（-γA）的均相反应，可采用图解法求各级反应器出口转化率，反应器
级数及反应器体积
Vi
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=VRφ VR=VO(+) 式中 V—反应器实际体积，m3； VR—反应器有效体积，m3。
（3—1） （3—2）
VO—平均每秒钟需处理的物料体积，m3s； —非反应时间，s；
—反应时间，s；
nA,0
xAf 0
dxA VR
易起泡沫和在沸腾下操作的设备 04～06。
2、连续釜式反应器
(1)单段连续釜式反应器：
V
VR
FA,0 xA
rA
（3—5）
其中 FA,O—每秒钟所处理的物料摩尔数，kmol/s。
对于一级反应：（-γA）=kCA=kCA,O（1- x A ）
VR
则有效反应体积：
FA,0 xA kCA,0 1 xA
VR, i 又∵τi= VO ∴根据斜率求出τi，再根据 Vo 即可求出 Vi 。 具体步骤如下：
a．将已知动力学数据标绘出 x A ~（-γA）曲线。 b．在 x A 轴上标出要求达到的最终转换率 x A,n 。
c．根据式
rA
ห้องสมุดไป่ตู้
i
C A,0 i
x A,i
CA,0 i
x A,i1 逐级图
C AO 解，对于一级，n=1 xA,0 0 ∴由原点出发作斜率为 i 的直线交 MN 于 R1，作垂线得 xA,i （一级反应器出口转化率），若各级反应器的空间时间τ i 相同，则可依次找出 R1、R2… Rn ，进而得出各级反应器出口转化率。通常各 级反应器反应体积相同，进而τi 相同，所以可作出一系列平行线，得出各级 反应器出口转化率。 d．对于级数已知各级反应器体积 VR，i，进而τi 相同的反应体系，可在最
H/Di 1--1.3
气—液相物料
1--2
发酵罐类
1.7--2.5
在确定了长径比和装料系数之后，先忽略罐底容积，此时
V
4
Di2 H
4
Di3
．解析法 A．对于一级反应 B．对于二级反应
V0 xA,i xA,i1 VR,i= k 1 xA,i
V0 xA,i xA,i1
VR,i= kCA,0 1 xA,i 2
（3—7） （3—8）
．图解法，常用的有两种
FA,0 xA,i xA,i1
A．对于一级反应：根据式 VR,i=
（3—3）
等温等容情况下
C xAf A,0 0
dxA rA
（3—4）
1 ln 1
对一级反应
k 1 xAf
x A,0
对二级反应
xCA,0 1 xAf
—装料系数，一般为 04～085，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 08～085；
带搅拌的反应釜
07～08；
拌器直径，P——搅拌功率），P 随釜体直径的增大，而增加很多，减小长径 比只能无谓地损耗一些搅拌功率。因此一般情况下，长经比应选择大一些。
2、长径比对传热的影响：当容积一定时，H/Di 越高，越有利于传热。 长径比的确定通常采用经验值.即表 3-1
表 3-1 罐体长径比经验表
种类 一般搅拌罐
罐体物料类型 液—固或液—液相物料
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
n
V R ,i
i 1
V= ，
V0 CA,i1 CA,i
而 VR,i=
rA i
（3—6）
其中 VR,i —第 i 段釜反应体积, m3
C A,i1 ， C A,i —第 i 段反应釜进口及出口物料浓度，kmol/ｍ３
rA i —第 i 段反应釜内反应物反应速度，kmol/ｍ３．s
VR,i 的计算方法有解析法和图解法
VR,i 进而根据τi= VO 求出 VR，i 。
二、反应器直径和高度的计算 在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择罐体适宜的长径比(H/Di)，以确 定罐体直径和高度。选择罐体长径比主要考虑以下两方面因素： 1、长径比对搅拌功率的影响：在转速不变的情况下，PD5（其中 D---搅
V0 CA,0 CA
KC
2 A
其中 VO—每秒所处理的物料体积，m3/s
对于二级反应：（-γA）= kCA2
k
C2 A,0
1
xA 2 ，代入式（3-5）中
V0 xA
V0 CA,0 CA
则有效反应体积为：VR= kCA,0 1 xA 2
k CA2
其中 x A —转化率，其它符号同前。
(2)多级连续釜式反应器
rA
i
，采用图解代替运算，
求出 VR，i，具体步骤如下：
a．将根据动力学方程计算或实验测得的 x A ~（-γA）数据，标绘在以
（－γA）为纵坐标，以 x A 为横坐标的图上，可得一曲线。 b．在横坐标上分别标出起始和各釜出口的转化率，x A,0 、x A,1 、x A,2 、…、
x A,n 。并由标出的各点向上作垂线分别与曲线相交于点 1、2、…、 n 。
∵
FA,0
1 xA,i1 1 xA,i rA i
FA,0 xA,i xA,i1 rA,i
i
Vi V0
FA,0 V0
xA,i xA,i1 rA i
CA,0
xA,i xA,i1 rA i
∴
rA
i
C A,0 i
x A,i
CA,0 i
x A,i1
CA,0 xA,i1 表明（-γA）i~ xA,i 呈线性关系，其斜率为 CA,O／τi，截距为 i
FA,0
c．由各交点，根据 Vn= rA n
xA,n xA,n1
逐一画出矩形，则各矩形面积
分别为各级反应器的反应体积。
B．对于一时难以找到动力学模型，但已取得了等温条件下一组动力学数
据 x A ~（-γA）的均相反应，可采用图解法求各级反应器出口转化率，反应器
级数及反应器体积
Vi
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=VRφ VR=VO(+) 式中 V—反应器实际体积，m3； VR—反应器有效体积，m3。
（3—1） （3—2）
VO—平均每秒钟需处理的物料体积，m3s； —非反应时间，s；
—反应时间，s；
nA,0
xAf 0
dxA VR
易起泡沫和在沸腾下操作的设备 04～06。
2、连续釜式反应器
(1)单段连续釜式反应器：
V
VR
FA,0 xA
rA
（3—5）
其中 FA,O—每秒钟所处理的物料摩尔数，kmol/s。
对于一级反应：（-γA）=kCA=kCA,O（1- x A ）
VR
则有效反应体积：
FA,0 xA kCA,0 1 xA
VR, i 又∵τi= VO ∴根据斜率求出τi，再根据 Vo 即可求出 Vi 。 具体步骤如下：
a．将已知动力学数据标绘出 x A ~（-γA）曲线。 b．在 x A 轴上标出要求达到的最终转换率 x A,n 。
c．根据式
rA
ห้องสมุดไป่ตู้
i
C A,0 i
x A,i
CA,0 i
x A,i1 逐级图
C AO 解，对于一级，n=1 xA,0 0 ∴由原点出发作斜率为 i 的直线交 MN 于 R1，作垂线得 xA,i （一级反应器出口转化率），若各级反应器的空间时间τ i 相同，则可依次找出 R1、R2… Rn ，进而得出各级反应器出口转化率。通常各 级反应器反应体积相同，进而τi 相同，所以可作出一系列平行线，得出各级 反应器出口转化率。 d．对于级数已知各级反应器体积 VR，i，进而τi 相同的反应体系，可在最
H/Di 1--1.3
气—液相物料
1--2
发酵罐类
1.7--2.5
在确定了长径比和装料系数之后，先忽略罐底容积，此时
V
4
Di2 H
4
Di3
．解析法 A．对于一级反应 B．对于二级反应
V0 xA,i xA,i1 VR,i= k 1 xA,i
V0 xA,i xA,i1
VR,i= kCA,0 1 xA,i 2
（3—7） （3—8）
．图解法，常用的有两种
FA,0 xA,i xA,i1
A．对于一级反应：根据式 VR,i=
（3—3）
等温等容情况下
C xAf A,0 0
dxA rA
（3—4）
1 ln 1
对一级反应
k 1 xAf
x A,0
对二级反应
xCA,0 1 xAf
—装料系数，一般为 04～085，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 08～085；
带搅拌的反应釜
07～08；
拌器直径，P——搅拌功率），P 随釜体直径的增大，而增加很多，减小长径 比只能无谓地损耗一些搅拌功率。因此一般情况下，长经比应选择大一些。
2、长径比对传热的影响：当容积一定时，H/Di 越高，越有利于传热。 长径比的确定通常采用经验值.即表 3-1
表 3-1 罐体长径比经验表
种类 一般搅拌罐
罐体物料类型 液—固或液—液相物料
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
n
V R ,i
i 1
V= ，
V0 CA,i1 CA,i
而 VR,i=
rA i
（3—6）
其中 VR,i —第 i 段釜反应体积, m3
C A,i1 ， C A,i —第 i 段反应釜进口及出口物料浓度，kmol/ｍ３
rA i —第 i 段反应釜内反应物反应速度，kmol/ｍ３．s
VR,i 的计算方法有解析法和图解法