釜式反应器的结构
4了解釜式反应器的特点及结构
认识压力容器
知识点1. 了解反应压力容器的作用及类型
第 2节
认识反应 压力容器
知识点2. 了解固定床反应器的特点及结构
知识点3. 了解流化床反应器的特点及结构
知识点4. 了解釜式反应器的特点及结构
知识点4.
结构
了解釜式反应器的特点及结构
特点
1）、釜体：是一个密闭容器， 为物料进行化学反应提供一定的 空间，通常由圆形筒体和上下封 头组成。 2）、传热装置：反应釜内的化 学反应通常伴有反应热，因此需
反应釜是一种典型的反应源自压力容器。它在一定的压力和温度下，将一定容积 的多种物料搅拌混合，反 应所发出或所需的热量由 换热装置带走或输入，该 设备促进化学反应的进行。
要设置传热装置来输入或带走反
应热，通常在釜体内设置蛇管或 在釜体外设置夹套。
1-搅拌器
2-罐体 3-夹套 4-搅拌轴 5-压出管 6-支座 7-人孔 8-轴封 9-传动装置
搅拌反应釜结构图
反应釜的安全知识（二篇）
反应釜的安全知识反应釜普遍应用于石泊化工、橡胶、农药、燃料、医药等工业，用来完成化工工艺过程的反应。
反应釜内进行化学反应的种类很多，操作条件差异很大，物料的聚集状态也各不一样。
反应釜具有如下的特点：操作灵活方便。
可以按工艺要求进行间歇式、半间歇式及连续操作；温度易于控制。
根据生产需要，可以控制生产的时间，易于控制反应速率。
由于工艺条件，介质不同，反应釜的材料选择及结构也不一样，但基本组成是相同的，它包括釜体、工艺接管、传动装置等。
这里主要介绍机械釜式反应器的结构。
机械搅拌式反应器适用于各种物性和各种操作条件的反应过程，在工业生产工应用非常广泛。
搅拌反应器由搅拌器和搅拌机两大部分组成。
搅拌容器包括筒体、换热元件及内构件。
一、搅拌容器搅拌容器的作用是为物料反应提供合适的空间。
搅拌容器的筒体基本上是圆筒，封头常采用椭圆形封头、锥形封头和平盖，其中椭圆形封头应用最广。
根据工艺需要，容器上装有各种接管，以满足进料、出料、排气等要求。
设置外加套或内盘管，以便于加热物料或取走反应热。
上封头焊有凸缘法兰，用于搅拌容器与机架的连接。
容器上还设置有温度、压力传感器，测量反应物的温度、压力、成分及其他参数。
支座选用时应考虑容器的大小和安装位置，小型的反应器一般用悬挂式支座，大型的用裙式支座或支承式支座。
二、反应釜的传热元件反应釜的传热元件可以维持反应的最佳温度，反应釜设置夹套的换热面积能满足传热要求时，优先采用夹套，这样可减少容器内构件，便于清洗，不占用有效容积。
常用的换热元件有夹套和内盘管。
三、反应釜的夹套结构反应釜的夹套是在容器的外侧，用焊接或法兰连接的方式装设各种形状的钢结构，使其与容器外壁形成密闭的空间。
在此空间内通人加热或冷却介质，可加热或冷却容器内的物料。
反应釜夹套的主要结构型式有：整体夹套、型钢夹套、半圆管夹套和蜂窝夹套等。
二、反应釜的检查维护要点一、反应釜的检查维护要点如下：1、反应釜在运行中，严格执行操作规程，禁止超温、超压。
釜式反应器的结构组成
釜式反应器的结构组成釜式反应器主要由釜体、传热装置、搅拌装置、传动装置、轴封装置及各种工艺接管组成。
1、釜体釜体提供反应所需空间。
由壳体和上、下封头组成，其高与直径之比一般在1-3之间。
在加压操作时，上、下封头多为半球形或椭球形；而在常压操作时，上、下封头可做成平盖。
为了放料方便，下底也可做成锥型。
2、传热装置传热装置，作用是满足反应所需温度，其种类多种多样。
（一）夹套传热夹套是指在容器壁外面加上的一个外套。
可通过加入热介质如蒸气、热水或热油等来加热容器内(或管道内)物料，也可通入冷却介质如冷却水或其他冷却流体来冷却容器内(或管道内)的物料。
（二）蛇管传热适用于传热面积大，单靠夹套传热面积不能满足要求的反应釜，或者反应器内衬有橡胶的反应釜。
（三）列管传热对于大型反应釜，需高速传热时，可在釜内安装列管换热器。
其具有换热面积大，传热效果好，结构简单，操作弹性大的优点。
（四）外部循环式传热当夹套和蛇管传热面积不能满足工艺要求，或者无法在反应器内安装蛇管、夹套，而传热面积不能满足工艺要求时，可以通过泵将反应器内的料液抽出，经外部换热器换热后再循环回反应器中。
（五）回流冷凝式传热将反应器内产生的蒸汽通过外部冷凝器加以冷凝，冷凝液返回反应器中。
3、搅拌装置包括搅拌器、搅拌轴等。
搅拌器：推动静止的液料运动，维持搅拌过程所需的流体流动状态，以达到搅拌的目的。
搅拌器的种类有很多，下图为常见的搅拌器样式。
搅拌装置的选型1、按物料粘度选型（1）对于低粘度液体，应选用小直径、高转速搅拌器，如推进式、涡轮式；（2）对于高粘度液体，就选用大直径、低转速搅拌器，如锚式、框式和桨式。
2、按搅拌目的选型（1）对低粘度均相液体混合，主要考虑循环流量，各种搅拌器的循环流量按从大到小顺序排列：推进式、涡轮式、桨式。
（2）对于非均相液-液分散过程，首先考虑剪切作用，同时要求有较大的循环流量，各种搅拌器的剪切作用按从大到小的顺序排列：涡轮式、推进式、桨式。
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
化学反应工程第2讲 釜式反应器资料
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• 搅拌器是实现搅拌操作的主要部件，其主 要的组成部分是叶轮，它随旋转轴运动将 机械能施加给液体，并促使液体运动。
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1、式搅拌器主要用于流体的循环， 不能用于气液分散操作。 2、折叶式比平直叶式功耗少，操 作费用低，故折叶桨使用较多。
桨式搅拌器常用参数（表8-5）
推进式搅拌器
推进式搅拌器常用参数（表8-6）
推进式搅拌器的特点
轴向流搅拌器
循环量大，搅拌功率小
常用于低粘流体的搅拌 结构简单、制造方便
搅拌器的常见种类及其应用
• 5、锚式搅拌器 • 锚式搅拌器顾名思义，叶片形状与船 舶的锚极为相似。锚式搅拌器的叶片尺寸 与搅拌槽尺寸相近，两者在组合后只留有 极小的间隙，这样锚式搅拌器的叶片在旋 转时能清除搅拌槽内壁上的反应物，维持 搅拌器的搅拌效果。 • 锚式搅拌器可用于搅拌粘度较高的物料。
6、螺带式搅拌器 • 螺带式搅拌器的叶片为螺带状，螺带的数 量为两到三根，被安装在搅拌器中央的螺 杆上，螺带式搅拌器的螺距决定了螺带的 外径。螺带式搅拌器通常是在层流状态下 操作。 • 适用于粘稠度高的液体和拟塑性的流体混 合。
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• 由于材料Q235A不耐酸性介质腐蚀，常用 的还有不锈钢材料制的反应釜，可以耐一 般酸性介质。经过镜面抛光的不锈钢制反 应釜还特别适用于高粘度体系聚合反应。 • 铸铁反应釜在氯化、磺化、硝化、缩合、 硫酸增浓等反应过程中使用较多。
2.1釜式反应器的结构与特点
1.
2.
3.
4.
5.
6.
釜式反应器
化工
①夹套式
夹套是套在反应器筒体外面能形成密封空间的容器， 既简单又方便。当反应釜容积不大、需传热面积较小、 载热体压力不高时宜使用。
釜式反应器
釜式反应器
化工
⑤ 回流冷凝式
当物料在沸腾的状态下进行反应，可利用部分物料 气化撤热，气化后的物料经釜外冷凝器冷凝后回流入釜。
釜式反应器
化工
⑥直接火热式
当反应温度高达873K以上时，应采用直接火 热式或者电感加热式换热器。
总结：你学到了什么？
化工
釜式反应器基础知识 釜式反应器的特点 釜式反应器的安保和维护 釜式反应器的操作方法
化工
2.1 釜式反应器的 结构与特点
釜式反应器
化工
1、带有搅拌装置且高径比不大的反应设备。
2、特点 ➢有液相参与的反应 ➢适用于常压、低压操作，适 应性强，易于清理 ➢体积偏大，生产能力低，不 适合转化率高的反应
釜式反应器
化工
3.釜式反应器由哪些部分构成？
壳体
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ换热装置
反
应
搅拌装置
釜
传动装置
轴封装置
壳体和搅拌器可选用碳钢材料，为了防腐效果，可有内衬。
釜式反应器
化工
（1）壳体
主要包括筒体、底、盖、手孔或人孔、视镜及各种工 艺接管口。常用的形状如下：
釜式反应器
化工
（2）搅拌器
其作用是强化反应物料的均匀混合，从而强化传质、 传热，常见的搅拌器形式有：
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
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螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器 螺带式搅拌器，常用扁钢按螺旋形绕成，直径较大，常做成几 条紧贴釜内壁，与釜壁的间隙很小，所以搅拌时能不断地将粘 于釜壁的沉积物刮下来。螺带的高度通常取罐底至液面的高度。 螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器的转速都较低，通常不超过 50r/min，产生以上下循环流为主的流动，主要用于高粘度液 体的搅拌。
桨式搅拌器 由桨叶、键、轴环、竖轴所组成。桨叶一般用扁钢或不锈钢或有色金属 制造。桨式搅拌器的转速较低，一般为20～80r／min。桨式搅拌器直径取 反应釜内径Di/3～2/3，桨叶不宜过长，当反应釜直径很大时采用两个或多 个桨叶。 桨式搅拌器适用于 流动性大、粘度小的 液体物料，也适用于 纤维状和结晶状的溶 解液，物料层很深时
打漩现象
常用搅拌器的型式、结构和特点
在化学工业中常用的搅拌装置是机械搅拌装置，典型的机械搅 拌装置包括 1、搅拌器：包括旋转的轴和装在轴上的叶轮； 2、辅助部件和附件：包括密封装置、减速箱、搅拌电机、支架、 挡板和导流筒等。 搅拌器是实现搅拌操作的主要部件，其主要的组成部分是叶轮， 它随旋转轴运动将机械能施加给液体，并促使液体运动。
釜式反应器的结构 釜式反应器的搅拌器
釜式反应器的搅拌器
搅拌目的
使物料混和均匀,强化传热和传质。
包括均相液体混合；液-液分散；气-液分散；固-液分散；结晶；固 体溶解；强化传热等 搅拌液体的流动模型
液体在设备范围内作循环流动的途径称作液体的“流动模型”，简 称“流型”。
(a)轴向流 (b)径向流 (c)切线流
搅拌器的选型
主要根据物料性质、搅拌目的及各种搅拌器的性能特征来进行。
按物料粘度选型 对于低粘度液体，应选用小直径、高转速搅拌器，如推进式、涡轮式； 对于高粘度液体，就选用大直径、低转速搅拌器，如锚式、框式和桨式。 按搅拌目的选型 （1）对低粘度均相液体混合，主要考虑循环流量，各种搅拌器的循环流量按 从大到小顺序排列：推进式、涡轮式、桨式。 （2）对于非均相液-液分散过程，首先考虑剪切作用，同时要求有较大的循 环流量，各种搅拌器的剪切作用按从大到小的顺序排列：涡轮式、推进式、 桨式。
框式和锚式搅拌器 框式搅拌器可视为桨式搅拌器的变形，其结构比较坚固，搅动物料量大。 如果这类搅拌器底部形状和反应釜下封头形状相似时，通常称为锚式搅拌器。 框式搅拌器直径较大，一般取反应器内径的2/3～9/10，50～70r／min。 框式搅拌器与釜壁间隙较小，有利于传热过程的进行，快速旋转时，搅拌器 叶片所带动的液体把静止层从反应釜壁上带下来；慢速旋转时，有刮板的搅 拌器能产生良好的热传导。这类搅拌器常用于传热、晶析操作和高粘度液体、 高浓度淤浆和沉降性淤浆的搅拌。
搅拌附件
搅拌附件通常指在搅拌罐内为了改善流动状态而增设的零件，如挡 板、导流筒等。 1、挡板：目的是为了消除切线流和“打漩”。一般为2-4块，且对于 低速搅拌高粘度液体的锚式和框式搅拌器安装挡板无意义。
2导流筒安置方位不同。
可在轴上装置数排桨
叶。
涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器分为圆盘涡轮搅拌器和开启涡轮搅拌器；按照叶轮又 可分为平直叶和弯曲叶。涡轮搅拌器速度较大，300～600r／min。 涡轮搅拌器的主要优点是当能量消耗不大时，搅拌效率较高，搅拌 产生很强的径向流。因此它适用于乳浊液、悬浮液等。 推进式搅拌器 推进式搅拌器，搅拌时能使物料在反应釜内循环流动，所起作用 以容积循环为主，剪切作用较小，上下翻腾效果良好。当需要有更 大的流速时，反应釜内设有导流筒。 推进式搅拌器直径约取反应釜内径Di的1/4～1/3，300～600r／ min，搅拌器的材料常用铸铁和铸钢。
思考与讨论
对于如下情况，如何选择搅拌器？
气-液分散过程
固体悬浮操作 固体溶解过程 结晶过程 以传热为主的搅拌操作