实验三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

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 τ

A 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

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 1

21212T T T T R E k k -= （9）

式中：R 为理想气体常数。1

1314.8--??=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

（１）新鲜配制0.011-?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。

（２）新鲜配制0.0051-?l mol 的NaOH 和NaAc 水溶液，以供浓度标定曲线之用。（３）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．标定浓度曲线的实验步骤

（１）向反应器中加入纯水；启动搅拌器并将转速调至300~6001min -?r ；启动加热

和恒温装置，并设定所需反应温度值；待温度恒定后，将装有0.0051-?l mol NaOH 的

试液和铂黑电极的试管（电导池）插入反应器，启动数据采集软件（按Ｓ键），测定该温度

下，与溶液浓度相应的电压信号。待电压值稳定后，取曲线平直段的平均值，即为0U 值。

（２）用上述类同的方法，将装有0.0051-?l

mol NaAc 电导池插入反应器，测得与0.0051-?l mol NaAc 浓度相应的电压值f U 。

安装电导池时要注意，试管（电导池）内的电极离管底10mm ，液面高出电极10mm 。

试管液面低于反应器液面10mm 以下为宜。为了试管内溶液的温度迅速均匀恒定，先可略

为搅动一下。每次向电导池装试液时，都先要用电导水冲洗试管和电极三次，接着再用被

测液冲洗三次。

若要求在不同温度下进行实验，则可在设定温度下重复上述实验步骤。一般可在25℃

和35℃两种温度下进行实验。３．测定反应速度和反应速度常数的步骤（１）停止加热和搅拌后，将反应器内的纯水放尽。启动并调定计量泵，同时以等流率

向器内假如料液Ａ和Ｂ。待液面稳定后，启动搅拌器和加热器并控制转速和温度恒定。当

搅拌转速在6001min

-?r 时，总的体积流率在 2.7—161-?h l (相当于计量泵显示10—601min -?r )范围内，均可接近全混流。（２）当操作状态达到稳定之后，按数据采集指令键（Ｓ键），采集与浓度A C 相应的电

压信号U 。待屏幕上显示的曲线平直之后，按终止采集键（Ｑ键），取其平直段的平均值，

即为与釜内最终浓度A C 相应的U 值。（３）改变流量重复上述实验步骤，测得一组在一定反应温度下，不同流量时的U 值数

据。

（４）为了求取活化能，则需在另一温度下重复上述实验步骤。４．实验结束工作（１）先关闭加热和恒温系统，后关闭计量泵。（２）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。（３）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。５．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。

五、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

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

第三章釜式反应器

3 釜式反应器 3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： 325325+→+CH COOC H NaOH CH COONa C H OH 该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l ，反应速率常数等于5.6l/mol.min 。要求最终转化率达到95%。试问：（1）（1）当反应器的反应体积为1m 3时，需要多长的反应时间？（2）（2）若反应器的反应体积为2m 3，，所需的反应时间又是多少？解：（1）002220 00001()(1)110.95169.6min(2.83) 5.60.0210.95 ===?---= ?=?-??Af Af X X A A A A A A A A A A A dX dX X t C C R k C X kC X h (2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为2.83h 。 3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应： 223222+→++CH ClCH OH NaHCO CH OHCH OH NaCl CO 以生产乙二醇，产量为20㎏/h ，使用15%（重量）的NaHCO 3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.2l/mol.h ，要求转化率达到95%。（1）（1）若辅助时间为0.5h ，试计算反应器的有效体积；（2）（2）若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h 每小时需氯乙醇：0.326680.5 91.11/0.9530%?=?kg h 每小时需碳酸氢钠：0.326684 190.2/0.9515%?=?kg h 原料体积流量：091.11190.2275.8/1.02+==Q l h 氯乙醇初始浓度：00.32661000 1.231/0.95275.8?==?A C mol l 反应时间： 02000110.95 2.968(1) 5.2 1.23110.95===?=-?-??Af Af X X A A A A B A A dX dX t C h kC C kC X 反应体积：0(')275.8(2.9680.5)956.5=+=?+=r V Q t t l （2）（2）反应器的实际体积：956.512750.75= ==r V V l f 3.3丙酸钠与盐酸的反应： 2525+?+C H COONa HCl C H COOH NaCl 为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于50℃等温下进行该反应的实验。反应开始时两反应物的摩尔比为1，为了确定反应进行的程度，在不同的反应时间下取出10ml 反应液用0.515N 的NaOH 溶液滴定，以确定未反应盐酸浓度。不同反应时间下，NaOH 溶液用量如下表所示：

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。

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

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，这种化学反应与物理变化过程的综合称为宏观反应过程。研究宏观反应过程的动力学称为宏观反应动力学。排除了一切物理传递过程的影响得到的反应动力学称为化学动力学或本征动力学。（一）化学反应速率及反应动力学方程

化工原理习题及答案釜式反应器

3 釜式反应器 3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： 325325+→+CH COOC H NaOH CH COONa C H OH 该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l ，反应速率常数等于5.6l/mol.min 。要求最终转化率达到95%。试问：（1）（1）当反应器的反应体积为1m 3时，需要多长的反应时间？（2）（2）若反应器的反应体积为2m 3，，所需的反应时间又是多少？解：（1）00222000001()(1) 110.95 169.6min(2.83) 5.60.0210.95===?---= ?=?-??Af Af X X A A A A A A A A A A A dX dX X t C C R k C X kC X h (2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为2.83h 。 3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应： 223222+→++CH ClCH OH NaHCO CH OHCH OH NaCl CO 以生产乙二醇，产量为20㎏/h ，使用15%（重量）的NaHCO 3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于 5.2l/mol.h ，要求转化率达到95%。（1）（1）若辅助时间为0.5h ，试计算反应器的有效体积；（2）（2）若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h 每小时需氯乙醇：0.326680.5 91.11/0.9530%?=?kg h 每小时需碳酸氢钠：0.326684 190.2/0.9515%?=?kg h 原料体积流量：091.11190.2275.8/1.02+==Q l h 氯乙醇初始浓度：00.32661000 1.231/0.95275.8?==?A C mol l 反应时间：

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

(完整版)釜式反应器-教案

釜式反应器 Tank Reactor 釜式反应器的学习任务 1、了解釜式反应器的基本结构、特点及工业应用。 2、掌握各类釜式反应器的计算。 3、了解釜式反应器的热稳定性。 4、掌握釜式反应器的操作技能。项目一釜式反应器的结构釜式反应器又称: 槽型反应器或锅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。反应器内常设有搅拌（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。操作时温度、浓度容易控制，产品质量均一。在化工生产中，既可适用于间歇操作过程，又可用于连续操作过程；可单釜操作，也可多釜串联使用；但若应用在需要较高转化率的工艺要求时，有需要较大容积的缺点。通常在操作条件比较缓和的情况下，如常压、温度较低且低于物料沸点时，釜式反应器的应用最为普遍。一、釜式反应器基本结构釜式反应器的基本结构主要包括: 反应器壳体、搅拌装置、密封装置、换热装置、传动装置。壳体结构：一般为碳钢材料，筒体皆为圆筒型。釜式反应器壳体部分的结构包括筒体、底、盖（或称封头）、手孔或人孔、视镜、安全装置及各种工艺接管口等。封头；反应釜的顶盖，为了满足拆卸方便以及维护检修。平面形：适用于常压或压力不高时；碟形：应用较广。球形：适用于高压场合；椭圆形：应用较广。锥形：适用于反应后物料需要分层处理的场合。手孔、人孔：为了检查内部空间以及安装和拆卸设备内部构件。视镜: 观察设备内部物料的反应情况，也作液面指示用。工艺接管: 用于进、出物料及安装温度、压力的测定装置。

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

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

计算机控制釜式反应器返混性能测定实验说明书

计算机控制多釜串联返混性能测定实验（一）实验目的本实验通过单釜与三釜反应器中停留时间分布的测定，将数据计算结果用多釜串联模型来定量返混程度，从而认识限制返混的措施。 1.通过实验了解停留时间分布测定的基本原理和实验方法。 2.掌握停留时间分布的统计特征值的计算方法。 3.学会用理想反应器的串联模型来描述实验系统的流动特性（二）实验原理在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混合称为返棍。返混程度的大小，一般很难直接测定，通常是利用物料停留时间分布的测定来研究。然而测定不同状态的反应器内停留时间分布时，我们可以发现，相同的停留时间分布可以有不同的返混情况，即返混与停留时间分布不存在一一对应的关系，因此不能用停留时间分布的实验测定数据直接表示返混程度，而要借助于反应器数学模型来间接表达。物料在反应器内的停留时间完全是一个随机过程，须用概率分布方法来定量描述。所用的概率分布函数为停留时间分布密度函数f(t)和停留时间分布函数F(t)。停留时间分布密度函数f(t)的物理意义是：同时进入的N 个流体粒子中，停留时间介于t 到t+dt 间的流体粒子所占的分率dN/N 为f(t)dt 。停留时间分布函数F(t)的物理意义是：流过系统的物料中停留时间小于t 的物料的分率。停留时间分布的测定方法有脉冲法，阶跃法等，常用的是脉冲法。当系统达到稳定后，在系统的入口处瞬间注入一定量Q 的示踪物料，同时开始在出口流体中检测示踪物料的浓度变化。由停留时间分布密度函数的物理含义，可知 ()()/f t dt V c t dt Q =? ()0Q Vc t dt ∞ =? ()() () () ()0 Vc t c t f t Vc tdt c t dt ∞ ∞ = = ? ? 由此可见f(t)与示踪剂浓度c(t)成正比。因此，本实验中用水作为连续流动

釜式反应器的研究

一、实验目的 1、掌握停留时间分布的测定及其数据处理方法； 2、对反应器进行模拟计算及其结果的检验； 3、熟悉根据停留时间分布测定结果判定釜式反应器混合状况和改进反应器的方法； 4、了解单釜反应器、串联釜式反应器对化学反应的影响规律，学会釜式反应器的配置方法。二、实验内容 1、测定单釜反应器和串联反应釜的停留时间分布； 2、将停留时间测试数据的处理结果与全混反应器和平推流反应器相比较，分析单釜和串联反应器的返混情况； 3、根据停留时间测试数据的处理结果和蔗糖水解的化学反应速度方程式计算反应器出口浓度和反应转化率，与全混反应器单釜和三釜串联的计算结果加以比较； 4、在单釜和三釜串联的实验装置上进行蔗糖水解实验，测定出口反应产物的旋光度，将出口浓度和反应转化率与上述计算结果进行比较及分析讨论。三、实验原理在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混合称为返混。连续操作的理想反应器有2种，即平推流反应器和全混反应器。平推流反应器完全没有返混，而全混反应器则达到完全返混。二者分别描述了连续式反应器的两种极端情况，而实际反应器的返混状况介于二者之间。但实际的管式反应器的混合状况更接近于平推流反应器，实际的釜式反应器更接近于全混反应器。返混程度的大小，一般很难直接测定，通常是利用物料停留时间分布的测定来研究。然而测定不同状态的反应器内停留时间分布时，我们可以发现，相同的停留时间

分布可以有不同的返混情况，即返混与停留时间分布不存在一一对应的关系，因此不能用停留时间分布的实验测定数据直接表示返混程度，而要借助于反应器数学模型来间接表达。停留时间分布的表示方法有两种，一种称为分布函数F(t)，其物理意义是停留时间小于t 的粒子所占的分率；另—种称为时间分布密度因数E(t)，其物理意义是停留时间为t 的粒子的概率。两个函数的关系为： E(t)=dF(t)/dt ﹙1﹚ 蔗糖在酸催化下水解转化为果糖和葡萄糖的化学反应是一个典型的液相催化反应，其化学反应式如下： C 12H 22O 11(蔗糖)+H 2O —→C 6H 12O 6(果糖)+C 6H 12O 6(葡萄糖) 水解反应可视为一级反应，其速率方程为： A A kC dt dC =- ﹙2﹚ 积分上式得 kt C C A =0 ln ﹙3﹚ 式中C A 为t 时蔗糖的浓度；k 为反应速度常数。蔗糖及其水解产物都为旋光物质,其比旋光度分别是;蔗糖D 20][α为66.65°，葡萄糖 D 20][α为52.5°，果糖D 20][α为-91.9°。D 表示所用光波为钠黄光，其波长为589nm ；正值表示右旋（使偏振面顺时针偏转），负值表示左旋（偏振面逆时针偏转）。由于果糖的左旋性大于葡萄糖的右旋性，随着反应的进行，反应产物的浓度逐渐增大，溶液的右旋性逐渐减少，以至经过0°角后转变为左旋。所以可用溶液的旋光度变化来度量反应的程度。溶液的旋光度为溶液中各组分旋光度之和。溶液的浓度可分别表示为

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 ；

间歇操作釜式反应器测试

理论部分一、是非题 1、釜式反应器可用来进行均相反应，也可用于以液相为主的非均相反应。 2、釜式反应器的所有人孔、手孔、视镜和工艺接管口，除出料口外，一律都开在顶盖上。 3、对于低粘度液体，应选用大直径、低转速搅拌器，如锚式、框式和桨式。 4、釜式反应器的夹套高度一般应高于料液的高度，以保证充分传热。 5、含有固体颗粒的物料及粘稠的物料，不宜采用蛇管式换热器。 6、当反应在沸腾温度下进行且反应热效应很大时，可采用回流冷凝法进行换热。 7、计算反应釜理论传热面积时应以反应开始阶段的放热速率为依据。二、填空题 1、釜式反应器的基本结构主要包括、____ 、、。 2、搅拌的根本目的是______________________________________________ _________。

3、搅拌器的选型主要根据___________、 _____________及_________________的性能特征来进行。 4、轴封是指搅拌釜封头和间的密封。分为_________密封和密封。 5、采用有机载热体作为高温热源的突出优点是 _____________________________________。三、选择题 1、对于非均相液-液分散过程，应优先选择__ _搅拌器。 A 锚式 B 涡轮式 C 桨式 D 推进式 2、对低粘度均相液体混合，应优先选择__ __ 搅拌器。 A 螺带式 B 涡轮式 C 桨式 D 推进式 3、对于以传热为主的搅拌操作，可选用__ _ 搅拌器。 A 锚式 B 涡轮式 C 桨式 D 推进式 4、反应釜内壁有非金属衬里且物料易结垢时，应选用 __ __传热。 A 夹套 B列管式换热器 C 蛇管换热器 D 插入式传热构件 E 回流冷凝器 5、为维持200℃的反应温度，工业生产上常用__ _作载热体。

实验三 连续搅拌釜式反应器液相反应的动力学参数测定