教学设计/实验实训项目实施方案
注：授课形式可以是讲授、讲练结合、情景教学、现场教学、实验、实训等。
反应釜设计程序 (1)确定反应釜操作方式根据工艺流程的特点，确定反应釜是连续操作还是间歇操作。 (2)汇总设计基础数据工艺计算依据如生产能力、反应时间、温度、装料系数、物料膨胀比、投料比、转化率、投料变化情况以及物料和反应产物的物性数据、化学性质等。 (3)计算反应釜体积 (4)确定反应釜设计（选用）体积和台数。 如系非标准设备的反应釜，则还要决定长径比以后再校算，但可以初步确定为一个尺寸，即将直径确定为一个国家规定的容器系列尺寸。 (5)反应釜直径和筒体高度、封头确定。 (6)传热面积计算和校核。 (7)搅拌器设计。 (8)管口和开孔设计。 (9)画出反应器设计草图（条件图），或选型型号。 3.设计要求（1）进行罐体和夹套设计计算；（2）选择接管、管法兰、设备法兰；（3）进行搅拌传动系统设计；（4）设计机架结构；（5）设计凸缘及选择轴封形式；（6）绘制配料夹套反应釜的总装配图；（7）从总装图中测绘一张零件图或一张部件图。1罐体和夹套的设计1.1 确定筒体内径表4-2 几种搅拌釜的长径比i值搅拌釜种类设备内物料类型长径比i值一般搅拌釜液-固相或液-液相物料i＝1～1.3气-液相物料i＝1～2发酵罐类I＝1.7～2.5 当反应釜容积V小时，为使筒体内径不致太小，以便在顶盖上布置接管和传动装置，通常i取小值，此次设计取i＝1.1。一般由工艺条件给定容积V、筒体内径按式4-1估算：得D=1366mm.式中V－－工艺条件给定的容积，；i——长径比，（按照物料类型选取，见表4-2）由附表4-1可以圆整＝1400，一米高的容积＝1.539 1.2确定封头尺寸椭圆封头选取标准件，其形式选取《化工设备机械基础课程设计指导书》图4-3，它的内径与筒体内径相同，釜体椭圆封头的容积由附表4-2 ＝0.4362 ，（直边高度取50mm）。1.3确定筒体高度反应釜容积V按照下封头和筒体两部分之容积之和计算。筒体高度由计算H1==（2.2-0.4362）/1.539=1.146m，圆整高度＝1100mm。按圆整后的修正实际容积由式V=V1m×H1+V封=1.539×1.100+0.4362=2.129 式中；——一米高的容积/m ——圆整后的高度，m。1.4夹套几何尺寸计算夹套的结构尺寸要根据安装和工艺两方面的要求。夹套的内径可根据内径由500~600700~18002000~3000 +50 +100 +200选工艺装料系数=0.6~0.85选取，设计选取＝0.80。1. 4.1夹套高度的计算H2=（ηV-V封）/V1m=0.755m1.4.2.夹套筒体高度圆整为＝800mm。1.4.3罐体的封头的表面积由《化工设备机械基础》附表4-2查的F封=2.345。1.4.4一米高的筒体内表面由《化工设备机械基础》附表4-1查的。F1m=4.401.4.5实际的传热面积F== 5.6665>3，由《化工设备机械基础》式4-5校核5.6665〉3所以传热面积合适。2夹套反应釜的强度计算强度计算的参数的选取及计算均符合GB150-1998《钢制压力容器》的规程。此次设计的工作状态已知时，圆筒为外压筒体并带有夹套，由筒体的公称直径mm，被夹套包围的部分分别按照内压和外压圆筒计算，并取其中较大者。...[ 过程装备夹套反应釜化工机械化工课程设计] 反应釜设计 摘要
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 次序内容计划时间（min）
教学程序设计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
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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
反应釜的基本结构与原理 （一）高压反应釜由反应容器、搅拌器及传动系统、冷却装置、安全装置、加热炉等组成。 1、釜体、釜盖采用1Cr18Ni9Ti不锈钢加工制成，釜体通过螺纹与法兰联接，釜盖为正体平板盖，两者由轴向均布的主螺栓、螺母紧固联接。 2、高压釜主密封口采用A型的双线密封，其余密封点均采用圆弧面与平面、圆弧面与圆弧面的线接触的密封形式，依靠接触面的高精度和光洁度，达到良好的密封效果。 3、釜体外装有桶型碳化硅炉芯，电炉丝穿于炉芯中，其端头由炉壳侧下部穿出，通过接线螺柱，橡套电缆与控制器相连。 4、釜盖上装有压力表，爆破膜安全装置，汽液相阀，温度传感器等，便于随时了解釜内的反应情况，调节釜内的介质比例，并确保安全运行。 5、联轴器主要由具有很强磁力的一对内、外磁环组成，中间有承压的隔套。搅拌器由伺服电机通过联轴器驱动。控制伺服电机的转速，便可达到控制搅拌转速的目的。 6、隔套上部装有测速线圈，连成一体的搅拌器与内磁环旋转时，测速线圈便产生感应电动势，该电势与搅拌转速相应，该电势传递到转速表上，便可显示出搅拌转速。 7、磁联轴器与釜盖间装有冷却水套，当操作温度较高时应通冷却
水，以及磁钢温度太高而退磁。 8、轴承采用1Cr18Ni9Ti不锈钢轴承或高强电化石墨，耐摩损，且维修周期长 （二）控制器 1、外壳采用标准铝合金机箱，上盖可以向后抽出，便于维护和检修。面板装有温度数显表、电压表、转速表以及控制开关和调节旋钮等，供操作者操作使用。 2、电气原理：搅拌控制电路的电子元件均组装在一块线路板上，采用双闭环控制系统，具有调速精度高、转速稳定、抗干扰能力强等特点，并且具备限制超速、过流等完善的保护功能，调节“调速”旋钮即可改变直流电机的直流电压，从而改变电机的转速，达到控制搅拌速度的目的。 3、加热电路中采用固态继电器（俗称调压块）调压，使加热电路趋于简单化，只要调节“调压”旋钮即可调节加热功率，同时，加热电路的控制部分配备智能化数显表，使之加热温度根据工艺的要求随意调速，并且控制温度精度极高（详见温度表使用说明书） 4、所有外接引线均从后面板通过防水接头由控制器内的接线端子引出。 二、安装和使用 1、高压釜应放置在室内。在装备多台高压釜时，应分开放置。每
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。
反应釜的相关知识 反应釜的相关知识反应釜常用于石油化工、橡胶、农药、染料、医药等行业，用以完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程，以及有机染料和中间体的许多其它工艺过程的反应设备。低压反应釜，一般是指1.6MPa以下的反应釜。由于工艺条件和介质的不同，反应釜的材料选择及结构也不尽相同，但基本组成是相同的，它包括传动装置、传热和搅拌装置、釜体（上盖、筒体、釜底）、工艺接管等。设备的外观尺寸，一般取反应釜有效高度Hgz/反应釜内径Di=1.0~1.2，如果Hgz/Di＞1.5，则需增设桨叶数。桨叶直径di通常取1/3/Di，上、下桨叶的间距应略大于桨径。在设备的结构上设置必要的传热和搅拌装置是为了强化反应过程。反应釜体普遍采用钢制（或衬里）、铸铁或搪玻璃。 反应釜所用的材料、搅拌装置、加热方法、轴封结构、容积大小、温度、压力等各有异同、种类很多，它们的基本特点分述如下：一、结构反应釜结构基本相同，除有反应釜体外，还有传动装置、搅拌和加热（或冷却）装置等，可改善传热条件，使反应温度控制得比较均匀，并不强化传质过程。 二、操作压力 反应釜操作压力较高。釜内的压力是化学反应产生或由温度升高而形成，压力波动较大，有时操作不稳定，突然的压力升高可能超过正常压力的几倍，因此，大部分反应釜属于受压容器。 三、操作温度 反应釜操作温度较高，通常化学反应需要在一定的温度条件下才能进行，所以反应釜既承受压力又承受温度。获得高温的方法通常有以下几种： 1、水加温 要求温度不高时可采用，其加热系统有敞开式和密闭式两种。敞开式较简单，它由循环泵、水槽、管道及控制阀门的调节器所组成，当采用高压水时，设备机械强度要求高，反应釜外表面焊上蛇管，蛇管与釜壁有间隙，使热阻增加，传热效果降低。 2、蒸汽加热 加热温度在100℃以下时，可用一个大气压以下的蒸汽来加热；100~180℃范围内，用饱和蒸汽；当温度更高时，可采用高压过热蒸汽。 3、用其它介质加热 若工艺要求必须在高温下操作或欲避免采用高压的加热系统时，可用其它介质来代替水和蒸汽，如矿物油（275～300℃）、联苯醚混合剂（沸点258℃）、熔盐（140～540℃）、液态铅（熔点327℃）等。 4、电加热 将电阻丝缠绕在反应釜筒体的绝缘层上，或安装在离反应釜若干距离的特设绝缘体上，因此，在电阻丝与反应釜体之间形成了不大的空间间隙。 前三种方法获得高温均需在釜体上增设夹套，由于温度变化的幅度大，使釜的夹套及壳体承受温度变化而产生温差压力。采用电加热时，设备较轻便简单，温度较易调节，而且不用泵、炉子、烟囱等设施，开动也非常简单，危险性不高，成本费用较低，但操作费用较其它加热方法高，热效率在85%以下，因此适用于加热温度在400℃以下和电能价格较低的地方。 四、搅拌结构 在反应釜中通常要进行化学反应，为保证反应能均匀而较快的进行，提高效率，通常在反应釜中装有相应的搅拌装置，于是便带来传动轴的动密封及防止泄漏的问题。 五、反应釜的工作
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
1前言 1.1课题介绍 搅拌设备使用历史悠久，广泛应用于化工、医药、食品、采矿、造纸、涂料、冶金、废水处理等行业中。搅拌器除用作化学反应器和生物反应器外，搅拌反应器还大量用于混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收或解吸、传热等操作。在化工容器制造过程中，一台压力容器从设计到投入运行，要经过设计、制造、检验、安装、运行监督和维修等多个环节，设计是其中一个十分重要的环节。设计的正确、合理与否，不仅涉及到制造、检验等环节的难易程度，影响到压力容器的制造成本和运转费用，而且直接关系到产品运行的可靠性。 1.2课题研究背景及发展趋势 压力容器从产生到现在，大约可以分为三个阶段： 第一阶段,主要表现在20世纪初，随着石油化学工业的发展，所以一些应用于化工生产的中、低压力容器的设计与试验应用，主要是薄壁容器的碳钢容器及部分不锈钢容器的应用。 第二阶段，21世纪50年代以后，随着世界经济的飞速发展，压力容器有广泛的应用于工业、农业、军工及民用等许多部门，这时的压力容器不能单独地构成一台设备，它内部必须装入为完成某一化工单元操作所需的内件，诸如合成塔、分离器、热交换器及特殊工艺的高压容器。 第三阶段，21世纪的中国等发展中国家，制造也的发展是社会发展、经济提高的基础。但随着世界性的能源危机，许多国家正在大力的开发能源，一方面加紧开发煤气和天然气，另一方面积极发展核能发电，这些能源装置需要大量的高压容器和超高压容器。预计在不久的将来，高压容器的设计理论与制造技术将会成为我们所要掌握的关键部分。 1.3机械搅拌设备的组成 机械搅拌设备由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。 搅拌容器包括釜体、封头、内构件以及各种用途的开孔接管等，在运行过程
反应釜基本知识 反应釜常用于石油化工、橡胶、农药、染料、医药等行业，用以完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程，以及有机染料和中间体的许多其它工艺过程的反应设备。低压反应釜，一般是指1.6MPa以下的反应釜。由于工艺条件和介质的不同，反应釜的材料选择及结构也不尽相同，但基本组成是相同的，它包括传动装置、传热和搅拌装置、釜体（上盖、筒体、釜底）、工艺接管等。设备的外观尺寸，一般取反应釜有效高度Hgz/反应釜内径Di=1.0~1.2，如果Hgz/Di＞1.5，则需增设桨叶数。桨叶直径di通常取1/3/Di，上、下桨叶的间距应略大于桨径。在设备的结构上设置必要的传热和搅拌装置是为了强化反应过程。反应釜体普遍采用钢制（或衬里）、铸铁或搪玻璃。 反应釜所用的材料、搅拌装置、加热方法、轴封结构、容积大小、温度、压力等各有异同、种类很多，它们的基本特点分述如下： 一、结构 反应釜结构基本相同，除有反应釜体外，还有传动装置、搅拌和加热（或冷却）装置等，可改善传热条件，使反应温度控制得比较均匀，并不强化传质过程。 二、操作压力 反应釜操作压力较高。釜内的压力是化学反应产生或由温度升高而形成，压力波动较大，有时操作不稳定，突然的压力升高可能超过正常压力的几倍，因此，大部分反应釜属于受压容器。 三、操作温度 反应釜操作温度较高，通常化学反应需要在一定的温度条件下才能进行，所以反应釜既承受压力又承受温度。获得高温的方法通常有以下几种： 1、水加温 要求温度不高时可采用，其加热系统有敞开式和密闭式两种。敞开式较简单，它由循环泵、水槽、管道及控制阀门的调节器所组成，当采用高压水时，设备机械强度要求高，反应釜外表面焊上蛇管，蛇管与釜壁有间隙，使热阻增加，传热效果降低。 2、蒸汽加热 加热温度在100℃以下时，可用一个大气压以下的蒸汽来加热；100~180℃范围内，用饱和蒸汽；当温度更高时，可采用高压过热蒸汽。 3、用其它介质加热 若工艺要求必须在高温下操作或欲避免采用高压的加热系统时，可用其它介质来代替水和
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。
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。
连续式反应釜结构和原理 本文由岩征仪器整理 连续搅拌反应釜的基本结构如图： 反应釜由搅拌容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。搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。筒体为通常为一圆柱形壳体，可以在罐内装入物料，他提供反应所需的空间，使物料在其内部进行化学反应；传热装置的作用是满足反应所需温度条件；搅拌装置包括搅拌器、搅拌轴等，是实现搅拌的工作部件；传动装置包括电动机、减速器、联轴器及机架等附件，它提供搅拌的动力；轴封装置是保证工作时形成密封条件，阻止介质向外泄漏的部件。 连续搅拌反应釜的基本原理： 在内层放入反应溶媒可做搅拌反应，夹层可通上不同的冷热源（冷冻液，热水或热油）做循环加热或冷却反应。 通过反应釜夹层，注入恒温的（高温或低温）热溶媒体或冷却媒体，对反应釜内的物料进行恒温加热或制冷。同时可根据使用要求在常压或负压条件下进行搅拌反应。 物料在反应釜内进行反应，并能控制反应溶液的蒸发与回流，反应完毕，物料可从釜底的出料口放出，操作极为方便。 连续式反应釜的控制难点 连续搅拌反应釜温度控制的难点主要反应在：
(1)复杂性、时滞性和非线性ls；a)化学反应的生产过程伴随着物理化学反应、生化反应、相变过程及物质和能量的转换和传递，因而是一个十分复杂的工业生产过程；b)所用反应釜容量大、釜壁厚，因此是一个热容量大、纯滞后时间长的被控对象；c)随着反应的进行，各传热媒体的传热系数成非线性变化，并且对各种外界环境的变化比较敏感；加上反应过程增益变化也会很大，甚至增益变化方向都是不一样的；而且，随着反应的进行，釜内固体颗粒增多，釜的传热系数也会随着发生不规则变化。 (2)难控性a)反应过程中，由于化学反应放热过程的复杂性和非线性，各传热媒体的传热系数成非线性变化，并对各种外部干扰的影响较敏感，使得控制有一定的难度；b)反应过程中如果热量移去不及时、不均匀，会使反应温度一直往上升，极易因局部过热而造成“飞温”现象，产生“爆聚”；反之，如果热量移去过多，会造成反应温度一直往下跌，造成反应熄灭。而聚合反应好坏的主要因素就是反应釜温度控制的好坏，温度的变化将直接影响产品的质量和产量，所以此过程的温度控制是重点也是难点；c)反应工艺以及反应设备的约束及外界环境对反应影响的不确定性因素也使得控制的难度增加。 (3)建模难反应过程化学反应机理较为复杂，尤其是聚合反应过程涉及物料、能量的平衡，反应动力学等，加上外界条件如原料纯度、催化剂类型、原料添加数量的变化、热水温度、循环冷却液流量的变化等对系统的影响较大，推导机理模型较为困难；又由于化
反应器结构及工作原理图解 小7：这里给大家介绍一下常用的反应器设备，主要有以下类型：①管式反应器。由长径比较大的空管或填充管构成，可用于实现气相反应和液相反应。②釜式反应器。由长径比较小的圆筒形容器构成，常装有机械搅拌或气流搅拌装置，可用于液相单相反应过程和液液相、气液相、气液固相等多相反应过程。用于气液相反应过程的称为鼓泡搅拌釜（见鼓泡反应器）；用于气液固相反应过程的称为搅拌釜式浆态反应器。③有固体颗粒床层的反应器。气体或(和)液体通过固定的或运动的固体颗粒床层以实现多相反应过程，包括固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、涓流床反应器等。④塔式反应器。用于实现气液相或液液相反应过程的塔式设备，包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等（见彩图）。 一、管式反应器 一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200（液体），物料的流动可近似地视为平推流。
分类： 1、水平管式反应器 由无缝钢管与U形管连接而成。这种结构易于加工制造和检修。高压反应管道的连接采用标准槽对焊钢法兰，可承受1600-10000kPa压力。如用透镜面钢法兰，承受压力可达10000-20000kPa。
2、立管式反应器 立管式反应器被应用于液相氨化反应、液相加氢反应、液相氧化反应等工艺中。
3、盘管式反应器 将管式反应器做成盘管的形式，设备紧凑，节省空间。但检修和清刷管道比较困难。
反应釜介绍及说明书 反应釜特性 反应釜的广义理解即有物理或化学反应的不锈钢容器，通过对容器的结构设计与参数配置，实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混配功能。随之反应过程中的压力要求对容器的设计要求也不尽相同。生产必须严格按照相应的标准加工、检测并试运行。不锈钢反应釜根据不同的生产工艺、操作条件等不尽相同，反应釜的设计结构及参数不同，即反应釜的结构样式不同，属于非标的容器设备。 不锈钢反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等生产型用户和各种科研实验项目的研究，用来完成水解、中和、结晶、蒸馏、蒸发、储存、氢化、烃化、聚合、缩合、加热混配、恒温反应等工艺过程的容器。 反应釜是综合反应容器，根据反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。从开始的进料-反应-出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的反应步骤，对反应过程中的温度、压力、力学控制（搅拌、鼓风等）、反应物/产物浓度等重要参数进行严格的调控。 反应釜材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔）合金及其它复合材料。反应釜可采用SUS304、SUS316L等不锈钢材料制造。搅拌器有锚式、框式、桨式、涡轮式，刮板式，组合式，转动机构可采用摆线针轮减速机、无级变速减速机或变频调速等，可满足各种物料的特殊反应要求。密封装置可采用机械密封、填料密封等密封结构。加热、冷却可采用夹套、半管、盘管、米勒板等结构，加
热方式有蒸汽、电加热、导热油，以满足耐酸、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等不同工作环境的工艺需要。可根据用户工艺要求进行设计、制造。 反应釜结构 反应釜由釜体、釜盖、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承等组成。搅拌形式一般有锚式、桨式、涡轮式、推进式或框式等，搅拌装置在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶，也可根据用户的要求任意选配。并在釜壁外设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。加热方式有电加热、热水加热、导热油循环加热、远红外加热、外(内)盘管加热等，冷却方式为夹套冷却和釜内盘管冷却，搅拌桨叶的形式等。支承座有支承式或耳式支座等。转速超过160转以上宜使用齿轮减速机.开孔数量、规格或其它要求可根据用户要求设计、制作。 1.通常在常压或低压条件下采用填料密封，一般使用压力小于2公斤。 2.在一般中等压力或抽真空情况会采用机械密封，一般压力为负压或40公斤。 3.在高压或介质挥发性高得情况下会采用磁力密封，一般压力超过14公斤以上。除了磁力密封均采用水降温外，其他密封形式在超过120度以上会增加冷去水套。 反应釜的分类及选用 1、产品名称：搪玻璃反应釜
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
河南工业大学 开放实验室实验项目设计报告连续搅拌釜式反应器（CTRS）控制系统设计 学校：河南工业大学 学院：机电工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 姓名：冷会昌 学号：20074050602
目录 1 前言 (2) 2 工艺过程简介 (2) 2、1 过程变量说明 (3) 2、2 操作变量说明 (3) 3 反应过程特性 (3) 4 实验内容 (5) 5 反应过程开车及正常运行 (6) 6 开车步骤顺序控制 (7) 7 思考题 (8) 8 心得体会 (9)
连续搅拌釜式反应器（CTRS）控制系统设计 1、前言 本连续反应过程是工业常见的典型的带搅拌的釜式反应器（CSTR）系统，同时又是高分子聚合反应。本实验是当前全实物实验根本无法进行的复杂、高危险性实验，又是非常重要的基础反应动力学实验和反应系统控制实验内容。此外，全实物实验还面临物料消耗、能量消耗、反应产物的处理、废气废液的处理和环境污染问题，以上各项问题比间歇反应更严重，因为连续反应的处理量大大超过间歇过程。现有的连续反应实验系统实际上都是水位及流量系统，根本没有反应现象。在本连续反应实验系统上除了进行常规控制系统实验外，还可以进行模糊控制、优化控制、深层知识专家系统（例如SDG法）故障诊断等高级控制实验。 2、工艺过程简介 连续反应实验系统以液态丙烯为单体、以液态已烷为溶剂，在催化剂与活化剂的作用下，在反应温度70 1.0℃下进行悬浮聚合反应，得到聚丙烯产品。 在工业生产中为了提高产量，常用两釜或多釜串联流程。由于在每一个反应釜中的动态过程内容相似，为了提高实验效率、节省实验时间，特将多釜反应器简化为单反应器连续操作系统。 丙烯聚合反应是在己烷溶剂中进行的，采用了高效、高定向性催化剂。己烷溶剂是反应生成物聚丙烯的载体，不参与反应，反应生成的聚丙烯不溶于单体丙烯和溶剂，反应器内的物料为淤浆状，故称此反应为溶剂淤浆法聚合。 见图1-1所示，连续反应实验系统包括：带搅拌器的釜式反应器。反应器为标准盆头釜，为了缩短实验时间，必须减小时间常数，亦即缩小反应器容积，缩小后的反应器尺寸为：直径1000 mm，釜底到上端盖法兰高度1376 mm，反应器总容积1.037 m3 ，反应釜液位量程选定为0-1300 mm （0-100%）。反应器耐压约2.5MPa，为了安全，要求反应器在系统开、停车全过程中压力不超过1.5 MPa。反应器压力报警上限组态值为1.2 MPa。 丙烯聚合反应过程主要有三种连续性进料（控制聚丙烯分子量的氢气在实验中不考虑），第一种是常温液态丙烯，F4为丙烯进料流量、V4是丙烯进料双效阀；第二种是常温液态己烷，F5己烷进料流量、V5己烷进料阀；第三种是来自催化剂与活化剂配制单元的常温催化剂与活化剂的混合液，F6为催化剂混合液进料流量、V6催化剂混合液进料阀。催化剂可以用三氯化钛（TiCl3），活化剂可以用一氯二乙基铝（Al(C2H5)2Cl），两种化合物用己烷溶剂稀释成混合液，催化剂浓度4%，活化剂与催化剂克分子浓度之比为2∶1。由于催化剂量小，常用计量泵控制，在本实验中用精小型控制阀代替。 反应器内主产物聚丙烯重量百分比浓度为A，反应温度为T1，液位为L4。反应器出口浆液流量F9，出口双效阀V9，出口泵，出口泵开关S5（开关），反应器夹套第一冷却水入口流量F7，双效阀V7，反应器夹套第二冷却水入口流量F8，双效阀V8，反应器夹套加热热水阀S6（开关），反应器搅拌电机开关S8。 2、1 过程变量说明 连续反应实验系统在盘面所涉及的传感器输出变量、变量正常工况的数据、计量单位如
理想间歇操作釜式反应器的计算 王丽婷 13化工二班 1303022011 间歇釜式反应器的特征 特点:1、由于剧烈搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度上的均匀,且反应器内 浓度处处相等，因而排除了物质传递对反应的影响； 2、具有足够强的传热条件，温度始终相等，无需考虑器内的热量传递问题； 3、物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相同的反应时间。 优点：操作灵活，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产,精细化工产品、制药、染料、涂料生产。 缺点：装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量不稳定。 一、基础方程式 单位时间进入反应器的物料A 的量-单位时间流出反应器的物料A 的量-单位时间内反应掉的物料A 的量=单位时间内在反应器内物料A 的积累量 )_1(0A A A X n n = R A A A V r dx n dt )(_0= 二、反应时间的计算 n A0 ----在t=0时反应器中物料A 的摩尔数 n A ----在 t 时反应器中物料A 的摩尔数 -r A ----组分 A 在操作条件下的反应速率（消失速率） A x ----在 t 时反应器中物料A 的转化率 上式是间歇反应器计算的基本方程式，表达了在一定操作条件下为达到所需求的转化率A x 所需要的反应时间t ，适用于任何间歇反应过程，均相或多相，等温或
非等温的，可以直接积分求解，也可以用图解法。如果是非等温过程，反应速度常数随温度变化，而温度又随转化率变化，则需联立解方程 恒温、恒容不可逆时 间歇操作釜式反应器中物料达到一定出口转化率所需时间t 取决于反应速度，与处理量无关，所以可用于直接放大。 零级反应k r A )( 一级反应 二级反应 当动力学方程解析式相当复杂或不能做数值积分时，可用图解法。
实验室反应釜结构原理 实验室反应釜是用来进行化学反应的容器，产品具有操作简单、结构轻巧、便于取放等优点，被广泛用于多个领域中。实验室反应釜的结构原理是什么呢?下面耀冠仪器小编就来具体介绍一下，希望可以帮助到大家。 1、釜体与釜盖的密封采用三角线型密封，使用寿命长。 2、紧固主密封采用两开式卡环，自由靠合釜体和釜盖的肩部，对八个主紧螺栓力矩均衡的上紧，即可使釜达到压紧密封。卸开时松动八个主螺栓，打开卡环，即可提升釜盖， 省力方便，是现代国内最理想的结构。 釜盖与导柱是由升降臂连结，摇动升降手轮，经升降丝杠运动，使釜盖在导柱上、下、左、右运动，升降臂的活动靠滚珠的减摩作用自由运动无阻。 釜盖的转动与釜体的倾斜倒料及复位。首先将釜盖通过升降手轮及升降丝杠提起一定 的高度，再松动吊臂上的紧固手扭，用手按下定位活动键釜盖就可以左右转动。再松动转 动座上的紧固手扭，按住转动按钩转动倾倒手轮，使釜体保证一定的倒料角度，再松开转 动按钩即可倒料。釜体需要复位时，摇动倾倒手轮，按住转动按钩，即可快速复位，为了 不使釜体左右摆动，必须对倾倒手轮用手来控制速度达到复位为止。 3、回转搅拌是采用筒形磁力偶合结构，力矩的大小由磁性材料来决定，一般采用是强磁稀土，具有较大的偶合力，以电动机为动力，通过偶合器使搅拌器产生足够的搅拌力， 浆是随操作者可更换的，有浆、锚、框、搅龙蜗轮等部件对各种物质粘度的适用来选择。 4、阀件设有气相阀、液相阀(又叫插底管阀)、安全爆破阀、进料阀、出料阀，按用户要求进行增减。阀的结构采用是往复结构，其特点比旋转式阀密封寿命增长1.5倍。爆破 阀设有双安全装置和单安全装置两种，其爆破膜片由制造厂调好后出厂，不许任意调整或 松动，压力表均在正上方指示。
反应釜结构特点 2.1.容积： 2.1.1 “全容积”，通常根据用户的实用容积（投料量）进行计算。 2.1.2 订货时，协议中必须要求用户提供投料系数，一是为了计算全容积用，二是为了确定上层搅拌器的位置用。 2.1.3带大法兰的开式反应釜等同于闭式容器，平盖结构的反应釜，筒体的直边段高度均指法兰密封面以下的直边高度。 2.2 .结构形式的选择原则： 设计锥形封头时，小端锥孔直径若小于80mm，锥尖处无法压制成形，应采用分节加工的方式，小锥节可以采用锻件加工，其大端尺寸不宜超过250mm,否则造成浪费。 2.2.1 1000升以下，由于直径较小，只能选择开式，即平盖或凸盖形式； 2.2.2 1500升以上应优先选用闭式结构较好（用户要求开式除外），因无大法兰，造价低，且减少大法兰的密封泄漏点，用户容易接受。 2.2.3大法兰形式的选择原则：主螺栓计算：计算主螺栓时，应根据所需要的螺栓面积确定螺栓直径和个数，尽量选择小直径螺栓。实际螺栓的面积应等于或略大于所需要的螺栓面积即可，不须太多富余量。同时，螺栓个数确定后，应注意校核螺栓间距是否符合最小间距要求。 如何合理选择设备大法兰的形式，对优化设备结构、降低成本具有关键性作用，订货时，应根据设计压力和容器直径大小综合考虑。 a压力大于4.0Mpa时，优先选择反向法兰和端部法兰，当压力小于4.0Mpa时，应选择标准对焊法兰。 b反向法兰只能用于容器直径≥1000mm的场合，因为直径小于1000mm时，受磁力耦合器安装尺寸或者盘管安装的影响，釜盖接管无法开孔，所以，只能选择端部法兰、或者对焊大法兰形式。 c 200升以下的小釜，应优先选择平盖、端部结构。因为200升以下釜用磁力 耦合器轴承间距较小，选择平盖结构可使搅拌轴的悬臂长度减小，延长轴承的寿命。 3.容器直径选择原则： 3.1 如何确定容器直径的大小，应根据设备设计压力和容器长径比的大小进行综合