连续釜式反应器69页PPT

04
原料经进料口进入反应釜，在 搅拌作用下与催化剂等反应物
质充分混合。
通过加热/冷却系统将温度控 制在适宜的反应温度范围内， 使原料在反应釜内进行连续反
应。
反应过程中，物料在釜内不断 循环流动，以保证反应的均匀
性。
经过一定时间后，完成反应的 产物经出料口排出，进入下一
道工序。
釜式连续反应器的操作条件
压力
根据不同反应的需要，釜式连续反应器需 要在一定的压力下工作，通常为常压或负 压。
安全措施
由于釜式连续反应器涉及易燃、易爆、有 毒等危险物质，因此需要采取严格的安全 措施，如防爆、防火、防泄漏等。
温度
反应温度是影响釜式连续反应器性能的重 要因素，需要根据具体的化学反应来确定 。
搅拌速度
搅拌速度影响物料的混合均匀度和反应速 度，需要根据实际情况进行调整。
节省空间
连续操作可以减少所需设备数 量，从而节省空间。
釜式连续反应器的局限性
01
高能耗
为了维持连续操作，需要大量的能 源。
对原料要求高
为了保持连续操作的稳定性，对原 料的质量和供应要求较高。
03
02
维护成本高
由于设备连续运转，维护和修理的 频率增加。
操作难度大
连续操作需要精确控制各种参数， 对操作人员的技术要求较高。
根据物料流量、反应速 度和停留时间等参数， 计算反应器的尺寸，包 括反应器的高度、直径 等。
对反应器进行强度和稳 定性分析，确保其能够 承受工艺条件下的压力 和温度波动。
釜式连续反应器的设计计算实例
实例1
某化工厂需要生产某种化工原料，采用釜式连续反应器进行生产。根据工艺要求和物料 性质，选择合适的材料和结构，进行设计计算，最终确定反应器的尺寸和操作参数。

打漩现象
搅拌器两方面性能： 产生强大的液体循环流量； 产生强烈的剪切作用。 基本原则： 在消耗同等功率的条件下，低转速、大直径 的叶轮，可增大液体循环流量，同时减少液体受到的剪切 作用，有利于宏观混合。 反之，高转速、小直径的叶轮，结果与此恰 恰相反。
常用搅拌器的型式、结构和特点 化学工业中常用的搅拌装置是机械搅拌装置，包 括 搅拌器：包括旋转的轴和装在轴上的叶轮； 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。
通常可以采取τ1=τ2，这时整个反应系统最优。 即要
这时
釜式反应器的故障处理及维护要点
序 1 故障现象 壳体损坏 （ 腐蚀、 裂纹、透 孔） 超温超压 故障原因 1.受介质腐蚀（点蚀、晶间腐蚀） 2.热应力影响产生裂纹或碱脆 3.损变薄或均匀腐蚀 1.仪表失灵，控制不严格 2.误操作；原料配比不当；产生剧热反应 3.因传热或搅拌性能不佳，发生副反应 4.进气阀失灵，进气压力过大、压力高 处理方法 1.用耐蚀材料衬里的壳体需呕新修衬或局部补焊 2.焊接后要消除应力，产生裂纹要进行修补 3.超过设计最低的允许厚度需更换本体 1.检查、修复自控系统，严格执行操作规程 2.根据操作法，紧急放压，按规定定量。定时投料， 严防误操作 3.增加传热面积或清除结垢，改善传热效果；修复 搅拌器，提高搅拌效率 4.关总气阀，切断气源修理阀门 1.更换或修补搅拌轴，并在机床上加工，保证表面 粗糙度 2.调整油环位置，清洗油路 3.压紧填料，或更换填料 4.修补或更换 5.更换摩擦副或重新研磨 6.调整比压要合适，加强冷却系统，及时带走热量 7.密封圈选材、安装要合理，要有足够的压紧力 8.停车，重新找正，保证垂直度误差小于0.5mm 9.严格控制工艺指标，颗粒及结晶物不能进入摩擦 副 10.调整、检修使轴的窜量达到标准 11.改进安装工艺，或过盈量要适当，或粘接剂要好 用，粘接牢固

对于反应 A R ，若要求产物R的浓度为cR，
则单位操作时间的产品产量PR为
PR
VRcR t t0
对反应时间求导，
dPR
VR [( t
t0
) dcR dt
cR
]
dt
( t t0 )2
并可由 dPR 0 ，得
dt
dCR CR dt t t0
3. 配料比
对反应 A B P S ，如动力学方程为 ( rA )V kcAcB 在工业上，为了使价格较高的或在后续工序中较 难分离的组分A的残余浓度尽可能低，也为了缩短 反应时间，常采用反应物B过量的操作方法。定义 配料比 m cBo / cAo，于是，等容液相反应过程中组分的 浓度 cB cB0 (cA0 cA ) cA (m 1)cA0 代入动力学方程
面积为反应时间。
图3-1 等温间歇液相反应 过程的参数积分
图3-2等温间液相歇反应过程 反应时间的图解积分
1.等温等容液相单一反应
在间歇反应器中，若进行等容液相单一不可逆反应， 反应物系的体积VR不变，以零级、一级和二级不可逆反 应的本征速率方程代入
c Af
nAf VR
nA0 ( 1 xAf VR
❖ 桨式搅拌器 ❖ 锚式和框式搅拌器 ❖ 螺带式搅拌器
2.Major Diameter and Low Speed Agitators
(1) 桨式搅拌器
旋转直径为釜径的0.35~0.8倍，甚至达0.9倍以上。常用 转速为1~100rpm，叶端圆周速度为1~5ms-1。
(a) 平桨式
(b) 斜桨式
2.Major Diameter and Low Speed Agitators
二、间歇釜式反应器的数学模型

下关系式成立：
CA=K(U-Uf) 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应的电压信号值；
Uf——CH3COOC2H5全部转化为CH3COONa K——
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0.02 mol·L-1 ，则反应过程的起始浓度CA,0， 应为0 .01mol·L-1 。 因此，应预先精确配置浓度为0.01 mol·L-1 的氢氧化钠水
（2）当操作状态达到稳定之后，按数据采集键，采集
与浓度CA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，取其平直段的平均值，即为与釜
内最终浓度CA相应 的U （3）改变流量重复上述实验步骤，测得一组在一定温
度下，不同流量时的U值精数选pp据t课件2。021
9
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，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，将釜内的液体排尽，并用蒸馏水 将反应器和电导池冲洗干净。将电导电极 浸泡在 蒸馏水中，备用。
4.参考下列表格整理实验数据
实验组号
1
2
3
4
5
反应温度T/K
(1)
空间时间/min
(2)
反应速率（-rA）/ mol·L-1·min-1 (3) 反应速率常数k/L·mol-1·min-1 (4)
相关系数R/-
(5)
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13
活化能
(6)
六、思考题
（1）连续搅拌釜式反应器有哪些特性? （2）做液相反应动力学实验应注意哪些事项?
14
精选ppt课件2021

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。

釜式反应器操作参数的检测与控制
釜式反应器的特点:
搅拌釜式反应器主要适用常压或低压、以液相
为主的反应。
釜式反应器操作参数：如温度、浓度、反应时
间等 温度的检测与控制是保证产品质量、降低成本、 确保安全生产的重要手段。
液体膨胀式温度计
酒精式 水银式
热电偶测量温度计
各种带有变送器的热电阻
常用温度显示仪表
低温冷源的选择 冷却用水 ：水的冷却效果好，最为常用。 随水的硬度不同，对换热后的水出口温度 有一定限制，一般不宜超过60℃，在不宜
清洗的场合不宜超过50℃，以免水垢的迅
速生成。
空气：在缺乏水资源的地方可采用空气冷
却，其主要缺点是给热系数低，需要的传 热面积大。
低温冷却剂
有些化工生产过程采用一般冷却方法难以达到， 必须采用特殊的制冷装置进行人工制冷。 一般多采用直接冷却方式，即利用制冷剂的蒸 发直接冷却冷间内的空气，或直接冷却被冷却 物体。制冷剂一般有液氨、液氮等。成本较高。 有些情况下则采用间接冷却方式，即被冷却对 象的热量是通过中间介质传送给在蒸发器中蒸 发的制冷剂。中间介质起传送和分配冷量的媒 介作用，称为载冷剂。常用的载冷剂有三类， 即水、盐水及有机物载冷剂。
•
• • • • • • • • • •
搪玻璃反应釜性能如下： ① 耐腐蚀性 能耐大多数无机酸、有机酸、有机溶剂等介质 腐蚀。搪玻璃设备不宜用于下列介质的储存和 反应：任何浓度和温度的氢氟酸；PH＞12且温 度 大于100℃的碱性介质；温度大于180℃、浓度 大 于30%的磷酸；酸碱交替的反应过程；含氟离 子 的其他介质。 ② 耐热性：允许在- 30～+240℃范围内使 ③ 耐冲击性，耐冲击性较小。
第十八章

则出口转化率XAN=1- CAN / CA0 若已知CA0 、CAN 、N，求VR需用试差法。 若各釜体积相同，则各直线斜率相同。
若各釜温度不同，则应分别作动力学曲线，各釜直线分别与各自曲线相交。
k(1xAxA)
n=2
kCA0 C 2(A10xAxA)2 kCA0(1 xA xA)2
图解法
多个串联连续操作釜式反应器（N－CSTR） 如：恒温恒容不可逆反应 若已知CA0 、CAN 、N，求VR需用试差法。 容易自动控制，操作简单，节省人力。 例题讲解。 4、过点(CAN-1,0)以-1/τN为斜率作直线,与曲线交点为第N釜操作点CAN. 2、从起点CA = CA0出发，以-1/τ1为斜率作直线，交曲线于一点，即第 0 = FA0 Δτ - FA0 （1-xA’）Δτ-(- rA ) VR Δτ 容易自动控制，操作简单，节省人力。 为什么要采用N－CSTR代替1－CSTR？ 按不同的反应动力学方程式代入依次逐釜进行计算，直至达到要求的转化率为止。 容易自动控制，操作简单，节省人力。 多个串联连续操作釜式反应器（N－CSTR） 在连续操作釜式反应器内，过程参数与空间位置、时间无关，各处的物料组成和温度都是相同的，且等于出口处的组成和温度。 [A的积累量]=[A的进入量]-[A的离开量]-[A的反应量] n-CSTR的基础设计式
VR=ΣVRi
i
检验：i=1 n=1
CA0CA1 CA0xA
(rA)1 (rA)
求解方法
解析法
➢ 按不同的反应动力学方程式代入依次逐釜进行计算，直至达到要求的 转化率为止。
例题讲解。
图解法
➢ 适用于级数较高的化学反应，特别适于非一、二级反应，但只适于（rA）能用单一组分表示的简单反应，对复杂反应不适用。

理想混合反应器：釜内物料完全混合，浓度、温度处处相等。 间歇操作：反应参数随时间变化。等容过程。 先求得为达到一定转化率所需的反应时间，然后结合非生产时间和每小时要求处理 的物料量，计算反应器体积。 2.2.1 反应时间 反应时间计算式根据反应器物料衡算推导。 ①由于反应器内浓度、温度均一．不随位置而变，故可对整个反应器有效体积(反 应体积)进行物料衡算。 ②间歇操作．进料项和出料项均为零。
CA0
FA0 V0
VR1
1
CA1
FA1 V01 xA1
2
VR2
CA2 … FA2 V0 2 xA2
i
CAi
FAi
V0i
VRi
xAi
N
VRn
CAN
FAn V0 n x An
V0=V01=V02=V0i=V0N
如对第i段釜进行物料衡算
FAi-1 FAi rAiVRi
FVA0R(i
1FxAA0i(1x)AiFxAA0i(11 ) rAi
1 k11
CAi kiCAiτi CAi1
CAi
CAi1
1 ki i
第二段
CA2
CA1
1 k2 2
CA0 1
1 k11 1 k2 2
第三段 第N段
C A3
CA2 1 k3τ3
CA0 1 k1τ1
1 1 k2τ2
1 1 k3τ3
CAN
CAN 1 1 kNτN
CA0 1 1 1
-4.45
CA0
2.4 搅拌器
搅拌的目的： ①使互溶的两种或两种以上液体混合均匀； ②形成乳浊液或悬浮液； ③促进化学反应和加速物理变化过程、如促进溶解、吸收、吸附、萃取、传热等 过程。 搅拌的方法：机械搅拌(或称叶轮搅拌)、气流搅拌、射流搅拌和管道混合等。

02 03
技术创新
为适应新能源材料制备的需求，连续操作釜式反应器在结 构、材质和控制系统等方面进行了多项创新。例如，采用 新型陶瓷材料增强设备的耐腐蚀性，设计特殊结构的电极 以提高电化学反应效率等。
应用前景
随着新能源产业的快速发展，连续操作釜式反应器在新能 源材料制备领域的应用前景日益广阔。例如，可用于锂离 子电池正极材料的合成、燃料电池催化剂的制备以及太阳 能电池材料的生产等。
根据反应物料性质和反应阶段 ，调整搅拌速度，保证物料在
反应器内充分混合。
连续操作釜式反应器的性能优化
01
02
03
04
反应条件优化
通过实验和模拟手段，寻 找最佳的反应温度、压力 、物料配比等条件，提高 反应转化率和选择性。
设备结构优化
优化反应器内部结构，如 改进搅拌桨叶型、增加传 热面积等，提高传质传热 效率。
连续操作釜式反应 器课件
目录
• 连续操作釜式反应器概述 • 连续操作釜式反应器的工艺设计 • 连续操作釜式反应器的操作与优化 • 连续操作釜式反应器的故障诊断与预防 • 连续操作釜式反应器的安全与环境保护 • 连续操作釜式反应器实例分析
01
连续操作釜式反应器概述
连续操作釜式反应器定义和原理
定义
化学品使用
在连续操作釜式反应器的运行过程中，应严格按照化学品使用说明 添加化学品，避免因使用不当引发的危险。
废弃物处理与环境保护
01
废弃物分类
对连续操作釜式反应器产生的废弃物进行分类，区分可回收物、有害废
弃物等，为后续处理提供依据。
02
废弃物处理
有害废弃物应交由专业机构进行处置，确保废弃物得到妥善处理，防止
设置必要的安全附件，如压力表、安全阀、紧急切断阀等，确 保设备的安全运行。

进出料管道设计
根据工艺流程和物料特性，设计合理的进出料管 道，以保证物料流动顺畅、减少阻力损失。
其他辅助设备
阀门与管道
根据工艺流程和操作要求，选择合适的阀门与管道，以满足物料的 输送、控制和安全要求。
测量仪表
根据工艺要求和物料特性，选择合适的测量仪表，如温度计、压力 表、流量计等，以实时监测和控制工艺参数。
根据工艺要求和物料特性 ，选择合适的釜体材质， 如不锈钢、碳钢等。
釜体形状设计
根据工艺流程和操作要求 ，设计合理的釜体形状， 以满足物料混合、反应等 需求。
釜体尺寸确定
根据生产规模、物料量和 操作条件，确定合适的釜 体尺寸，以保证反应效率 和经济性。
搅拌装置
1 2
搅拌器类型选择
根据物料的性质和反应要求，选择合适的搅拌器 类型，如推进式、涡轮式、锚式等。
反应动力学原理
总结词
描述反应动力学原理
VS
详细描述
反应动力学原理是研究化学反应速率变化 规律的科学。在釜式反应器中，反应动力 学原理用于分析反应速率与反应条件（如 温度、压力、浓度等）之间的关系，为优 化反应条件、提高反应效率提供理论依据 。
03
釜式反应器的结构与设计
釜体设计
01
02
03
釜体材质选择
总结词
釜式反应器的发展历程经历了多个阶段，未来将继续向高效、环保、智能化的方向发展 。
详细描述
釜式反应器的雏形可以追溯到古代的酿酒工艺，但现代意义上的釜式反应器则是在工业 革命时期开始发展起来的。随着科技的不断进步，釜式反应器在材料、设计、工艺等方 面不断改进，提高了反应效率、降低了能耗和污染。未来，釜式反应器将继续向着高效
行状态。

3.7
反应器计算与操作的优化
优化的核心是化学因素和工程因素的最优结合。 化学因素包括反应类型及动力学特性

随串联釜数增多，操作的复杂程度增大， 附属设备费用增大。故串联釜数一般不大于 4。

3.4.2 多个串联连续操作釜式反应器 （N－CSTR）
二、nCSTR的基础设计式
CA0
CA1
CA2
V0
CA1 VR1
V0
CA
2
V0
CAi-1 VRi1
CAi-1
CAi
V0
CAi
CAm
V0
CAm V0
VR2
VRi

3.4
理想混合连续搅拌釜式反应器（CSTR）
CA
time
反应器内，物 料的浓度和温度处 处相等，且等于反 应器流出物料的浓 度和温度。
CA,in
CA, out
0
tresidence time
t
CA CA,O
position
CA, out
t
x
0
3.4
理想混合连续搅拌釜式反应器（CSTR）
优点：容易自动控制，操作简单，节 省人力。稳定性好，操作安全。 缺点：在低浓度下进行反应。
VRm
3.4.2 多个串联连续操作釜式反应器 （N－CSTR）
V0CAi 1 V0CAi (rAi )VRi
V0 (C Ai 1 C Ai ) VRi (rAi )
CAi-1
CAi CAi
V0C A0 ( xAi xAi 1 ) VRi (rAi )
VRi
VRi C Ai-1 - C Ai x Ai - x Ai-1 τ≡ = = C A0 i V0 (-rAi ) (-rAi )

解： （1）解析法
rA=kCA=kCA0(1-xA)
CA0 rA
xA
xA k(1- xA)
0.6 0.6(1- 0.6)
2.5h
VR=FV0 ·τ=5.0m3 （2）图解法
以rA为纵坐标，xA为横坐标作图：由动力学 方程式rA=kCA=kCA0(1-xA)知，rA与xA的关
系为一直线，因此取两点很容易地就可以
5.3.1 并联
当需要用单釜进行 连续操作，其体积 过大而难于加工制 造时，常常用若干 个体积较小的反应 釜并联操作。
其设计方法与单釜 连续相同，但存在 流量分配问题。
为能稳定地控制产品质量，通常使并联各釜
的出口转化率相同，即xA1= xA2= ···= xAn
由釜式反应器的设计方程可知，为使各釜的 出口转化率相同，应使反应物在各釜的停留
5.2 连续釜式反应器的设计
5.2.1 反应体积 稳态操作时，连续釜式反应器内物料的浓度、温 度、压力等操作参数不随时间变化，符合理想混 合假设。由于不存在时间变量，可取整个反应釜 作为衡算单元，对关键组份A作物料衡算
输入量=FV0CA0=nA0 输出量=FVfCAf=nA 反应量=rAVR
累计量=0， 所以
连续釜式反应器的特点
• 定义：连续釜式反应器是一种以釜式反应器实现连续生产的 操作方式。
• 与间歇釜式相比，具有生产效率高，劳动强度低，操作费用 小，产品质量稳定，易实现自控等优点。
• 物料随进随出，连续流动，原料进入反应釜后，立即被稀释， 使反应物浓度降低，所以，釜式连续反应器的反应推动力较 小，反应速率较低，可使某些对温度敏感的快速放热反应得 以平稳进行。
时间相同，即τ1=τ2= ···=τn