釜式反应器特点共20页文档

• 以下图为单个连续操作釜式反响器的性能示意图。
第三页，共四页。
内容总结
1、连续操作釜式反响器的特点。连续操作釜式反响器的结构和间歇操作釜式反响器相同，但进出物料的操作是 连续的，即一边连续恒定地向反响器内参加反响物，同时连续不断地把反响产物引出反响器。〔2〕反响器内物料 的所有参数，如浓度、温度等不随时间间歇操 作中的辅助时间问题。以下图为单个连续操作釜式反响器的性能示意图
1、连续操作釜式反响器的特点
连续操作釜式反响器的结构和间歇操作釜式反响器相同，但进出 物料的操作是连续的，即一边连续恒定地向反响器内参加反响物， 同时连续不断地把反响产物引出反响器。
这样的流动状况很接近理想混合流动模型或全混流模型。
第一页，共四页。
1、连续操作釜式反响器的特点
〔1〕反响器中物料浓度和温度处处相等，并等于反响器出口物料的 难度和温度。
第四页，共四页。
〔2〕反响器内物料的所有参数，如浓度、温度等不随时间变化， 故不存在时间这个变量。 〔3〕稳定操作条件下，物料的加料速度不随时间发生变化。 〔4〕由于连续操作，反响釜不存在间歇操作中的辅助时间问题
第二页，共四页。
• 在连续操作釜式反响器内，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。

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。

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。
解：已知原料的处理量为462kg/h
平均每小时处理的原理体积为：
V0 462/ 0.75 616L / h
则乙酸初始浓度为：
C0 1.08/ 616 1.8 103 kmol/ L
则每批次所需反应时间：
1 1 1 1 1 1 t ( ) ( ) 128min 2.13h 3 3 k C A C A0 17.4 0.2 1.8 10 1.8 10
釜式反应器的特点
练一练
1.多釜串联操作与单釜串联操作、间 歇操作相比较的优点是什么？
2. 间歇操作、单釜连续操作、多釜串 联操作和半连续操作过程的不同点。
釜式反应器的特点
讨论
多釜串联操作中是否釜数越多 越好，为什么？
结论
不是，随串联釜数的增加，设备 的折旧费和操作费将增加，通常采用 2～4釜串联。
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
例题：在一个间歇理想釜式反应器中，用乙酸 和丁醇生产乙酸丁酯。其反应式为：

间歇操作 物料一次性加入釜中，反应结束后 一 次性排出。所有物料的反应时间相同，物 料和产物的浓度及化学反应速率均随时间 而变化，是一个非定态过程。其生产能力 小，产品质量不稳定，劳动强度大，不易 自动控制和自动调节。宜于小批量、多品 种的生产。
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

连续釜式反应器的串联与并联
1.图解分析
小结
正常动力学，转化速率 (R A ) 随XA增加而降低。
多釜串联比单釜有利，总反应体积小于单釜体积。
对于正常动力学，串联的釜数增多，则总体积减小。 (但操作复杂程度增大，附属设备费用增大） 反常动力学，转化速率 (R A ) 随XA增加而增加。
单釜的反应体积小于串联釜的总体积。
区别
例：在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：
CH 3COOC2 H 5 NaOH CH 3COONa C2 H 5OH
A B
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0.02 mol/L，反应速率常数等于4.6 L/(mol min)。试求乙酸 乙酯转化率分别达到 80％、90％和 95％时的反应时间。 解：
化学反应工程
Chemical Reaction Engineering
釜式反应器
三门峡论坛编辑整理 /
釜式反应器的组合
第三章 釜式反应器
釜式反应器概述 釜式反应器的物料衡算通式 等温间歇釜式反应器的计算 连续釜式反应器的反应体积 连续釜式反应器的串联与并联 釜式反应器中复合反应的收率与选择性 变温间歇釜式反应器 连续釜式反应器的定态操作
设 t 0 时，c A c A0，cP 0，cQ 0
等温 BR 的计算
dc P 0 令： dt
得：
t opt
n ( k1 / k 2 ) k1 k 2
连续釜式反应器的反应体积

全混流反应器－－连续搅拌槽式反应器(CSTR －Continuous Stirred Tank Reactor)
间歇釜式反应器物料衡算式

补充知识点：空时与空速的概念：
空时：
Vr V0
反应体积 进料体积流量
（因次：时间）
表明 Vo , 处理能力
空速：
1 V0 FA0
Vr cA0Vr
因次 :时间-1
空速的意义：单位时间单位反应体积所处理的物料量。 空速越大，反应器的原料处理能力越大。
第九页，编辑于星期六：十八点 一分。
第十八页，编辑于星期六：十八点 一分。
2. 一级不可逆等容单一反应 对于一级不可逆反应，可以直接建立级数m和最终转
化率之间的关系，不必逐级计算。
第i级
VRi
V0 (CAi1 CAi ) rAi
式中 rAi kCAi
上式可化为
k i
(CAi1 CAi ) CAi
CAi 1
CAi1 1 k i
第十五页，编辑于星期六：十八点 一分。
在三釜串联操作时，前两釜都是在高于CAf的浓度下 进行，仅第三釜在CAf进行，反应速度比两釜串联时
又有所提高。可见，串联的釜数越多，反应物浓度提 高越多，反应速度越快，需要的反应时间或反应器体 积就越小。 将几个全混釜串联起来操作就构成了多釜串联反应器。
第十六页，编辑于星期六：十八点 一分。
设有4级串联全混流反应器，其浓度推动力如图所示。
ΔCA多=(CA1－CA*)1+(CA2－CA*)2+(CA3－CA*)3+(CA4－CA*)4 显然ΔCA平>ΔCA多>ΔCA全 当级数为∞，则ΔCA平＝ΔCA多
CA0
CA0
CA1
CA2
CA1
CA3
CA4
CA2
CA3
CA4
CA*
第十三页，编辑于星期六：十八点 一分。

• 例题：萘磺化反应器体积的计算。萘磺化生产2萘磺酸，然后通过碱熔得2-萘酚。已知2-萘酚的 收率按萘计为75%，2-萘酚的纯度为99%，工业 萘纯度为98.4%，密度为963kg/m3.磺化剂为98% 硫酸，密度为1.84.萘与磺酸的摩尔比为1：1.07. 每批磺化操作周期为3.67h。萘磺化釜的装料系数 为0.7.年产2-萘酚4000t，年工作日330天。
4390
The end,thank you!
• 应用： • 适用于多品种、小批量生产 • 适应于各种不同相态组合的反应物料 • 几乎所有有机合成的单元操作
反应体积VR
• 反应体积是指设备中物料所占体积，又称有效体 积。
• 确定反应器体积的容积V的前提是确定反应器的 有效容积
• 如果由生产任务确定的VR F单Vt, 位时间的物料处理量为 FV,操作时间为t‘（包括反应时间t和辅助操作时 间t0),则反应器的有效容积V：R FV t,
间歇釜式反应器的特点及其应用
目录
特点
例题分析
• 特点： • 反应物料一次加入，产物一次取出 • 结构简单、加工方便，传质、传热效率高 • 同一瞬间反应器内各点温度、浓度分布均匀 • 非稳态操作，反应过程中，温度、浓度、反应速
度随着反应时间而变
• 操作灵活性大，便于控制和改变反应条件 • 辅助时间占的比例大，劳动强度高，生H2SO4
→
→
根据生产任务，每小时需处理工业萘的体积为：
4000 103 0.99 128 1 1000 626 L 330 24 144 0.75 0.984 963
每小时需要处理的硫酸体积为： 4000 10 3 0.99 98 1.07 1 1000 270 L

• 例题：萘磺化反应器体积的计算。萘磺化生产2萘磺酸，然后通过碱熔得2-萘酚。已知2-萘酚的 收率按萘计为75%，2-萘酚的纯度为99%，工业 萘纯度为98.4%，密度为963kg/m3.磺化剂为98% 硫酸，密度为1.84.萘与磺酸的摩尔比为1：1.07. 每批磺化操作周期为3.67h。萘磺化釜的装料系数 为0.7.年产2-萘酚4000t，年工作日330天。
• 应用： • 适用于多品种、小批量生产 • 适应于各种不同相态组合的反应物料 • 几乎所有有机合成的单元操作
反应体积VR
• 反应体积是指设备中物料所占体积，又称有效体 积。
• 确定反应器体积的容积V的前提是确定反应器的 有效容积
• 如果由生产任务确定的VR F单Vt, 位时间的物料处理量为 FV,操作时间为t‘（包括反应时间t和辅助操作时 间t0),则反应器的有效容积V：R FV t,
间歇釜式反应器的特点及其应用
目录
特点
例题分析
• 特点： • 反应物料一次加入，产物一次取出 • 结构简单、加工方便，传质、传热效率高 • 同一瞬间反应器内各点温度、浓度分布均匀 • 非稳态操作，反应过程中，温度、浓度、反应速
度随着反应时间而变
• 操作灵活性大，便于控制和改变反应条件 • 辅助时间占的比例大，劳动强度高，生产效率低
4390
The end,thank you!
330 24
144 0.75 0.98 1.84
每小时处理物料总体积为：FV=626+270=896L
反应器的体积为： V FV t 896 3.67 4390 L

0.75
若采用2500L标准反应器两个，则反应器的生产能力后备 系数为：

13
等温间歇反应器反应时间的解析计算
由于反应在等温条件下进行，则反应速率常数在反应 过程中保持不变。
对于n级不可逆反应 将反应速率方程变换为转化率的函数并积分得到：
对于一级不可逆反应积分结果为：
14
影响间歇反应器反应时间的因素分析
从间歇反应器反应时间的计算公式可以看出： 反应时间随反应组分的初始浓度(一级反应除外)的提
rAVr
nA0
dxA dt
分离变量积分：
t
t
0 dt nA0
dx x A f
A
0 rAVr
11
间歇反应器的反应时间计算 (单一反应）
恒容条件下（多数情况）
t
cA0
xAf 0
dxA rA
or
t cA dcA
r cA0 A
如果动力学方程形式为： rA kCAn
i


反应生成

物质量 物质量 i物质量
通式为
7
间歇釜式反应器的物料衡算式
由于间歇反应器在反应过程中无物料的进出，因此
Q0=Q=0，即：
单位时间 单位时间内积
反应掉的
＝累在反应器内

i物质量 的i物质量
由间歇反应器的设计方程可得一个极为重要的结论:反应物达 到一定的转化率所需的反应时间，只取决于过程的反应速率， 也就是说取决于动力学因素，而与反应器的大小无关。
第三章 釜式反应器
釜式反应器是工业上应 用广泛的反应器之一。
可以用来进行均相反应 (主要是液相均相反应)， 又可用于多相反应，如 气液、液固、液液及气 液固等反应。
在操作方式上，既可以 是进行连续操作，也可 以进行间歇或半间歇操 作。

想一想： 每种换热装置名称对应哪个示意图？ A.夹套式 B.蛇管式 C.列管式 D.外部循环式 D.直接火热式 E.回流冷凝式
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：