多釜串联反应器

理想连续操作釜式反应器的计算
理想连续操作釜式反应器的计算
理想连续操作釜式反应器的计算
通过[例2-1]和[例2-2]的反应结果可以看出：完成相 同的生产任务，连续操作釜式反应器的生产时间比间歇操 作釜式反应器的生产时间要长。主要原因是连续操作釜式 反应器内的化学反应是在出口处的低浓度下进行的。
反应时间不是判别反应器生产效率高低的唯一标准，还需综合考虑
同的搅拌和加料情况，以适应工艺上的不同要求。
理想连续操作釜式反应器
管式反应器
理想连续操作釜式反应器
投资大 职工工作量大
维护成本高 操作难度高
串联釜数一般不超过4
《化学反应器操作与控制》
多釜串联的计算
多釜串联的计算
多釜串联
理想连续操作釜式反应器
n-CSTR的基础设计式
理想连续操作釜式反应器
《化学反应器操作与控制》
理想连续操作釜式反应器的特点
理想连续操作釜式反应器的特点
理想连续操作釜式反应器操作现场
理想连续操作釜式反应器的特点
流体流动符合全混流理想流动模型 连续进料和出料； 过程参数与空间位置、时间无关； 容易自动控制，节省人力。
理想连续操作釜式反应器的特点
反应物浓度、转化率、反应速率处处相等
QkJc/与hT的函数关系式在Q-T坐标图 上为一直线。
▪2. 放热速率Qr和移热速率Qc
结论： 热稳定状态点一定是定态
点，而定态点不一定都具有热 稳定性。
▪ 3.热稳定条件
定常条件：Qr=QC
▪ 稳定条件
dQr dQc dT dT
注意：：CSTR中进行吸热反应时 ，
没有热稳定性问题。
▪ 3.热稳定条件
《化学反应器操作与控制》

从上例可以看出，相同的生产条件和生产任务， 采用多个反应釜串联时，反应器的总体积比采用单 个反应器的体积明显减少。
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如果已知釜数和最终出口的浓度，需要确定总 体积或体积流量时，则要采用试差法。
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例 8－3 如果例 8－2中条件改为cA,0= cB,0＝2.5
kmol·m-3，其它条件不变，采用全混流反应器时体积
为多少？如果采用体积相同的三个全混流反应器串联，
则所需反应器的容积又为多少？
解：因为 (rA)i kcA,icB,i kcA2,i kcA,0 (1 xA,i )2
根据多釜串联反应器公式:
i
cA,0 (xA,i xA,i1) kcA2,0 (1 xA,i )2
当3个反应釜时：
第三级 (0.8 xA,2 ) 0.8 xA,2
kcA,0 (1 0.8)2 0.024
整理，得 0.024 0.8 xA,2
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第二级 第一级
(xA,2 xA,1) kcA,0 (1 xA,2 )2
8.5 多釜串联反应器
本节的教学目标 ①掌握多釜串联反应器的设计方法
本节的重点与难点 多釜串联反应器的设计方法
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8.4 多釜串联反应器
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如果生产过程中所需的全混流反应器体积比较大， 会采用几个较小的全混流反应器串联。
多釜串联反应器如下图所示。其特点为：
①每一级反应器都是全混流反应器；
0.8 0.024 xA,1 0.6(1 0.8 0.024 )2
xA,1 0.6(1 xA,1)2
利用试差法解联立方程组，得

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

式中：
n为搅拌器转数；d为搅拌器叶轮直径；NQR为无因次准 数。在有挡板的条件下，对于推进式叶轮NQR=0.5；
对 于 涡 轮 式 叶 轮 ( 六 叶 ， 宽 径 比 为 1:5) ，
NQR=0.93D/d(用于Re104，D为反应器内径； d为搅
拌器桨径)。
连续釜式反应器在结构上通常与间歇釜式反应 器相同。其常见的进出料方式如下
①已知反应釜串联的个数n以及反应体积VR(也就 是停留时间τ)，求终点转化率xAf ②已知终点转化率xAf，求串联的个数n(已知反应 体积，即停留时间τ) ③已知终点转化率xAf，求反应体积VR(已知串联 的个数n)
第五章 连续釜式反应器
5.1 连续釜式反应器的特点及应用 5.2 连续釜式反应器的设计 5.3连续釜式反应器的并联与串联 5.4釜式反应器的热量衡算与定态操作 5.5返混对复杂反应产品分配的影响
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。
FV0CA0=FVfCAf+ rAVR
液相反应时，可视为恒容，FV0=FVf；而且稳态 操作时，xA=xAf，CA=CAf，于是
VR

FV 0 (CA0 rA
-CA)
由于
xA

CA0 - CA CA0
所以
VR
=
FV 0CA0 xA rA
这就是等温恒容液相连续釜式反应器的设计方程。
在给定操作条件以及反应的动力学方程后，可由 简单的代数计算求得反应体积。
CA2 1+ k3 3
CAn-1 1 kn n