当前位置：文档之家 › 《反应器放大设计》PPT课件

《反应器放大设计》PPT课件

  • 格式：ppt
  • 大小：3.80 MB
  • 文档页数：48

下载文档原格式

  / 48

合集下载

搅拌反应器放大设计

搅拌反应器放大设计
23
搅拌反应器放大设计
对策1： 对策 ：非几何相似放大
几何相似放大法通常仅适合于简单的物理过 对于聚合反应这样的复杂过程无能为力。 程，对于聚合反应这样的复杂过程无能为力。 几何相似仅是简化放大计算的手段，反应器 几何相似仅是简化放大计算的手段， 放大设计完全没有必要被几何相似所制约。 放大设计完全没有必要被几何相似所制约。 反应器非几何相似放大的实质——使工业反 反应器非几何相似放大的实质——使工业反 —— 应器中尽可能多的混合参数与中试相同，从 应器中尽可能多的混合参数与中试相同， 而能使工业中更好地重复中试的过程结果。 而能使工业中更好地重复中试的过程结果。
第七章 搅拌反应器放 大设计
搅拌反应器放大设计
搅拌反应器构成： 搅拌反应器构成：
传动装置 搅拌机构 搅拌机构 搅拌轴 搅拌器 叶轮 搅拌设备 轴封 搅拌槽 槽体 夹套 内构件
2
搅拌反应器放大设计
常用的搅拌器： 常用的搅拌器：
3
搅拌反应器放大设计
常用的夹套： 常用的夹套：
1.空心夹套 空心夹套
2.喷咀 喷咀
湍 流 扩 散 ○ ○ ○ ○ ○
○ ○ ○ ○ ○
50
注:有○者为合用，表元中空白者为不详或不合用。 有 者为合用，表元中空白者为不详或不合用。
搅拌反应器放大设计
低粘度
推进式
高粘度
传 统 叶 轮
齿片式 桨式、 桨式、涡轮式 三叶后掠式 螺带和螺杆式 INTERMIG MIG 锚式、 锚式、框式 、
橡 塑 三辊辗磨机 机 双螺杆挤出机 械 密炼机
粘度(Pas) 10-3 粘度
搅拌反应器放大设计
搅拌釜几何相似放大法
几何相似放大法其实只回答一个问题： 几何相似放大法其实只回答一个问题：在直 径为D 的中试槽中，当转速为N 径为 1的中试槽中，当转速为 1时能获满意 结果；则在直径为D 的工业槽中，转速N 结果；则在直径为 2的工业槽中，转速 2为 多少时能重复中试槽的结果？ 多少时能重复中试槽的结果？ 几何相似法可归结为： 几何相似法可归结为：(N2/N1)~(D2/D1) -β，故 值是几何相似放大的核心。 求取β 值是几何相似放大的核心。

化工过程与开发 第五章 反应器放大PPT课件

化工过程与开发 第五章 反应器放大PPT课件

28.07.2020
30
❖ （4）对于多釜串联反应器的放大，应保 证大小两系统中每一釜内物料流动的停留 时间分布相同、温度相同和反应的转化率 相同，且反应速率应当不受搅拌速率的影 响。
❖ （5）对于非均相反应系统，放大的依据 是保持大小两系统的相界面积等，通常是 以保持单位容积输入的搅拌功率相等来取 代。
20
28.07.2020
21
模型型式
恒温系统：反应系统压强变化很小时，只 用物料衡算式 变温系统：物料衡算式和热量衡算式 如果反应管很长，阻力损失较大，则应将 物料衡算式、热量衡算式和动量衡算式联 立求解。
28.07.2020
22
管式反应器放大应注意的问题
（l）保证反应器内物料的流动状况放大后与放 大前相同
28.07.2020
31
第五节 固定床催化反应器
28.07.2020
32
一、固定床反应器放大应考虑的问题
❖ 1．反应热效应的影响 ❖ 供热、去热、温度梯度 ❖ 2．最佳反应温度 ❖ 3．催化剂床层 ❖ 催化剂的装填、床层尺寸
28.07.2020
33
28.07.2020
34
二、固定床催化反应器的数学模型
28.07.2020
35
第六节 流化床反应器
28.07.2020
36
❖ 特点：
非均相，固体颗粒悬浮在流体中，传 热、传质优。
要满足这一要求，则不一定能满足大 小两反应系统的几何相似条件，此时
可以暂不考虑几何相似。
28.07.2020
25
第四节 连续操作搅拌釜
28.07.2020
26
❖ 数学模型
28.07.2020
27

反应器放大设计课件

反应器放大设计课件
求取b 值是几何相似放大的核心。
反应器放大设计
12
常用的几何相似放大准则
着眼的过程
放大过程中需保持恒等的量（准则）
1. 均一系混合速度
(Qd/V)0.33 Pv0.16(与N0.81d0.32等效)
2. 分散相混合速度
Pv0.5~1.1
3. 对应的流速一定
Nd
4. 同一液滴直径
N3d2(与Pv等效)
➢ 取不同的放大准则可使过程能耗相差很大，必须予以重视。
➢ 保持Qd／V 恒定（即翻转次数恒定）的放大法是最耗能的放大法。
而保持Re恒定，一般不能重现过程结果。
➢ 实用的放大法是保持Pv恒定或Nd恒定，或取二者之间。
反应器放大设计
16
反应器传热能力变化(湍流)
槽径 放大 倍数
3 5 10 r
N3d2恒定
5. 使液滴分散的最小转速 N d1.1
6. 相际传质速度
N3 d2
7. 固液悬浮
Nd或N4 d3
8. 溶解速度
(Qd/V)0.24 Pv0.11或N3 d2
反应器放大设计
13
问题的提出：
• 反应器选型与设计强烈依赖经验和实 验，对其的优劣很难用理论预测。
• 逐级放大来以达到搅拌设备被要求的 传质、传热和混合，周期长、耗费大。
• 对釜的长径比、桨径/槽径比、叶片宽/槽径 比、叶片截面形状对NP、NC的影响，以及夹 套和内冷管的传热作了系统的研究。
反应器放大设计
29
混合参数的冷模研究
叶片截面 d/D
板截面 0.5
园角矩形 0.5
椭园
0.5
扁园
0.5
三叶后掠式叶轮的特性参数
b/D

生化工程-第七章反应器放大与设计

生化工程-第七章反应器放大与设计
• 生物反应器的设计与放大
10
反应器的类型
• 搅拌槽式反应器 • 管式反应器 • 气体搅拌塔式反应器（气升式反应器） • 动、植物细胞培养反应器
贴壁培养
光合作用
11
生物反应器的优化与控制
12
7.1 非理想流动反应器
在小规模的实验室条件下
全混流模型
理想模型
活塞流模型
在大规模的生产过程中
涉及到许多非理想的条件.
E(t) dF(t) 1 dt tet / t
流体 示踪剂
Vi Si VoSo rsVR
检测器
28
因为，D = 1/ t
因此，
F(t) 1 e-Dt E(t) D e-Dt
以无因次时间θ表示，则
F ( ) 1-e
E( ) e-
D为稀释率
对于理想的全混流反应器CSTR
when t = t, F(t) = 0.632
E(t) 1/ t
在CSTR中，停留时间小于平均停留时间 (t < t)
的物料粒子所占的分率为63.2%，
而其余36.8%的粒子的停留时间要大于
t
平均停留时间。
F(t)
t = 1/ D, θ = 1
σ
2 θ
=
1,
σt2
=
2
t
0.632
t
29 t
§7.6生化反应器的放大
根据概率统计的基本原理

0 E(t)dt 1
检测器
22
F(t)和E(t)的关系
C(t)

C0
tE(t)dt
0
0

E(t)dt
0

生物反应器比拟放大幻灯片

生物反应器比拟放大幻灯片

in 颗 粒 颗 内 粒 无 内 浓 的 度 实 梯 际 度 有 时 效 的 反 反 应 应 速 速 率 率 r r i0 n
对于球形固定化酶颗粒的内扩散效率因子有
酶反响器:酶为催化剂进展生物反 响的场所.
游离酶反响器、固定化酶反响器 〔分：固定化单一酶、复合酶、
细胞器、细胞等形式〕
停留时间τ 停留时间τ：指反响物料进入反响器至离
开反响器止所经历的时间 对于CSTR，常用平均停留时间
τ＝V/F
=反响器容积/物料的体积流量
2、转化率χ
PPt [S]0
转化率χ：说明供给t 反响t器的底物发生转变的 分（量初始底物浓度-t时间底物浓度）/初始底物浓度
分批式操作中：
[S]in[S]out
)3
P2
P1(
D2 D1
)3
对于于通通气气式式机机械械搅搅拌拌生生物物反反应响器，器可，取可单取位单体位积体液积体
液分配体的分通配气的搅通拌气功搅率拌相功同率的一准样则进的行准放那大么进展放大，
即： 对于n2不通n1(气D D2 1时)0.7的5 (Q 机QG G2 1械)0.0搅8 拌生P g 物2 反P g 响1(D D 器2 1)，2.77 轴(Q Q 功G关的主要因素
与细胞形态学、细胞生理学和过程动 力学之间的关系
与生物反响器中的流体力学性质、传 递现象及发酵液的理化性质之间的关 系。
第一节 生物反应器放大的目标及方法
一、放大目的 产品的质量高，本钱低。必须使菌
体在大中小型反响器中所处的外界环 境完全或根本一致。
二、生物学根底
k-1
E [S] X [P]
k+1 k-1 k+2-----相应各步的反响速度常 数
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
全国化工化学工程设计技术中心站2007年年会
搅拌反应器放大设计
——我的理解
浙江大学材料与化学工程学院 聚合反应工程国家重点实验室
搅拌反应器放大设计
搅拌反应器构成：
传动叶轮
槽体 夹套 内构件
搅拌器
.
2
搅拌反应器放大设计
常用的搅拌器：
.
3
搅拌反应器放大设计
常用的夹套：
5 .0 0 .2 0 .0 016 0 .0 4 0 .0 4 0 .2 1 .0 5 .0
➢ 取不同的放大准则可使过程能耗相差很大，必须予以重视。 ➢ 保持Qd／V 恒定（即翻转次数恒定）的放大法是最耗能的放大法。
而保持Re恒定，一般不能重现过程结果。 ➢ 实用的放大法是保持Pv恒定或N. d恒定，或取二者之间。
搅拌器的分类选型
流动状态
搅拌操作分类
高粘
对 湍 剪 低粘 度液 分 溶 固 气 结 传 液 槽容积
搅拌器型 流 流 切 度液 混合 散 解 体 体 晶 热 相 范围
式
循 扩 流 混合 传热
悬吸
反
m3
环散
反应
浮收
应
涡轮式 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 1～100
桨式 ○ ○ ○ ○ ○
.
15
搅拌反应器放大设计
问题的提出：
3. 几何相似放大的缺陷：
➢ 误区：几何相似＝动力相似
释：几何相似条件下若Re和Fr都相等，则动力相似。然而，Re
= d2 N r / h ，Fr = d N2 /g，除非(h/r)2/(h/r)1=(D2/D1)3/2，否
则不可能Re和Fr同时相等。
➢ 单位体积传热面积的下降，反应器内热传导距 离增加
新轴向流叶轮
新 泛能式、最大叶 立 片式、叶片组合 式式 搅 超级叶片式 拌 EKATO 同 轴 器 前 进 式 （ AR）
锥 螺 带 （ VCR）
扭格子式
复动式
多臂行星式
低粘度
均质器
真空乳化釜
新 砂磨机 卧 式 L IS T -A P 搅 B IV O L A K 拌 SC R 器 HVR
CONTERNA
○○
○ ○ ○ 1～200
推进式 ○ ○
○
○○○
○ ○ ○ 1～1000
折叶开启 ○ ○
○
○○○
○ ○ 1～1000
涡轮式
布尔马 ○ ○ ○ ○ ○
○
○ ○ 1～100
金式
锚式 ○
○
○
1～100
螺杆式 ○
○
○
1～50
螺带式 ○
○
○
1～50
注:有○者为合用，表元中空白者为不详或不合用。 .
转速范围
r/min
13
搅拌反应器放大设计
常用的几何相似放大准则
着眼的过程
放大过程中需保持恒等的量（准则）
1. 均一系混合速度
(Qd/V)0.33 Pv0.16(与N0.81d0.32等效)
2. 分散相混合速度
Pv0.5~1.1
3. 对应的流速一定
Nd
4. 同一液滴直径
N3d2(与Pv等效)
5. 使液滴分散的最小转速 N d1.1
1.空心夹套
2.喷咀
3.螺旋导流板夹套
4.半. 管夹套
5.内部夹套NEW!
4
搅拌反应器放大设计
常用的挡板：
.
5
搅拌反应器放大设计
常用的内冷管：
.
6
搅拌反应器放大设计
带刮壁机构的导流筒
.
7
搅拌反应器放大设计
新型 立式 搅拌
最大叶片式
泛能式
叶片组合式
扭格子式
锥螺带 (VCR)
前进式(AR)
EKATO同轴
17
搅拌反应器放大设计
反应器传热能力变化(湍流)
槽径 放大 倍数
3 5 10 r
N3d2恒定
h
0.885 0.836 0.774 r -1/9
Q V
.
多臂行星式
真空乳化釜
8
搅拌反应器放大设计
新型卧式搅拌
HVR
SCR
(三菱重工)
砂磨机
LIAS-AP
瑞士LIST全相型
BIVOLAK
(住友重机全.相型)
CONTERNA
(德国连续 捏和机)
9
搅拌反应器放大设计
搅拌反应器设计的基础
• 搅拌器的选型原则？ • 搅拌反应器的放大准则？
.
10
搅拌反应器放大设计
10～300 10～300 100～500 10～300
10～300
1～100 0.5～50 0.5～50
最高粘度 Pa.s
50 50 2 50
50
100 100 100
11
搅拌反应器放大设计
推进式
传 齿片式 统 桨式、涡轮式 叶 三叶后掠式 轮 螺带和螺杆式
IN T E R M IG 、
M IG 锚式、框式
6. 相际传质速度
N3 d2
7. 固液悬浮
Nd或N4 d3
8. 溶解速度
(Qd/V)0.24 Pv0.11或N3 d2
.
14
搅拌反应器放大设计
问题的提出：
1. 反应器选型与设计强烈依赖经验和实 验，对其的优劣很难用理论预测。
2. 逐级放大来以达到搅拌设备被要求的 传质、传热和混合，周期长、耗费大。
12
搅拌反应器放大设计
搅拌釜几何相似放大法
➢ 几何相似放大法其实只回答一个问题：在直 径为D1的中试槽中，当转速为N1时能获满意 结果；则在直径为D2的工业槽中，转速N2为 多少时能重复中试槽的结果？
➢ 几何相似法可归结为：(N2/N1)~(D2/D1) -b，故
求取b 值是几何相似放大的核心。
.
橡 捏和机 塑 三辊辗磨机 机 双螺杆挤出机 械 密炼机
粘度(Pa·s) 10-3 10-2 10-1 1
高粘度
.
10 102 103 104
搅拌器的 粘度选型
常见物质的粘度
水：约1mPa·s 低粘乳液：约数 mPa·s 重油：约数十 mPa·s 润滑油：约 0.1Pa·s 蜂蜜：约 1 Pa·s 涂料：约数 Pa·s 油墨：约数十 Pa·s 牙膏：约 50 Pa·s 口香糖：约 100 Pa·s 嵌缝胶：约 千 Pa·s 塑料熔体：近万Pa·s 橡胶混合物：近万Pa·s
Pv恒 定
5 .0 125 1 .0 0 .3 4 0 .3 4 1 .7 8 .5 4 2 .5
工业槽 2 .3 7 m 3
Q d V恒 定
× 5 .0
3125 25
1 .0 1 .0
5 .0 2 5 .0 125
N d恒 定
5 .0 25 0 .2 0 .2 0 .2 1 .0 5 .0 25
Re恒 定
➢ 单位体积传质界面的减少（脱挥？），传质路 径增加
➢ 仅单一特征混合参数的相同
.
16
搅拌反应器放大设计
几何相似放大准则举例
槽 容 积 放 大 125倍 时 各 混 合 参 数 的 变 化
参数
D P Pv N Q d V Nd Re Qd
模试槽 0 .0 19
m3
1 .0 1 .0 1 .0 1 .0 1 .0 1 .0 1 .0 1 .0