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间歇式反应器(专业教育)

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《间歇釜式反应器》课件

《间歇釜式反应器》课件
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确保反应器及其附件没有损坏或变形，特别 是焊接处和密封件。
检查温度和压力
确保反应器内的温度和压力在规定范围内， 并记录相关数据。
检查紧固件
确保所有紧固件，如螺栓和螺母，都已牢固 拧紧，没有松动迹象。
清洁设备
定期清除设备上的灰尘和杂物，保持清洁。
故障排除
反应异常
检查原料是否符合要求，投料量是否正确， 操作参数是否正常。
安全注意事项
01
防爆与防火
严格控制工艺参数，防止超温、超 压引发的安全事故。
应急处理
制定应急预案，配备灭火器材，定 期进行演练。
03
02
个人防护
操作人员需佩戴防护眼镜、实验服 和化学防护眼镜等。
废弃物处理
按照相关规定处理废弃物，防止环 境污染。
04
04
间歇釜式反应器的维护与 保养
日常维护
检查设备外观
《间歇釜式反应 器》PPT课件
目录
• 间歇釜式反应器简介 • 间歇釜式反应器的应用 • 间歇釜式反应器的设计与操作 • 间歇釜式反应器的维护与保养 • 间歇釜式反应器的未来发展
01
间歇釜式反应器简介
定义与特点
定义
间歇釜式反应器是一种在一定温 度和压力下，通过向反应器内投 加原料、催化剂等，进行化学反 应的设备。
局限性
间歇釜式反应器的生产效率较低，能耗较高，且产品质量不稳定，需要加强质 量控制和过程优化。
03
间歇釜式反应器的设计与 操作
设计要素
反应釜容量设计
根据生产规模和物料量 ，确定反应釜的容量和
尺寸。
材料选择
根据工艺条件和物料特 性，选择合适的材料以

课件间歇釜式反应器反应器计算和基本方程式间歇釜体积和数量

课件间歇釜式反应器反应器计算和基本方程式间歇釜体积和数量

VR V V0 ' / n'
n’需取整数n ， n ＞ n’ 。因此实际设备总能力比设计要求
提高了，其提高的程度称为设备能力的后备系数，以δ表示，则：
n 100%
n'
2、已知每小时处理物料体积V0与操作周期 ' ，则需要设备
的总容积为：
nV VR总 V0 ( ')
求得设备总容积后，可查得系列设备标准选用决定设备的容积 V和个数n。
例3-1讲解
85RNl1%qY-gXtpqbFwDvphOzkWQQ#$FJ% 80*H*SS8VBChPuYgp(N94N&LqsvgMGA) AopIN Mz50Z a-sz5N sH9ytBE%uab#!oXTcYahccqK#qLLRDL6R AgmgMbOAdD%inwPvfxw!RFp&wf0LqxC h9IeII4FM wkKm+JYj pwbyLl (Hp3M )pN!d7dM y*sayGv&mr%3fs V%hQJ Wd3W5VrA$hXQkxZ7WN9iYvxq00GR6PdyXV(l 8wLgy7pbS% GsP9(L56Gee597ir% mA5+j DB!ak1q+1yi(n+bbFX+ y6p-Z!6(%Y9emEY$+qL4W3#)$EQ8VKdHd#IV( GD-8ko!3*cY0JYgkJ( BxTBa7PREkEoYlrI$PBzpD tR8wVrR$6*85kX1tL6O11py- WWA3O2cE2ETCs -qyx#QN wbXUcS+f( x xqqQ3-
如果改变反应过程的条件或改变反应器结构，以改进反应器的设计， 或者进一步确定反应器的最优结构、操作条件，经验计算法是不适用的， 这时应该用数学模型法计算。根据小型实验建立的数学模型（一般需经 中试验证），结合一定的求解条件——边界条件和初始条件，预计大型 设备的行为，实现工程计算。

第三章_间歇釜式反应器 ppt课件

第三章_间歇釜式反应器 ppt课件
•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.
6
2、应用
•适合于多品种、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
7
3.2.1间歇釜式反应器的容积与数量
确定反应器的容积与数量是车间设计的基础， 是实现化学反应工业放大的关键 1、求算反应器的容积与数量需要的基础数据
24
4390
3.2.2 间歇操作设备间的平衡
保证各道工序每天操作总批次α相等
即
α1 = α2 = …= αn
总操作批数相等的条件是：
①m1β1 = m2β2 = … =mnβn
或
m1 t1'
=mt2'2
=....=mtn'n
即各工序的设备个数与操作周期之比要相等
②各工序的设备容积之间保证互相平衡 即
数
需要设备的总容积为：
FV t '
=V
= mVm
如果反应器容积V的计算值很大，可选用几个小的反应器
若以m表示反应釜的个数，
则每个釜的容积:Vm=V/m=FVt’/( m)
为便于反应器的制造和选用，釜的规格由标准(GB 9845-88) 而定。在选择标准釜时，应注意使选择的容积与计算值相当或 略大。如果大，则实际生产能力较要求为大，富裕的生产能力 称为反应器的后备能力，可用后备系数δ来衡量后备能力的大
小，若标准釜的容积为Va，那么，
V aV10 % 0V m aV m10 % 0
V
V m
16
• 思考 • 选用个数少而容积大的设备有利还是选用
个数多而容积小的设备有利 ？
17
3、计算示例

第五章 间歇式操作反应器

第五章 间歇式操作反应器
1、生化反应器？——利用生物催化剂进行生化反应的设备。
回顾一下：生化反应器中可进行的反应类型？ 再想想：反应器可采取的操作方式？
2、研究反应器的目的？
◆研究生化反应器的基本反应规律
◆研究生化反应器的基本传递规律 ◆研究生化反应器的设计内容及方法
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2013-7-25
第5章 间歇式操作反应器>>5.1生化反应器设计概论
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2013-7-25
第5章 间歇式操作反应器>>5.1生化反应器设计概论
5.1.1 生化反应器的分类
（ 生化反应器可从不同角度分类）
2、按操作方式分类 ■间歇反应器(分批操作反应器)：底物一次加入反应器，在反应过
程中无底物和产物的输入和输出，底物和产物的浓度随反应时间变化。
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2013-7-25
第5章 间歇式操作反应器>>5.1生化反应器设计概论
5.1.2 生化反应器的基本设计方程
反应器计算的基本内容 确定最佳操作条件与控制方式 操作条件，如反应器的进口物料配比、流量、温度、压 力和最终转化率等工艺条件，直接影响反应器的反应结果，
也影响反应器的生产能力。对正在运行的装置，因原料组
对细胞，有
体系内累 进入体系 离开体系 体系内生 积细胞质量 细胞质量 细胞质量 长细胞质量
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2013-7-25
第5章 生化反应器设计与分析>>5.1生化反应器设计概论

第5章 间歇式反应器05

第5章 间歇式反应器05

• 3. 衡算方程 必须在控制体积内进行。 • 物料衡算： • 积累＝进入－流出＋产生－消耗 • 能量衡算： • 积累＝输入－输出＋产生－消耗
5.2 间歇操作搅拌槽式反应器 （BSTR）
• Batch Stired Tank Reactor • 间歇操作搅拌槽式反应器的操作时间系由反应时间和辅助时间 两部分组成。 • 反应时间 tr，即开始进行反应直到达到所要求的反应程度为止 所需要的时间，常以 tr表示，它的大小与该反应的动力学与所 要求的反应程度有关；可通过动力学模型进行计算。， • 辅助操作时间tb，包括装料、灭菌、卸料、清洗等所需时间之 总和，以tb表示。tb是根据生产经验来确定的。 • 间歇搅拌槽式反应器，有两个主要特性：一是在反应进行过程 中无物料的输人和输出；二是反应器内物料充分混合，浓度、 温度均一，而且反应物系的浓度仅随反应时间而变化。因此可 以对整个反应器做物料平衡。
tr
（5－17）
LVR
tr
dCS (1 L )VRrS dt
L C 1 K m ln S 0 CS 1 L rmax
（5－21）
• 对于内扩散阻力可忽略的M－M方程：
• 积分:
L 1 L

X
1 dC CS0 r S
C
S
S
1 C tr L [(CS0 CS ) Km ln S0 1L rmax CS
• 3）大型化生物反应器的开发研究。 生物反应 器正向大型化方向发展。例如：生产抗生素的 发酵罐容积已达400m3，氨基酸的达300m3， 生产单细胞蛋白的气升式发酵罐达2300m3， 处理废水的生化反应器的容积甚至超过 27000m3，国内生物反应器的容积多在200m3 以下。反应器的放大降低了生产成本，但大型 反应器的设计还存在一定的技术问题亟待解决； • 4）特殊要求的新型生物反应器的研制开发。 ）特殊要求的新型生物反应器的研制开发 如基因产品生产、细胞固定化及动植物细胞培 养的工业反应器，固体发酵反应器、边发酵边 分离反应器等的开发研制。 • 5）反应条件的检测与自动控制。

第三章 间歇反应器

第三章 间歇反应器

净的得益为： 净的得益为：
W (θ R ) WT
最佳的θ 值可由下式求得： 最佳的 R值可由下式求得：
d [W (θ R ) WT ] = 0 dθ R
或
dW (θ R ) = WR dθ R
从方程(3-23)可得： 可得： 从方程 可得
dW (θ R ) N dx r = (W ) A0 A = (W )V A dθ R | a A | dθ R | aA | θ
qAk T = 613 65 x A + θ mt c p
令 qAk＝52.8kW
qAk (52.8kW) = = 0.0927K/s mi c p (227kg)(2.51kJ/kg K)
物料衡算： 物料衡算：
dx A 1 22450 C A0 (1 x A ) exp(35.2 = ) dθ 60C A0 T
N p NA (1 x A ) 1 xA = p t A0 = p A0 ( t ) Nt N t 0 (1 + ε A x A ) 1 + ε A x A pt 0
p A = pt
级反应为例， 以n级反应为例， 级反应为例
(1 + ε A x A ) θ= n 1 ∫x n A0 (1 x A ) kC A0 1
3.3.a 最优间歇反应操作时间
设化学品A 每公斤分子的价格为w 设化学品 j每公斤分子的价格为 j，则反应前后 反应混合物的净增值为： 反应混合物的净增值为：
W (θ ) = ∑ w j ( N j N j 0 ) = ∑ w j ∑ aijξi = ∑ (W )i ξ i
j =1 j =1 i =1 i =1 N N M M
等温操作 T= 613 K 绝热操作 q=0 5.28 52.8 105.8 158.9

第五章 间歇式操作反应器

对细胞，有
积 体细 系胞 内质 累量 细 进胞 入质 体量 系 离细开胞体质系量 长 体细 系胞 内质 生量
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2020/5/12
第5章 生化反应器设计与分析>>5.1生化反应器设计概论
2、能量衡算式
单位时间 单位时间 单位时间 单位时间
输入体系 输出体系 内的反应 体系内积
5.1.2 生化反应器的基本设计方程
反应器计算的基本内容 ➢ 选择合适的反应器型式
根据生物催化剂和生物反应动力学特性，如反应过程的浓 度效应、温度效 应及反应的热效应，结合反应器的流动特征 和传递特性，如反应器的返混程度，选择合适的反应器，以满 足反应过程的需要，使反应结果最优。
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生化工程电子教案
化学与生命科学学院
第5章 间歇式操作反应器
生化反应器设计概论 间歇式操作反应器的设计（BSTR） 反应过程的流体力学 氧的传递特性 机械搅拌反应器的结构与计算 反应过程的传热特性
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2020/5/12
第5章 间歇式操作反应器>>5.1生化反应器设计概论
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2020/5/12
第5章 间歇式操作反应器>>5.1生化反应器设计概论
常见反应器类型
Batch operation
Continuous
Multi-cascade reactor Packed bed
Cycle immobilized bed
Piping immobilized bed
一、BSTR的反应时间
对上式积分，
B.C. t=0，CS=CS0 ， t=tr，CS=CS ，

间歇式反应器(专业教育)


转化率反映出原料通过反应器后产生化学变化的程度， 转化率增大说明产生化学变化的原料在总投料量中所占比例 增大。
②产率：一般是指单程收率。是指主产物的实际收得量与按 投入原料计算的理论产量之比值。用百分率或分率表示，并 用符号η表示产率。
目的产物实际得量
按投入原料计算的理论产量 100%
特备参考
23
特备参考
17
锅式反应器的特点及应用 1、特点：结构简单、加工方便、传质效率好、温度分布
均匀、便于控制和改变反应条件、操作上灵活性较大，适合 于多品种、小批量生产。
2、应用：
从反应物料看：它能够适应于各种不同相态组合的反 应物料。如：均液相、非均液相、液—固相、气—液相等
从反应类型看：它几乎适用于所有有机合成的单元操作。 如：氧化、还原、硝化、磺化、卤化、缩合、聚合、烷化、 酰化、重氮化、偶合等。
特备参考
8
②直接传热
特点：反应物直接与传热剂接触图 适用场合：反应物允许接触传热剂，要求快速升 温或降温。 控制温度的方法：传热剂的用量及温度。 如：直接蒸汽加热、直接加水冷却等。
特备参考
9
③蒸发传热
特点：靠蒸发性反应物或反应介质（如溶剂） 的蒸发移除热量。
适用场合：在沸腾下进行的化学反应。 控制温度的方法：沸点温度、气相压力。 如：通过回流冷凝器除热。
特备参考
14
4.间歇式反应器的类型
从几何形式上看：常用锅式（釜式）反应器，也有用管 式和塔式反应器的。
从所处理物料的相态上来看，有：
均 相 反 应 器 ： 物 料 为 气相 或 均 液 相
对 反 应 器 要 求 较 低 ， 一般 用 管 式 或 塔 式 反 应 器
液 相 物 料 有 时 还 装 搅 拌器 ， 以 提 高 物 料 扩 散 和

间歇式反应器系统控制方案案

3.4 控制系统P&ID图 ........................................................................................................................32 3.5 顺序控制 ....................................................................................................................................32 3.6 阀门特性选择 ............................................................................................................................34
二、系统硬件配置 .................................................................................................................................. 9
2.1 硬件及网络结构 ..................................................ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ.....................................................................10 2.1.1 SIMATIC NET...................................................................................................................... 11 2.1.2 PROFIBUS现场总线............................................................................................................12

间歇式反应器课程设计

间歇式反应器课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解间歇式反应器的基本原理与结构，掌握其工作过程及特点；2. 掌握间歇式反应器在化工生产中的应用及其优缺点；3. 学会运用化学反应动力学的基本知识分析间歇式反应器中的反应过程。

技能目标：1. 能够运用所学知识对间歇式反应器进行设计与计算，包括反应器体积、反应时间等参数的确定；2. 能够运用图表、数据和文字等形式对间歇式反应器运行结果进行有效表达和分析；3. 能够运用批判性思维和合作学习的方法，探讨间歇式反应器在实际应用中存在的问题及改进措施。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对化学工程学科的兴趣，激发其探索未知、勇于创新的精神；2. 培养学生具备良好的团队合作意识，学会倾听、交流、分享与合作；3. 增强学生的环保意识，使其认识到化学反应器在环境保护和资源利用方面的重要性。

课程性质：本课程为化学工程学科的专业课程，旨在帮助学生掌握间歇式反应器的基本理论、设计与计算方法，培养学生解决实际工程问题的能力。

学生特点：学生为高中二年级学生，已具备一定的化学基础和实验操作技能，具有较强的求知欲和动手能力。

教学要求：结合学生特点，注重理论联系实际，采用案例教学、实验演示等多种教学方法，提高学生的实践操作能力和创新能力。

通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为今后的学术研究和工程实践打下坚实基础。

二、教学内容1. 间歇式反应器原理：讲解间歇式反应器的基本概念、工作原理及分类，结合教材第二章第一节内容，重点分析不同类型的间歇式反应器特点。

2. 间歇式反应器设计与计算：根据教材第二章第二节，教授反应器体积、反应时间等参数的计算方法，并通过实例进行讲解。

- 反应器体积的计算；- 反应时间的确定；- 物料平衡与能量平衡分析。

3. 间歇式反应器在化工生产中的应用：结合教材第二章第三节，介绍间歇式反应器在实际生产中的应用案例，分析其优缺点。

4. 化学反应动力学在间歇式反应器中的应用：根据教材第二章第四节，讲解反应动力学在间歇式反应器设计中的应用，包括反应速率、反应级数等概念。

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传质过程。
特备参考
16
制药工业属于精细有机合成工业，其产量小、规模一 般较小，因此大多采用间歇操作，所用反应器常为带搅拌装 置的锅式反应器（间歇式反应器）。 5.典型搅拌反应锅的结构
这类设备的化工零部件国内 已标准化，可参见《化工设备设计手 册》第一分册（材料与零部件）。
主要由以下部分组成： ⑴锅的主体 ⑷轴密封装置 ⑵换热装置 ⑸传动装置 ⑶搅拌装置 ⑹工艺接管
如：混酸的硝化过程即是液—液非均相反应，硝化反应同时 在两相内进行，但在酸相内反应速度比在有机相中的速度大 好几倍，当相接触面小时，总反应速度会显著下降。为了扩 大流体两相间的接触面积，通常在反
应器内装有高效搅拌器，在急剧
搅拌下，使液滴分散的很细，大
大增加两相间的接触面积，同时
由于各相内所形成的湍流而强化
非均相：过程的速率与温度、浓度、相间传质速率均有关。
气-液相—锅式、塔式、管式 液-液相—锅式、列管式 气-固相—沸腾床、固定床、锅式 液-固相—锅式 气-液-固相—锅式、塔式、流化床 固-半固相—球磨机型、螺杆型、卧式带钢球的锅式
特备参考
12
⑷按操作方式分
①间歇操作（也称分批操作）反应器 ②连续操作反应器 ③半连续操作（或称半间歇操作）反应器：
第三章 间歇式反应器
第一节 概述
一、反应器类型
反应、分离、制剂构成了药品生产的主要工艺过程。原 料在反应器内进行反应，通过分离等方法获得原料药，原料 药经过一定的制剂工艺(如混合、造粒、干燥、压片、包衣、 包装等)即成为出厂的药品。其中，反应是整个生产工艺过程 的核心，而反应器则是反应过程的核心设备。
原料与产物只要其中的一种为连续输入或输出，而其余 则为分批加入或卸出的操作。 a.常用反应器：锅式、塔式 b.操作特征：半连续反应器中的反应物系组成必然随时间而 改变，也随反应器内的位置而改变。 c.适用场合：改变连续流动物料的加料速度，可调节反应速 率。
特备参考
13
第三章 间歇式反应器
二、间歇式反应器
特备参考
17
锅式反应器的特点及应用 1、特点：结构简单、加工方便、传质效率好、温度分布
均匀、便于控制和改变反应条件、操作上灵活性较大，适合 于多品种、小批量生产。
2、应用：
从反应物料看：它能够适应于各种不同相态组合的反 应物料。如：均液相、非均液相、液—固相、气—液相等
从反应类型看：它几乎适用于所有有机合成的单元操作。 如：氧化、还原、硝化、磺化、卤化、缩合、聚合、烷化、 酰化、重氮化、偶合等。
反应器的类型很多，特点不一，为便于分析研究各种反 应器的性能、基本原理和工艺设计等问题，需将反应器进行 科学的分类。常用的分类方法如下：
⑴按几何形状分
特备参考
1
立式搅拌反应锅
特备参考
2
管式反应器
பைடு நூலகம்
特备参考
3
卧式反应器
特备参考
4
塔式反应器
特备参考
5
固定床反应器
特备参考
6
流化反应器
喷射反应器
泵式反应器
特备参考
9
③蒸发传热
特点：靠蒸发性反应物或反应介质（如溶剂） 的蒸发移除热量。
适用场合：在沸腾下进行的化学反应。 控制温度的方法：沸点温度、气相压力。 如：通过回流冷凝器除热。
特备参考
10
④绝热型
特点：靠进料的显热及反应热维持一定的温 度变化。
适用场合：反应热不太大的情况下，允许温 度在一定范围变化的场合。
热交换
气 — 液 相
非
均
相
反
应
器：液 液
— —
固 相
液相 固相
要尽量扩大相接触面积
对 非 均 相 反 应 物 料 必 须保 证 质 量 传 递
特备参考
15
*对于气—液相反应器要采用能形成液膜或鼓泡的装置； 液—液及液—固相反应器（甚至固相）要有搅拌装置；液— 固相反应常用塔式反应器，将固体物料做成固定床，使液体 物料通过床层，因此要装液体喷淋装置。
特备参考
14
4.间歇式反应器的类型
从几何形式上看：常用锅式（釜式）反应器，也有用管 式和塔式反应器的。
从所处理物料的相态上来看，有：
均 相 反 应 器 ： 物 料 为 气相 或 均 液 相
对 反 应 器 要 求 较 低 ， 一般 用 管 式 或 塔 式 反 应 器
液 相 物 料 有 时 还 装 搅 拌器 ， 以 提 高 物 料 扩 散 和
锅的主体、传热装置、搅拌装置、轴密封装置、传动 装置、工艺接管
特备参考
19
第二节 反应锅的物料衡算
一、物料衡算的基本内容
1.物料衡算的依据—质量守恒定律。物料衡算就是依据此定 律定量地对生产工艺的各个间段作物料计算。
特备参考
18
3、缺点：设备生产效率低，间歇操作的辅助时间有时占
的比例较大，特别是压热釜的操作，升温和降温所占的时间 长。若采用连续操作，由于返混效应，要求达到与间歇操作 相同转化率时，需要更大的反应体积。由于间歇操作劳动生 产率低，大吨位产品常常需要多个反应锅同时操作。
4、结构：典型搅拌反应锅由下面几部分组成
1. 间 歇 操 作 ： 参 与 反 应 的 物 料 一 次 性 投 入 反 应 器 ， 反 应完毕后产物又一次性卸出的操作过程 （或称分批操作）。
间歇反应器：用于间歇操作的反应器。 2.操作特点：反应器内的工艺参数（温度、压力、反 应物的
浓度等）随时间而变；操作过程的灵活性大， 便于改变工艺条件和更换产品。 3.使用场合：反应速率较慢，热效应较小，生产规模不大的 场合，以及多品种的生产和工艺条件变化复 杂的场合。在制药工业中应用较广。
特备参考
7
⑵按传热方式分类 ①间壁传热
特点：反应物与传热剂通过间壁传热图 适用场合：反应物不能与传热剂直接接触，温度控制较 严格。 控制温度的方法：传热剂的流量、温度和压力。 如：夹套传热、蛇管传热、电热、列管传热等。
特备参考
8
②直接传热
特点：反应物直接与传热剂接触图 适用场合：反应物允许接触传热剂，要求快速升 温或降温。 控制温度的方法：传热剂的用量及温度。 如：直接蒸汽加热、直接加水冷却等。
控制温度的方法：进料的温度、流速。
如：乙烯水合制乙醇的绝热固定床反应器。
当反应器内部不能设置传热构件时，或需要 强化传热速率时，常常采用外循环传热方式，外部 热交换器常用列管式或螺旋板式的。
特备参考
11
⑶ 按反应物相态分 均相：无相间界面，反应速率仅与温度、浓度有关。
气相—管式 均液相—锅式、管式、喷射器型