搅拌釜式反应器上
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反应器(反应釜)的结构和工作原理反应器是一种实现反应过程的设备,用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。
器内常设有搅拌(机械搅拌、气流搅拌等)装置。
在高径比较大时,可用多层搅拌桨叶。
在反应过程中物料需加热或冷却时,可在反应器壁处设置夹套,或在器内设置换热面,也可通过外循环进行换热。
第一部分:按操作方式分1、间歇釜式反应器或称间歇釜操作灵活,易于适应不同操作条件和产品品种,适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。
间歇釜的缺点是:需有装料和卸料等辅助操作,产品质量也不易稳定。
但有些反应过程,如一些发酵反应和聚合反应,实现连续生产尚有困难,至今还采用间歇釜。
间歇操作反应器系将原料按一定配比一次加入反应器,待反应达到一定要求后,一次卸出物料。
连续操作反应器系连续加入原料,连续排出反应产物。
当操作达到定态时,反应器内任何位置上物料的组成、温度等状态参数不随时间而变化。
半连续操作反应器也称为半间歇操作反应器,介于上述两者之间,通常是将一种反应物一次加入,然后连续加入另一种反应物。
反应达到一定要求后,停止操作并卸出物料。
间歇反应器的优点是设备简单,同一设备可用于生产多种产品,尤其适合于医药、染料等工业部门小批量、多品种的生产。
另外,间歇反应器中不存在物料的返混,对大多数反应有利。
缺点是需要装卸料、清洗等辅助工序,产品质量不易稳定。
2、连续釜式反应器,或称连续釜可避免间歇釜的缺点,但搅拌作用会造成釜内流体的返混。
在搅拌剧烈、液体粘度较低或平均停留时间较长的场合,釜内物料流型可视作全混流,反应釜相应地称作全混釜。
在要求转化率高或有串联副反应的场合,釜式反应器中的返混现象是不利因素。
此时可采用多釜串联反应器,以减小返混的不利影响,并可分釜控制反应条件。
大规模生产应尽可能采用连续反应器。
连续反应器的优点是产品质量稳定,易于操作控制。
其缺点是连续反应器中都存在程度不同的返混,这对大多数反应皆为不利因素,应通过反应器合理选型和结构设计加以抑制。
第三章立式搅拌反应釜设计第一节推荐的设计程序一、工艺设计1、作出流程简图;2、计算反应器体积;3、确定反应器直径和高度;4、选择搅拌器型式和规格;5、按生产任务计算换热量;6、选定载热体并计算K值;7、计算传热面积及夹套高度;8、计算搅拌轴功率。
二、机械设计1、确定反应器的结构型式及尺寸;2、选择材料;3、强度计算;4、选用零部件;5、绘图;6、提出技术要求。
三、化工仪表选型四、编制计算结果汇总表五、绘制反应釜装配图六、编写设计说明书第二节釜式反应器的工艺设计一、反应釜体积和段数的计算1、间歇釜式反应器:V=V R/φ(3—1)V R=V O(τ+τ') (3—2)式中V—反应器实际体积,m3;V R—反应器有效体积,m3。
V O —平均每秒钟需处理的物料体积,m 3/s ;τ' —非反应时间,s ; τ —反应时间,s ;⎰=Af x R AA V dx n 00,τ (3—3) 等温等容情况下()⎰-=Afx A AA r dx C 00,τ (3—4)对一级反应Afx k -=11ln1τ对二级反应()Af A A x xC x -=10,0,τ φ—装料系数,一般为0.4~0.85,具体数值可按下列情况确定: 不带搅拌或搅拌缓慢的反应釜 0.8~0.85; 带搅拌的反应釜 0.7~0.8; 易起泡沫和在沸腾下操作的设备 0.4~0.6。
2、连续釜式反应器(1)单段连续釜式反应器:()φφA A A R r x F VV -==0, (3—5)其中 F A,O —每秒钟所处理的物料摩尔数,kmol/s 。
对于一级反应:(-γA )=kC A =kC A,O (1-A x ) 则有效反应体积:()()20,00,0,1AA A A A A A R KC C C V x kC x F V -=-=其中 V O —每秒所处理的物料体积,m 3/s对于二级反应:(-γA )=()220,21A A A x kC kC -=,代入式(3-5)中 则有效反应体积为:V R =()()20,020,01A A A A A AkC C C V x kC x V -=-其中 A x —转化率,其它符号同前。