化学反应过程与设备——反应器选择设计和操作（ 第二版） 教学课件 作者 陈炳和许宁 主编 项目二任务二到五.pptVIP

尚辅网 尚辅网 任务2　连续操作釜式反应器（CSTR）的计算 　　根据化工产品的生产条件和工艺要求进行连续操作釜反应器的工艺设计。 连续操作釜式反应器的结构和间歇操作釜式反应器相同. 进出物料的操作是连续的，即一边连续恒定地向反应器内加入反应物，同时连续不断地把反应产物引出反应器。 这样的流动状况很接近理想混合流动模型或全混流模型。 一、单个连续操作釜式反应器的计算（1－CSTR） 取整个反应器为衡算对象 解析法 由于反应器中的反应速率恒等于出口处值，因此结合反应动力学方程，将出口处的浓度、温度等参数代入得到出口处反应速率，将其代入基础设计式即得。 如：恒温恒容不可逆反应 n=0 n=1 n=2 二、多个串联连续操作釜式反应器（N－CSTR） 为什么要采用N－CSTR代替1－CSTR？ 　　由于1－CSTR存在严重的返混，降低了反应速率。 　　采用N－CSTR，可以使物料浓度呈阶梯状下降，降低逆向混合的程度，有效提高反应速率； 　　　同时还可以在各釜内控制不同的反应温度和物料浓度以及不同的搅拌和加料情况，以适应工艺上的不同要求。 　　　串联釜数一般不大于4。 解析法 按不同的反应动力学方程式代入依次逐釜进行计算，直至达到要求的转化率为止。 例题讲解。 （二）图解法 原理：第i釜的反应物出口浓度CAi应同时满足物料衡算式与动力学方程式，故两线交点的横坐标即为CAi 步骤： 任务3 釜式反应器配套设施的设计与选择 (一)搅拌目的 使物料混和均匀，强化传热和传质。 包括：均相液体混合； 液-液分散； 气-液分散； 固-液分散； 结晶； 固体溶解； 强化传热等 (二)搅拌液体的流动特性 液体在设备范围内作循环流动的途径称作液体的“流动模型”，简称“流型”。 (a)轴向流 (b)径向流(c)切线流 打漩现象 搅拌器两方面性能： 产生强大的液体循环流量； 产生强烈的剪切作用。 基本原则： 在消耗同等功率的条件下，低转速、大直径的叶轮，可增大液体循环流量，同时减少液体受到的剪切作用，有利于宏观混合。 反之，高转速、小直径的叶轮，结果与此恰恰相反。 (三)常用搅拌器的型式、结构和特点 化学工业中常用的搅拌装置是机械搅拌装置，包括 搅拌器：包括旋转的轴和装在轴上的叶轮； 辅助部件和附件：包括密封装置、减速箱、搅拌电机、支架、挡板和导流筒等。 搅拌器是实现搅拌操作的主要部件，其主要的组成部分是叶轮，它随旋转轴运动将机械能施加给液体，并促使液体运动。 1.桨式搅拌器 由两块平桨叶构成。桨叶一般用扁钢或不锈钢或有色金属制造。 平直叶桨式搅拌器低速时主要产生切线流，转速高时以径向流为主。折叶桨式会产生轴向流，宏观混合效果较好。 桨式搅拌器适用于流动性大、粘度小的液体物料，也适用于纤维状和结晶状的溶解液，物料层很深时可在轴上装置数排桨叶。 2.涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器分为圆盘涡轮搅拌器和开启涡轮搅拌器（前者的循环速度低于后者）；按照叶轮又可分为平直叶和弯曲叶（弯叶的叶轮不易磨损，功率消耗低）。涡轮搅拌器速度较大，300～600r／min。 涡轮搅拌器既产生很强的径向流，又产生较强的轴向流。 3.推进式搅拌器 推进式搅拌器的循环速度高。当转速高时，能产生很强的轴向流，上下翻腾效果良好。剪切作用也大。当需要有更大的流速时，反应釜内设有导流筒。 推进式搅拌器直径与搅拌釜内径之比为0.2～0.5，搅拌转速为100～500r/min，适用于低粘度液体的搅拌。 4.框式和锚式搅拌器 框式搅拌器可视为桨式搅拌器的变形，其结构比较坚固，搅动物料量大。如果这类搅拌器底部形状和反应釜下封头形状相似时，通常称为锚式搅拌器。 框式搅拌器直径较大，一般取反应器内径的0.9～0.98，1～100r／min。框式搅拌器的循环速度及剪切作用都较小，主要产生切线流。当物料粘度高时，可产生一定的径向流和轴向流。适用于高粘度物料的搅拌和传热。 5.螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器 螺带式搅拌器，常用扁钢按螺旋形绕成，直径较大，常做成几条紧贴釜内壁，与釜壁的间隙很小，所以搅拌时能不断地将粘于釜壁的沉积物刮下来。螺带的高度通常取罐底至液面的高度。 螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器的转速都较低，通常不超过50r