第三章釜式反应器-10.ppt

第三章釜式反应器釜体一般是由钢板卷焊而成的圆筒体，再焊上钢制标准釜底，并配上封头、搅拌器等零部件。根据反应物料的性质，罐体的内壁可内衬橡胶、搪玻璃、聚四氟乙烯等耐腐蚀材料。为控制反应温度，罐体外壁常设有夹套，内部也可安装蛇管。标准釜底一般为椭圆形，根据工艺要求，也可采用平底、半球底或锥形底等。釜式反应器的结构图开式搅拌釜式反应器结构示意图1-搅拌器；2-罐体；3-夹套；4-搅拌轴5-压出管；6-支座；7-人孔；8-轴封；9-传动装置根据釜盖与釜体连接方式的不同，搅拌釜式反应器可分为开式(法兰连接)和闭式(焊接)两大类。目前，釜式反应器的技术参数已实现标准化。操作方式：间歇、连续、半间歇(a)间歇式(b)连续式(c)半间歇式间歇操作的特点是将反应所需的原料一次加入反应器，达到规定的反应程度后即卸出全部物料。然后对反应器进行清理，随后进入下一个操作循环，即进行下一批投料、反应、卸料、清理等过程。它是一个典型的非稳态过程，反应器内物料的组成随时间而变化，这是间歇过程的基本特征。连续操作的特点是原料连续地输入反应器，反应物料也从反应器连续流出。它多属于稳态操作，反应器内任一位置上的反应物浓度、温度、压力、反应速度等参数均不随时间而变化。它具有生产能力大、产品质量稳定、易实现机械化和自动化等优点，因此大规模工业生产的反应器多采用连续操作。原料或产物中有一种或一种以上的为连续输入或输出，而其余的(至少一种)为分批加入或卸出的操作，均属半连续操作。原料药生产中的气液相反应常常采用半连续操作。间歇操作(batchreactor,BR)连续操作(continuousstirredtankreactor,CSTR)用途：绝大多数用作有液相参与的反应，如：液液、液固、气液、气液固反应等。反应器计算操作型（查定型）----已知Vr→XA(或t)设计型----已知XA(或YP)→Vr均相或拟均相釜式反应器的全混流假设：反应区内反应物料的浓度均一反应区内反应物料的温度均匀置装拌搅本章内容釜式反应器的物料衡算通式等温间歇釜式反应器的计算连续釜式反应器的反应体积连续釜式反应器的串联与并联釜式反应器中复合反应的收率与选择性变温间歇釜式反应器连续釜式反应器的定态操作假设温度均一浓度均一取整个反应体积作控制体积3.1釜式反应器的物料衡算通式3.1釜式反应器的物料衡算通式其中：对反应物为负对产物为正在dt时间内对整个反应器做关键组分i的物料衡算：假设温度均一浓度均一(进入=流出+反应+累积)3.1釜式反应器的物料衡算通式对连续釜式反应器，可简化为：对间歇釜式反应器，可简化为:假设温度均一浓度均一3.2等温间歇釜式反应器的计算（单一反应）间歇釜式反应器的特点是分批装料和卸料，因此操作方式灵活，特别适用于多品种、小批量的化学品生产。因此，在医药、试剂、助剂、添加剂等精细化工部门得到了广泛的应用。间歇反应器操作时间由两部分组成：一是反应时间，即装料完毕后算起至达到所要求的产品收率所需的时间；另一是辅助时间，即装料，卸料及清洗所需时间之和。设计间歇反应器关键在于确定每批所需时间，其中尤以反应时间确定最为重要，而辅助时间则根据经验确定。对非稳态操作，反应时间内：则物料衡算通式变形为：1.反应时间的计算3.2等温BR的计算恒容反应单一反应积分可得对单一反应，反应速率可表示为：3.2等温BR的计算一级反应非一级反应反应时间相同达到一定转化率所需的反应时间与反应器大小无关，只取决于动力学因素。温度越高，速率常数k越大，则达到相同转化率所需的反应时间t越短。区别t与cA0无关t与cA0有关3.2等温BR的计算2.反应体积t为反应时间：装料完毕开始反应算起到达到一定转化率时所经历的时间。计算关键t0为辅助时间：装料、卸料、清洗所需时间之和。经验给定(为提高间歇釜式反应器的生产能力,应设法减少辅助操作时间)3.2等温BR的计算3.反应器的体积Q0一般由生产任务确定用间歇反应器进行乙酸与乙醇的酯化反应，每天生产乙酸乙酯12000kg，其反应式为原料中反应组分的质量比A:B:S=1:2:1.35，反应液密度为1020kg/m3，并假定在反应过程中不变。辅助时间为1h。反应速率方程为rA=k1(cAcB-cRcS/K)。反应温度下k1=4.76×10-4L/(mol•min)，平衡常数K=2.92。试计算乙酸转化35%所需的反应体积。若反应器填充系数取0.75，则反应器实际体积是多少？例1解：首先计算原料处理量Q0，根据乙酸乙酯产量可算出每小时乙酸用量为原料液各组分起示浓度分别为由原料液中各组分质量比可算出原料处理量Q0为将题给的反应速率方程变换为转化率的函数(A)其中将(A)式代入得反应时间为由a,b及c的定义式知，(B)反应器的实际体积为则所需的反应体积为将有