连续搅拌釜式反应器的特性与设计_杨明(1)
化学反应工程_连续流动釜式反应器讲解
表3－5列出了平推流反应器和全混流反应器的反应
结果比较，其中 VR ，这是对等容过程而言。
V0
平推流反应器与全混流反应器的比较
补充知识点：空时与空速的概念：
空时：
Vr V0
反应体积 进料体积流量
（因次：时间）
表明 Vo , 处理能力
空速：
1 V0 FA0
Vr cA0Vr
因次 :时间-1
两釜串联操作时，第一釜在CA1下进行，仅第二釜 维持在CAf下进行，整个反应速度提高了一个水平；
在三釜串联操作时，前两釜都是在高于CAf的浓度 下进行，仅第三釜在CAf进行，反应速度比两釜串 联时又有所提高。可见，串联的釜数越多，反应 物浓度提高越多，反应速度越快，需要的反应时 间或反应器体积就越小。
物料出口处的物料参数； 2. 物料参数不随时间而变化； 3. 反应速率均匀，且等于出口处的速率，不随时间变化； 4. 返混＝∞
二、全混流反应器计算的基本公式
1. 反应器体积VR 衡算对象：关键组分A
V0, N A0,CA0
X A0 0
N A,CAf X Af
衡算基准：整个反应器（VR） 稳定状态：
空速的意义：单位时间单位反应体积所处理的物料量。 空速越大，反应器的原料处理能力越大。
多级全混釜的串联及优化
设有一反应，A的初始浓度为CA0，反应结束后最 终浓度为CAf,反应的平衡浓度为CA*，考察平推流 反应器和全混流反应器的浓度推动力。 由图示，显然有，ΔCA平>ΔCA全 平推流反应器中的浓度推动力大于全混流反应器 中的浓度推动力。结果，平推流反应器体积小于 全混流反应器体积。
浓度分布 ------ 推动力
反应推动力随 反应时间逐渐 降低
实验三 连续搅拌釜式反应器液相反应的动力学参数测定
实验三 连续搅拌釜式反应器液相反应的动力学参数测定一、实验目的连续流动搅拌釜式反应器与管式反应器相比较，就生产强度或溶剂效率而论，搅拌釜式反应器不如管式反应器，但搅拌釜式反应器具有其独特性能，在某些场合下，比如对于反应速度较慢的液相反应，选用连续流动的搅拌釜式反应器就更为有利，因此，在工业上，这类反应器有着特殊的效用。
对于液相反应动力学研究来说，间歇操作的搅拌釜式反应器和连续流动的管式反应器都不能直接测得反应速度，而连续操作的搅拌釜式反应器却能直接测得反应速度。
但连续流动搅拌釜式反应器的性能显著地受液体的流动特性的影响。
当连续流动搅拌釜式反应器的流动状况达到全混流时，即为理想流动反应器——全混流反应器，否则为非理想流动反应器。
在全混流反应器中，物料的组成和反应温度不随时间和空间而变化，即浓度和温度达到无梯度，流出液的组成等于釜内液的组成。
对于偏离全混流的非理想流动搅拌釜式反应器，则上述状况不复存在。
因此，用理想的连续搅拌釜式反应器（全混流反应器）可以直接测得本征的反应速度，否则，测得的为表观反应速度。
用连续流动搅拌釜式反应器进行液相反应动力学，通常有三种实验方法：连续输入法、脉冲输入法和阶跃输入法。
本实验采用连续输入的方法，在定常流动下，实验测定乙酸乙酯皂化反应的反应速度和反应常数。
同时，根据实验测得不同温度下的反应速度常数，求取乙酸乙酯皂化反应的活化能，进而建立反应速度常数与温度关系式（Arrhenius formula ）的具体表达式。
通过实验练习初步掌握一种液相反应动力学的实验研究方法。
并进而加深对连续流动反应器的流动特性和模型的了解；加深对液相反应动力学和反应器原理的理解。
二、实验原理1．反应速度 连续流动搅拌釜式反应器的摩尔衡算基本方程： dtdn dV r F F A vA A AO =---⎰)(0 （1） 对于定常流动下的全混流反应器，上式可简化为0)(=---V r F F A A AO （2） 或可表达为VF F r A AO A -=-)( （3） 式中；AO F ——流入反应器的着眼反应物A 的摩尔流率， 1-⋅s mol ；A F ——流出反应器的着眼反应物A 的摩尔流率， 1-⋅s mol ；)(A r -——以着眼反应物A 的消耗速度来表达的反应速度，13--⋅⋅s mmol ；由全混流模型假设得知反应速度在反应器内一定为定值。
理想混合连续搅拌釜式反应器(CSTR)
理想混合状态
物料在反应器内达到完全混合，不存在浓度和温度 的梯度分布。
反应器内各点的物料性质（如浓度、温度等）完全 相同，且随时间保持不变。
在理想混合状态下，反应器的性能达到最优，反应 效率和产物质量得到保证。
03
CSTR反应器的数学模型
物料平衡方程
进入反应器的物料流量与离开 反应器的物料流量相等，即输 入等于输出。
用于连续加入反应物和排出产物，实现连续化生产 。
工作流程
01
02
03
04
物料进入
反应物通过进料口连续加入反 应器内。
充分混合
在搅拌装置的作用下，物料在 反应器内充分混合，达到浓度 和温度的均匀分布。
反应进行
在适宜的反应条件下，物料在 反应器内进行化学反应。
产物排出
反应完成后，产物通过出料口 连续排出反应器。
100%
平均停留时间
表示物料在反应器内的平均停留 时间，影响反应器的生产能力和 产品质量。
80%
停留时间分布曲线
通过实验测定，可直观反映反应 器内物料的停留时间分布情况。
转化率与选择性
转化率
表示原料在反应器内转化为产 品的程度，是衡量反应器性能 的重要指标。
选择性
表示在给定转化率下，生成目 标产物的能力，反映反应器的 选择性能。
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缺点与挑战
能耗较高
连续搅拌过程需要消耗大量能量，导致CSTR反应器的能耗相对较 高。
设备复杂度高
CSTR反应器结构复杂，涉及搅拌、传热、传质等多个过程，设备 设计、制造和维护难度较大。
放大效应
在将实验室规模的CSTR反应器放大至工业生产规模时，可能会遇到 放大效应问题，影响反应器的性能和产物质量。
连续搅拌釜式反应器设计说明
专业：化学工程与工艺目录一、设计任务.............................................................................................................................. - 1 -二、确定反应器及各种条件...................................................................................................... - 1 -三、反应釜相关数据的计算...................................................................................................... - 1 -1.体积................................................................................................................................... - 1 -2.筒的高度和径................................................................................................................... - 2 -3.筒的壁厚........................................................................................................................... - 2 -四、夹套的计算.......................................................................................................................... - 3 -1.夹套的径和高度............................................................................................................... - 3 -2.夹套壁厚........................................................................................................................... - 3 -五、换热计算.............................................................................................................................. - 3 -1.所需的换热面积............................................................................................................... - 3 -2.实际换热面积................................................................................................................... - 4 -3.冷却水流量....................................................................................................................... - 4 -六、搅拌器的选择...................................................................................................................... - 4 -七、设计结果一览表................................................................................................................ - 5 -八、参考文献.............................................................................................................................. - 5 -一、设计任务某工段需要每天生产8吨乙酸丁酯。
连续搅拌反应器中自催化化学反应
连续搅拌反应器中自催化化学反应摘要：连续搅拌反应器操作较为简单，利用率高，所以被广泛应用于炸药等一般有机化合物的生产。
要想真正利用此反应器进行工业生产，就要熟知反应器本身的操作性能以及其相关反应特点，从而设计出更加合理的方案。
本文就多釜连续搅拌反应器为例，具体阐述了其作用原理和其反应器中化学反应的过程，以期帮助相关人员更加了解多釜连续搅拌反应器的工作原理，从而掌握其反应过程，以推动相关工业生产。
关键词：多釜连续搅拌反应器化学反应原理化学反应应用到生产实践中主要先解决两个问题：（1）反应所进行的方向和最大反应限度，以及外界印度对反应器平衡的影响；（2）化学反应进行的历程和反应速率。
掌握反应器的化学反应过程和反应原理，对于灵活应用反应器有十分重要的作用。
一、多釜连续搅拌反应器的缩合反应动力学研究1.缩合反应过程缩合反应是由甲醛和氨基磺酸氨在酸性物质的催化下，生成环三次甲基三磺酸铵胺（俗称：铵白盐（CH2NSO3NH4）3）和水（H2O）。
其具体操作过程为，在甲醛溶液中加入氨基磺酸氨，并在30℃温度下加入少量酸性催化剂（本研究使用盐酸），使溶液的PH值趋向酸性，然后反应器会自动进行化学反应，反应过程在半小时内完成，在反应结束后，加入一定量酒精进行稀释，析出铵白盐结晶，然后进行烘干、称重。
在缩合反应过程中，主要以盐酸为催化剂，并且要将甲醇溶液控制在一定的酸性PH值内，才能加速化学反应。
此外，在这个过程中要进行温度的控制，本研究采用30℃温度，其化学反应过程较快。
如果温度升高，缩合反应会加快，水解反应也会加快，当温度上升至45℃后，水解反应过快，会无法控制，导致实验结果出现误差，降低铵白盐的析出率，因此要进行一定的温度控制。
此过程中，有缩合反应和水解反应两个过程，其中95%的物质都参加缩合反应，水解反应只会使5%左右的铵白盐被水解掉。
2.缩合反应速度和速度常数测定此研究中，缩合反应的速度测定方法采用化学法，在不同的反应时间内，将反应液用酒精进行稀释，从而让化学反应立即停止下来，然后计算析出物，从而来获得不同时间内反应物的转化率。
连续搅拌釜式反应器(CSTR)控制系统设计 连续
连续连续搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器（（CSTR ）控制系统设计1. 前言连续搅拌釜式反应器（continuous stirred tank reactor ，简称为CSTR ）是聚合化学反应中广泛使用的一种反应器，该对象是过程工业中典型的、高度非线性的化学反应系统。
在早期反应釜的自动控制中，将单元组合仪表组成位置式控制装置，但是化学反应过程一般都有很强的非线性和时滞性，采用这种简单控制很难达到理想的控制精度。
随着计算机技术和PLC 控制器的发展，越来越多的化学反应采用计算机控制系统，控制方法主要为数字PID 控制。
但PID 控制是一种基于对象有精确数学模型的线性过程，而CSTR 模型最主要的一个特征就是非线性，因此PID 控制在这一过程中的应用受到限制。
随着现代控制理论和智能控制的发展，更加先进有效的控制方法应用于CSTR 的控制，如广义预测控制，神经模糊逆模PID 复合控制，自抗扰控制，非线性最优控制，基于逆系统方法控制，基于补偿算子的模糊神经网络控制，CSTR 的非线性H ∞控制等。
但任何一种复杂的化工反应过程都不能用一种简单的控制方式达到理想的控制效果。
目前先进的反应釜智能控制技术就是将智能控制理论和传统的控制方法相结合，如钟国情、何应坚等于1998年对基于专家系统的CSTR 控制系统进行了研究[1]，宫会丽、杨树勋等于2003年发表了关于PID 参数自适应控制的新方法[2]，冯斌、须文波等于1999年阐述了利用遗传算法的寻优PID 参数的模型参考自适应控制方法等[3]。
但由于这些控制方法的算法比较复杂，在算法的工程实现、现场调试及通用型方面存在着局限性，因此研究一种相对简单实用的CSTR 控制方法，更易为工程技术人员所接受。
本文在对CSTR 过程及其数学模型进行详细分析的基础上，针对过程的滞后性，采用Smith 预估算法与PID 控制相结合的方法实现CSTR 过程的控制，该方法具有实用性强及控制方法简单等特点，基于西门子PCS7系统完成了CSTR 过程控制系统设计。
连续搅拌釜式反应器(CTRS)控制系统设计
河南工业大学开放实验室实验项目设计报告连续搅拌釜式反应器（CTRS）控制系统设计学校：河南工业大学学院：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：X X X学号：目录1 前言 (2)2 工艺过程简介 (2)2、1 过程变量说明 (3)2、2 操作变量说明 (3)3 反应过程特性 (3)4 实验内容 (5)5 反应过程开车及正常运行 (6)6 开车步骤顺序控制 (7)7 思考题 (8)8 心得体会 (9)连续搅拌釜式反应器（CTRS）控制系统设计1、前言本连续反应过程是工业常见的典型的带搅拌的釜式反应器（CSTR）系统，同时又是高分子聚合反应。
本实验是当前全实物实验根本无法进行的复杂、高危险性实验，又是非常重要的基础反应动力学实验和反应系统控制实验内容。
此外，全实物实验还面临物料消耗、能量消耗、反应产物的处理、废气废液的处理和环境污染问题，以上各项问题比间歇反应更严重，因为连续反应的处理量大大超过间歇过程。
现有的连续反应实验系统实际上都是水位及流量系统，根本没有反应现象。
在本连续反应实验系统上除了进行常规控制系统实验外，还可以进行模糊控制、优化控制、深层知识专家系统（例如SDG法）故障诊断等高级控制实验。
2、工艺过程简介连续反应实验系统以液态丙烯为单体、以液态已烷为溶剂，在催化剂与活化剂的作用下，在反应温度70 1.0℃下进行悬浮聚合反应，得到聚丙烯产品。
在工业生产中为了提高产量，常用两釜或多釜串联流程。
由于在每一个反应釜中的动态过程内容相似，为了提高实验效率、节省实验时间，特将多釜反应器简化为单反应器连续操作系统。
丙烯聚合反应是在己烷溶剂中进行的，采用了高效、高定向性催化剂。
己烷溶剂是反应生成物聚丙烯的载体，不参与反应，反应生成的聚丙烯不溶于单体丙烯和溶剂，反应器内的物料为淤浆状，故称此反应为溶剂淤浆法聚合。
见图1-1所示，连续反应实验系统包括：带搅拌器的釜式反应器。
反应器为标准盆头釜，为了缩短实验时间，必须减小时间常数，亦即缩小反应器容积，缩小后的反应器尺寸为：直径1000 mm，釜底到上端盖法兰高度1376 mm，反应器总容积1.037 m3 ，反应釜液位量程选定为0-1300 mm （0-100%）。
搅拌釜式反应器
第一节 搅拌釜的构型
2.1.1 搅拌与混合
搅拌与混合是两个不同的概念，搅拌是指使釜 内物料形成某种特定形式的运动，如在釜内作循环 流动。搅拌的着眼点在于釜内物料的运动方式和激 烈程度，以及这种运动状态对给定过程的适应性。 某种单一相的物料只能是被搅拌而不是被混合。
主要的几何特性是叶轮直径(D)与搅拌釜直径(DT)的比值 (D/DT)、所需叶轮的个数和叶轮在釜内的位置 。
1．叶轮直径与搅拌釜直径的比值(D/DT)
2．叶轮在釜中的位置 3．叶轮的选择 4．叶轮的个数
图2-6 平桨式搅拌轮
2.1.5 搅拌槽中的打漩现象与挡板
1．打漩
无论是轴向流叶轮还是径向流叶轮，当 置于槽的中心位置上搅拌粘度不太高的液 体时，只要叶轮的旋转速度足够高，都会 产生切向流动，严重时可使全部液体沿着 围绕搅拌器轴的圆形轨道团团转。槽内液 体在离心力作用下涌向器壁，使周边部分 的液面沿槽壁上升，中心部分的液面自然 下降，于是形成一个大漩涡(图2-7)。 叶 轮的旋转速度愈大，漩涡的深度愈深。这 种流动形态叫做 “打漩”。
使液体在与叶轮轴平行方向上流动的叶轮称为轴向流叶 轮。凡叶轮叶片与叶轮的旋转平面之间的夹角小于90°者， 都是轴向流叶轮。其中最常用的是标准的船用螺旋桨(图22a)。螺旋桨搅拌器有一种独特的使用方式，即从槽的侧壁 插进槽内(2-2b)，使体积相当大的槽内的液体产生良好的 循环流动，这种方式常用于使沉降速度低而且没有腐蚀性 的纤维状固体物料保持悬浮，对于大到15000米3的汽油槽 搅拌就是这类典型搅拌操作之一。在轴流式叶轮中，还有 风扇形涡轮或有两个倾斜叶片的平桨(图2-2c和d) 。
连续操作釜式反应器的设计—多个串联连续操作釜式反应器的设计
FA ( i 1)
FAi
(rA )i VRi
0
• 故有
FA(i1) FAi (rA ) i VRi
• 整理得
VRi c A(i1) c Ai
V0
(rA )i
•
式中 则有
i
为物料在第ｉ釜内的平均停留时间，以 V Ri
V0
表示
i
VRi V0
c A(i1) c Ai (rA )i
• 若改浓度为反应转化率形式表示，则有
c A0
(1 k1 1)(1 k2 2 )
i=3
c A3
cA2
1 k3 3
c A0
(1 k1 1)(1 k2 2 )(1 k3 3 )
每小时处理的物料量：V0
FA0 cA0
0.684 0.004
171(L / h)
有效体积VR V0 (t t ') 171*(8.5 1) 1625L 1.63m3
实际体积V VR 2.17m3
例1
（3）若采用搅拌良好的连续操作的釜式反应器进行生产，反 应条件不变，求转化率为0.8时的反应时间和反应器体积。
这样的流动状况很接近理想混合流动模型或全混流模型 。
1、连续操作釜式反应器的特点
（1）反应器中物料浓度和温度处处相等，并等于反应器出口 物料的难度和温度。
（2）反应器内物料的所有参数，如浓度、温度等不随时间变 化，故不存在时间这个变量。
（3）稳定操作条件下，物料的加料速度不随时间发生变化。 （4）由于连续操作，反应釜不存在间歇操作中的辅助时间问
多釜串联恒容反应器计算的基 本公式
2、多釜串联连续釜式反应器的计算
• 假设多釜串联连续操作釜式反应器中各釜内均为理想混 合，且各釜之间没有逆向混合，如图所示。
连续搅拌釜式反应器详解
3.参考下列表格记录测定反应速率和反应速率常数的实验数据
实 验 序 号 1 2 3 4 5
反应温度T/℃
反应体积V/L 总体积流率Vs,0/L· min-1 反应物A的 出口浓 度 U/mV
(U-Uf)/mV
CA/mol· L-1
4.参考下列表格整理实验数据
实 验 组 号
反应温度T/K 空间时间/min 反应速率（-rA）/ mol· L-1· min-1 反应速率常数k/L· mol-1· min-1 (1) (2) (3) (4)
式中：τ=V/Vs,0，即为空间时间。对于恒容过程，进出口又无 返混时，则空间
时间也就是平均停留时间。因此，当V和Vs,0一定时，只要实验测得CA,0和CA， 即可直接测得在一定温度下的反应速率(-rA)。
2. 反应速率常数
CH3COOC2H5（A）+NaOH（B）→CH3COONa（C）+C2H5OH（D） 因为该反应为双分子反应，则反应速率方程为： (-rA)=kCACB 本实验中，反应物A和B采用相同的浓度和相同的流率，则上式可简为： (-rA)=kCA2 将上式线性化后，可得：lg(-rA)=2lgCA+lgk 当反应温度T和反应器有效容积V一定时，可利用改变流率的方法，测得 不同CA下的反 应速率（-rA）。由lg（-rA）对lgCA进行标绘，可得到一条 直线。由直线的截距lgk 求取k值。或用最小二乘法进行线性回归求得k 值。
2.
3.测定反应速率和反应速率常数的实验步骤
（1）停止加热和搅拌后，将反应器内的纯水放尽。启 动并调定计量泵，同时以等流率向器 内加入料液A和 B。待液面稳定后，启动搅拌器和加热器并控制转速和 温度恒定。当搅拌转速 在600r· min-1 时，总体积流率 在2.7~16L· h-1（相当于计量泵显示10~60 r·min-1）范围 （2）当操作状态达到稳定之后，按数据采集键，采集 与浓度CA相应的电压信号U。待屏幕 上 显示的曲线平直 之后，按终止采集键，取其平直段的平均值，即为与釜 内最终浓度CA相应 的U （3）改变流量重复上述实验步骤，测得一组在一定温 度下，不同流量时的U值数据。
连续搅拌釜式反应器的自适应预测控制器的设计.
连续搅拌釜式反应器的自适应预测控制器的设计摘要：本文主要论述了自适应预测控制器的设计。
该预测控制器模型是基于线性模型和运用适应机制设计而成的。
它可以被应用于非线性系统。
在回归最小二乘法的每一次抽样中，大家建议把区分线性函数模型的范围作为自适应技巧。
这种方法可作为一种非线性MIMO 系统应用于某一CSTR，这一系统包含很多可以测量到的干扰因素。
模拟可在正常工作状态或有干扰因素影响的的状态下进行。
关键词：模型预测控制自适应CSTR1. 介绍一些流程工业如化工和石化厂有特别的应用，简单的产品规格控制算法无法完全涉及控制和经济要求的每一个方面。
其中的一些规格多是非线性的，互动的，多变的以及存在干扰因素的。
然而，在这些系统的自动化等级结构中，先进过程控制的应用除使控制和产品达到要求外，还带来很大的经济利益。
任何先进过程控制法的支柱是模型预测控制[1]。
MPC(模型预测控制),是指一种计算，它估算一系列不同可操控的调整，使某一工厂运行良好。
它最初是为了满足特殊的控制需求的发电厂和石油精炼厂研制而成，现在被广泛应用于不同领域，包括化学品、石油化工、食品加工,汽车、航空航天、冶金、纸浆和造纸[2、3、4]。
对于MPC的理论问题，几位作者发表了极棒的评论，提出了经销商对工业MPC技术的观点，并总结了未来可能会出现的发展。
考虑到系统的非线性、线性模型的弱点，使人们从1990年开始研究非线性模型在MPC 中的应用。
到目前为止,许多MPC & NMPC方法的实施方案(非线性MPC)已经被报道。
[2、4]这使我们对商业上可用的MPC和NMPC技术有了一个全面的了解。
根据多种操作点新情况的发生的线性模型的改变是来扩展控制器非线性的线性系统的解决方案。
在本文中，我们把CSTR看作为一个高度非线性系统。
我们的模型预测控制器是基于一种(汽车ARMAX回归滑动平均与外部输入)模型的时候它的参数根据新的操作条件变化在恰当的位置。
连续搅拌釜式反应器(CSTR)控制系统设计 连续
连续连续搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器（（CSTR ）控制系统设计1. 前言连续搅拌釜式反应器（continuous stirred tank reactor ，简称为CSTR ）是聚合化学反应中广泛使用的一种反应器，该对象是过程工业中典型的、高度非线性的化学反应系统。
在早期反应釜的自动控制中，将单元组合仪表组成位置式控制装置，但是化学反应过程一般都有很强的非线性和时滞性，采用这种简单控制很难达到理想的控制精度。
随着计算机技术和PLC 控制器的发展，越来越多的化学反应采用计算机控制系统，控制方法主要为数字PID 控制。
但PID 控制是一种基于对象有精确数学模型的线性过程，而CSTR 模型最主要的一个特征就是非线性，因此PID 控制在这一过程中的应用受到限制。
随着现代控制理论和智能控制的发展，更加先进有效的控制方法应用于CSTR 的控制，如广义预测控制，神经模糊逆模PID 复合控制，自抗扰控制，非线性最优控制，基于逆系统方法控制，基于补偿算子的模糊神经网络控制，CSTR 的非线性H ∞控制等。
但任何一种复杂的化工反应过程都不能用一种简单的控制方式达到理想的控制效果。
目前先进的反应釜智能控制技术就是将智能控制理论和传统的控制方法相结合，如钟国情、何应坚等于1998年对基于专家系统的CSTR 控制系统进行了研究[1]，宫会丽、杨树勋等于2003年发表了关于PID 参数自适应控制的新方法[2]，冯斌、须文波等于1999年阐述了利用遗传算法的寻优PID 参数的模型参考自适应控制方法等[3]。
但由于这些控制方法的算法比较复杂，在算法的工程实现、现场调试及通用型方面存在着局限性，因此研究一种相对简单实用的CSTR 控制方法，更易为工程技术人员所接受。
本文在对CSTR 过程及其数学模型进行详细分析的基础上，针对过程的滞后性，采用Smith 预估算法与PID 控制相结合的方法实现CSTR 过程的控制，该方法具有实用性强及控制方法简单等特点，基于西门子PCS7系统完成了CSTR 过程控制系统设计。
一种连续搅拌釜式反应器[实用新型专利]
![一种连续搅拌釜式反应器[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/ad09f0e46c85ec3a86c2c527.png)
专利名称：一种连续搅拌釜式反应器专利类型：实用新型专利
发明人：李亭昕,刘彦广
申请号：CN201920442712.7
申请日：20190403
公开号：CN209696912U
公开日：
20191129
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种连续搅拌釜式反应器，该连续搅拌釜式反应器包括釜体、釜盖以及磁力驱动机构。
釜盖上固定有水平的调节板，于调节板下方的釜体外壁上固定有水平的固定板，于固定板下方的釜体外壁上固定有定位块，所述调节板和固定板上活动穿设有一定位杆，所述定位杆的上端固定有锁帽，下端具有拐臂，所述调节板和固定板之间的定位杆上设有弹簧，当拐臂卡于定位块下方时，弹簧处于压缩状态，且釜盖密封于釜体顶部。
该反应器在更换物料时，只需要旋转定位杆，使拐臂与定位块分离，利用弹簧复位向上的弹力将釜盖打开，以便工作人员更换物料，当物料更换完毕后，下压釜盖，使拐臂再次卡于定位块下方，实现釜盖对釜体的密封覆盖。
申请人：中国地质科学院水文地质环境地质研究所
地址：050000 河北省石家庄市中华北大街268号
国籍：CN
代理机构：石家庄开言知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：赵俊娇
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化学反应工程连续流动釜式反应器
补充知识点：空时与空速的概念：
空时：
Vr V0
反应体积 进料体积流量
（因次：时间）
表明 Vo , 处理能力
空速：
1 V0 FA0
Vr cA0Vr
因次 :时间-1
空速的意义：单位时间单位反应体积所处理的物料量。 空速越大，反应器的原料处理能力越大。
第九页，编辑于星期六：十八点 一分。
第十八页，编辑于星期六：十八点 一分。
2. 一级不可逆等容单一反应 对于一级不可逆反应，可以直接建立级数m和最终转
化率之间的关系，不必逐级计算。
第i级
VRi
V0 (CAi1 CAi ) rAi
式中 rAi kCAi
上式可化为
k i
(CAi1 CAi ) CAi
CAi 1
CAi1 1 k i
第十五页，编辑于星期六：十八点 一分。
在三釜串联操作时，前两釜都是在高于CAf的浓度下 进行，仅第三釜在CAf进行，反应速度比两釜串联时
又有所提高。可见，串联的釜数越多，反应物浓度提 高越多，反应速度越快，需要的反应时间或反应器体 积就越小。 将几个全混釜串联起来操作就构成了多釜串联反应器。
第十六页，编辑于星期六：十八点 一分。
设有4级串联全混流反应器，其浓度推动力如图所示。
ΔCA多=(CA1－CA*)1+(CA2－CA*)2+(CA3－CA*)3+(CA4－CA*)4 显然ΔCA平>ΔCA多>ΔCA全 当级数为∞，则ΔCA平＝ΔCA多
CA0
CA0
CA1
CA2
CA1
CA3
CA4
CA2
CA3
CA4
CA*
第十三页，编辑于星期六：十八点 一分。
2.5 理想混合连续搅拌釜式反应器CSTR
图解法
例3-5、例3-6讲解
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，同时容易在某些反应中导 致副反应的增加。
则出口转化率XAN=1- CAN / CA0 若已知CA0 、CAN 、N，求VR需用试差法。 若各釜体积相同，则各直线斜率相同。
若各釜温度不同，则应分别作动力学曲线，各釜直线分别与各自曲线相交。
2.Байду номын сангаас 理想混合连续搅拌釜式反应器（CSTR）
理想混合连续搅拌釜式反应器（CSTR）
连续操作釜式反应器的结构和间歇操作釜式反应器相同，但进 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。
在连续操作釜式反应器内，过程参数与空间位置、时间无关， 各处的物料组成和温度都是相同的，且等于出口处的组成和温度。
为了降低逆向混合的程度，又发挥其优点，可采用N－CSTR，这样可以使 物料浓度呈阶梯状下降，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。
n-CSTR的基础设计式
在Δτ、ΔV内对任意第i釜内的反应物A进行物料衡算
➢ [A的积累量]=[A的进入量]-[A的离开量]-[A的反应量] 0 = FAi-1 Δτ- FAiΔτ- (-rA)iVRi Δτ
τ i≡ V V R 0 i=CA ( i- -1r- AiC )Ai=CA0xA ( i- - rx AiA ) i-1
化学反应工程_连续流动釜式反应器讲解
如图依次作出CA0A1、 CA1A2 、CA2A3……，求出 CA1 、CA2 、 CA3……。
rA
M rA=kf(CA)
A1
A2
-1/1
A3 -1/2
-1/3 O
CAm CA3 CA2 CA1 CA0 CA
三、多级全混流反应器串联的优化
在设计反应器时，物料处理量V0、进料组成及最终转化 率XAm是由工艺条件确定的。
将几个全混釜串联起来操作就构成了多釜串联反 应器。
CA0
xA1
xA2
xAi-1
xAi
V0
CA1 V0
CA2 V0
CAi-1 V0
CAi V0
xAm CAm
V0
VR1
VR2
VRi-1
VRi
VRm
二、多级全混流反应器的计算
1. 解析计算 多级全混流反应器串联操作如上图所示。 设：稳定状态，等温，等容。 对第i级作A的物料衡算，则有
1 CAm CA0
故
xAm
1
m i 1
1
1 ki
（3－31）
当每级体积相等时 则可进一步简化
1 2 3 ... m
xAm
1
m i 1
1
1 ki
1
1
1 k
m
（3－32）
或
1 k
1
1
x 1/ m Am
1
总体积
VR
mVRi
mV0
mV0 k
1
1
x 1/ m Am
1
VRi
V0CA0 (xAi rAi
xAi1)
反应器总体积 为
VR
m
VRi