釜式反应器的结构

合集下载

4了解釜式反应器的特点及结构

第六章
认识压力容器
知识点1. 了解反应压力容器的作用及类型
第 2节
认识反应压力容器
知识点2. 了解固定床反应器的特点及结构
知识点3. 了解流化床反应器的特点及结构
知识点4. 了解釜式反应器的特点及结构
知识点4.
结构
了解釜式反应器的特点及结构
特点
1）、釜体：是一个密闭容器，为物料进行化学反应提供一定的空间，通常由圆形筒体和上下封头组成。 2）、传热装置：反应釜内的化学反应通常伴有反应热，因此需
反应釜是一种典型的反应源自压力容器。它在一定的压力和温度下，将一定容积的多种物料搅拌混合，反应所发出或所需的热量由换热装置带走或输入，该设备促进化学反应的进行。
要设置传热装置来输入或带走反
应热，通常在釜体内设置蛇管或在釜体外设置夹套。
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
搅拌反应釜结构图

釜式反应器的特点

间歇操作物料一次性加入釜中，反应结束后一次性排出。所有物料的反应时间相同，物料和产物的浓度及化学反应速率均随时间而变化，是一个非定态过程。其生产能力小，产品质量不稳定，劳动强度大，不易自动控制和自动调节。宜于小批量、多品种的生产。
釜式反应器的特点
单釜连续操作物料不断加入，产物不断的流出。在搅拌作用下，釜内各点浓度均匀一致，出口浓度与釜中浓度相同，属定态过程。但物料在釜内停留时间不一，因而会降低转化率。其产品质量稳定，易于自动控制，宜于大规模生产。
釜式反应器的特点
多釜串联操作可分段控制反应，提
高每釜的推动力。克服单釜连续操作中返混大，物料浓度低的缺点；温差小，易于稳定控制温度。生产中常采用2-4釜串联。
釜式反应器的特点
半连续操作一种物料一次性全部加入，另一种物料连续加入。物料浓度随时间不断变化，属非定态过程。适宜于小型生产，对放热剧烈的反应，用改变进料速度的方法来调节放热量的变化，达到控制温度的目的。
釜式反应器
一、釜式反应器的结构
釜式反应器
釜体：由壳体和上、下封头组成，其高与直
径之比一般1~3之间。必须提供足够的体积
以保证反应物有一定的停留时间来达到规
定的转化率；必须有足够的强度和耐腐蚀
能力以保证操作安全可靠。
釜式反应器
换热装置
釜式反应器
搅拌装置：由搅拌器和传动装置组成
二、釜式反应器的特点
反应时间（t）可参考动力学方程结合物料衡算求得，或者由生产经验值与实验值获得。辅助时间（t’）由实践经验确定。

2. 反应釜的总容积（VT）
VT VR /
装料系数一般在0.4～0.85之间，不起泡不沸腾的物料可取0.7～0.85，易起泡或沸腾的物料可取0.4～0.6

化学反应工程第2讲釜式反应器资料

2018/10/20
《化学反应工程》
20
• 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。
2018/10/20
《化学反应工程》
21
2018/10/20
《化学反应工程》
22
2018/10/20
《化学反应工程》
23
2018/10/20
1、式搅拌器主要用于流体的循环，不能用于气液分散操作。 2、折叶式比平直叶式功耗少，操作费用低，故折叶桨使用较多。
桨式搅拌器常用参数（表8-5）
推进式搅拌器
推进式搅拌器常用参数（表8-6）
推进式搅拌器的特点
轴向流搅拌器
循环量大，搅拌功率小
常用于低粘流体的搅拌结构简单、制造方便
搅拌器的常见种类及其应用
• 5、锚式搅拌器 • 锚式搅拌器顾名思义，叶片形状与船舶的锚极为相似。锚式搅拌器的叶片尺寸与搅拌槽尺寸相近，两者在组合后只留有极小的间隙，这样锚式搅拌器的叶片在旋转时能清除搅拌槽内壁上的反应物，维持搅拌器的搅拌效果。 • 锚式搅拌器可用于搅拌粘度较高的物料。
6、螺带式搅拌器 • 螺带式搅拌器的叶片为螺带状，螺带的数量为两到三根，被安装在搅拌器中央的螺杆上，螺带式搅拌器的螺距决定了螺带的外径。螺带式搅拌器通常是在层流状态下操作。 • 适用于粘稠度高的液体和拟塑性的流体混合。
2018/10/20
《化学反应工程》
8
• 由于材料Q235A不耐酸性介质腐蚀，常用的还有不锈钢材料制的反应釜，可以耐一般酸性介质。经过镜面抛光的不锈钢制反应釜还特别适用于高粘度体系聚合反应。 • 铸铁反应釜在氯化、磺化、硝化、缩合、硫酸增浓等反应过程中使用较多。

聚合反应器的分类介绍

聚合反应器的定义：
完成聚合反应过程的设备称为聚合反应器
聚合反应特点：
反应机理复杂，聚合方法多样，且大多数反应体系随着聚合反应的进行，体系中的粘度急剧上升，物料粘壁等现象给聚合反应器的选型和设计带来一定的难度。
聚合反应器的型式及特点
1．釜式反应器也称搅拌釜反应器。它的适应性强，操作弹性大，适用的温度和压力范围广。既可用于间歇(分批)操作，亦可用于连续操作。用于连续操作时，釜内的温度、浓度均一，容易控制，所得产品质量均一，因而广泛应用于高分子合成工业中。
另一种是将电热棒直接安装在夹套内，加热夹套内的联苯混合物。此种加热方式结构简单，费用低，操作简便，联苯渗漏及热损失小。
卧式反应器
一、卧式反应器的工作原理在聚合过程中，有时前后不同阶段物料的特性差异很大，对
反应条件的要求亦不尽相同如聚合前期物料体系粘度低，放热多，流动较容易，而在聚合后期则往往相反，且希望在反应进行的同时能去除生成的低分子物，此时在生产中往往采用卧式反应器。
此外在聚合物的生产过程中，除聚合反应器外，还有许多带搅拌装置的容器(如原料配制槽、溶解槽、浆料配制槽、沉析槽等)。
2．管式(塔式)反应器管式(塔式)聚合反应器的构造比较简单，这种反应器一
般用于处理粘度较高的均相反应物料。它属于连续流动反应器，原料从管的一端连续送入，在管内完成升温、反应等，而产物和未反应的单体从另一端连续排出。 3．特种反应器
通常螺带式搅拌器其螺距s与搅拌器直径d之比为s/d＝1，螺带叶宽b 与釜径D之比为b/D-0.1，d/D0.95。
由于外螺带可以与釜内壁很好地吻合，直接刮扫釜壁上的液体，有利于夹套式搅拌釜的传热与去除釜壁处的沉积物。
（二）搅拌器的选型

2.1釜式反应器的结构与特点

想一想：每种换热装置名称对应哪个示意图？ A.夹套式 B.蛇管式 C.列管式 D.外部循环式 D.直接火热式 E.回流冷凝式
1.
2.
3.
4.
5.
6.
釜式反应器
化工
①夹套式
夹套是套在反应器筒体外面能形成密封空间的容器，既简单又方便。当反应釜容积不大、需传热面积较小、载热体压力不高时宜使用。
釜式反应器
釜式反应器
化工
⑤ 回流冷凝式
当物料在沸腾的状态下进行反应，可利用部分物料气化撤热，气化后的物料经釜外冷凝器冷凝后回流入釜。
釜式反应器
化工
⑥直接火热式
当反应温度高达873K以上时，应采用直接火热式或者电感加热式换热器。
总结：你学到了什么？
化工
釜式反应器基础知识釜式反应器的特点釜式反应器的安保和维护釜式反应器的操作方法
化工
2.1 釜式反应器的结构与特点
釜式反应器
化工
1、带有搅拌装置且高径比不大的反应设备。
2、特点 ➢有液相参与的反应 ➢适用于常压、低压操作，适应性强，易于清理 ➢体积偏大，生产能力低，不适合转化率高的反应
釜式反应器
化工
3.釜式反应器由哪些部分构成？
壳体
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ换热装置
反
应
搅拌装置
釜
传动装置
轴封装置
壳体和搅拌器可选用碳钢材料，为了防腐效果，可有内衬。
釜式反应器
化工
（1）壳体
主要包括筒体、底、盖、手孔或人孔、视镜及各种工艺接管口。常用的形状如下：
釜式反应器
化工
（2）搅拌器
其作用是强化反应物料的均匀混合，从而强化传质、传热，常见的搅拌器形式有：

釜式反应器的结构课件

密封装置
总结词
密封装置的主要作用是防止反应物料泄漏，保证反应过程的密闭性。
详细描述
密封装置通常由密封垫、密封圈和紧固件组成。密封垫可以采用石棉垫、金属垫等材料；密封圈可以采用橡胶、聚四氟乙烯等材料。密封装置的设计应考虑耐腐蚀、耐高温和耐高压等性能要求。
进料/出料系统
总结词
进料/出料系统的主要作用是实现反应物料和生成物的进出料操作。
02
釜体
总结词
釜体的主要作用是提供反应所需的空间，并承受反应物料的压力和温度。
详细描述
釜体通常由厚实的钢板焊接而成，能够承受反应过程中产生的压力和温度。根据不同的工艺需求，釜体有立式和卧式两种常见结构。
搅拌装置
总结词
搅拌装置的主要作用是促进反应物料的混合，提高反应效率。
详细描述
搅拌装置通常由搅拌器、搅拌轴和搅拌桨组成。根据不同的工艺需求，可以选择不同类型的搅拌桨，如推进式、涡轮式、锚式等。搅拌装置的设计和安装应确保良好的混合效果和防止死角。
材料选择
耐腐蚀性
选择具有良好耐腐蚀性能的材料，以适应反应过程中可能产生的各种腐蚀性物质。
热稳定性
选择具有良好热稳定性的材料，以承受反应过程中的高温和低温条件。
机械性能
确保材料具有足够的机械强度和稳定性，以承受反应过程中的压力和温度变化。
经济性
在满足性能要求的前提下，考虑材料的经济性，降低生产成本。
原料通过进料口进入反应釜，在搅拌作用下与催化剂混合，加热至反应温度后进行反应，产物通过出料口排出。
该釜式反应器具有较大的反应体积和高效的搅拌能力，能够实现连续生产和提高产量。
某制药企业的釜式反应器案例
案例概述某制药企业使用釜式反应器进行药物中间体的合成。

第三章釜式反应器

��
1
= − ln 1 − ��
1 − ��
��
化学反应工程——釜式反应器
7
t与CA0有关 t与CA0无关
2. 间歇反应器的反应体积：
�� = �� + ��
式中： Q0— 单位时间内处理的反应物料的体积（由生产任务决定） t— 反应时间 t0— 辅助时间
1 − ��
��
��
1 反应时间：�� =
��
�� 1 − ��
若 �� ≠ 1
t = 1 − ��
−1
�� − 1 ��
若 �� = 1
1 �� = ��
�� = = ��
(5)
��
初始条件： t=0时，CA=CA0 ; CP=0; CQ=0
对 ( 4 ) 积分得： ∴ �� =
ln =
ln
(6)
由此式可求得为达到一定的XA所需要的反应时间,式（6）也可写成：
�� = �� exp − �� + ��
1 − exp − �� + ��
�� + ��
两种产物的浓度之比，在任何反应时间下均等于两个反应的速率常数之比。
化学反应工程——釜式反应器
16

釜式反应器—釜式反应器的结构

➢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；按照叶轮又可分为平直叶和弯曲叶。涡轮搅拌器速度较大，300～600r／min 。涡轮搅拌器的主要优点是当能量消耗不大时，搅拌效率较高，搅拌产生很强的径向流。因此它适用于乳浊液、悬浮液等。
➢推进式搅拌器推进式搅拌器，搅拌时能使物料在反应釜内循环流动，所起作用从外型上是一高径比接近于一的圆筒型反应器。
反应器结构:反应器筒体、各种接管、搅拌装置、密
封装置和换热装置等。
釜式反应器的基本结构
基本结构：壳体结构、搅拌器、密封装置、换热装置
反应器的筒体皆为圆筒形。底、盖常用的形状有平面形、碟形、椭圆形和球形，也有的釜底为锥形。
•
反应釜的顶盖也叫上封头，通过法兰将顶盖
当加热温度超过250℃时，可采用联苯混合物的蒸汽加热，根据其冷凝液回流方法的不同，也可分为自然循环与强制循环。
➢电加热
是一种操作方便、热效率高、便于实现自控和遥控的一种高温加热方法。有电阻加热、感应电流加热、短路电流加热三种类型。
➢烟道气加热
用煤气、天然气、石油加工废气或燃料油等燃烧时产生的高温烟道气作热源加热设备，可用于300℃以上的高温加热。缺点是热效率低，给热系数小，温度不易控制。可用于300℃以上的高温加热。
一般多采用直接冷却方式，即利用制冷剂的蒸发直接冷却冷间内的空气，或直接冷却被冷却物体。制冷剂一般有液氨、液氮等。成本较高。
有些情况下则采用间接冷却方式，即被冷却对象的热量是通过中间介质传送给在蒸发器中蒸发的制冷剂。中间介质起传送和分配冷量的媒介作用，称为载冷剂。常用的载冷剂有三类，即水、盐水及有机物载冷剂。
釜式反应器的传动和密封装置
电动机

釜式反应器的结构、分类以及选型

釜式反应器的结构、分类以及选型釜式反应器在有机化工生产和精细化工生产中应用十分广泛。

不但用于酯化反应、皂化反应这样的均相反应，而且也广泛用于除气相反应以外的几乎所有的反应，如液相、液液相、液固相、气液固相反应等。

01 釜式反应器结构釜式反应器也称反应釜，它主要由搅拌器、罐体、夹套、压出管、人孔、轴封、传动装置和支座等部分构成。

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02 装填系数1）装填系数一般取0.6-0.85；2）如物料在反应过程中呈泡沫或沸腾状态，取0.6-0.7；3）如物料在反应过程中比较平稳，取0.8-0.85。

03 搅拌器的作用和分类1）混合：体系中的不同物质混合均匀。

2）搅动：物料强烈流动，提高传热、传质速率。

3）悬浮：细小颗粒在液体中均匀悬浮，防止沉降、加速溶解等。

4）分散：气体或液体充分分散成细小气泡或液滴，促进传质和反应，控制粒度。

反应釜搅拌类型根据不同的搅拌方式和搅拌结构可以分为多种类型。

以下是一些常见的反应釜搅拌类型：按搅拌方式分：1）锚式搅拌：通过在反应釜内壁上固定锚形或刮板形的搅拌器，使反应物料在反应釜内壁上形成循环流动，从而实现搅拌效果。

2）桨叶式搅拌：通过安装在反应釜顶部或底部的桨叶形搅拌器，使反应物料在釜内形成强烈的涡流和对流，从而实现搅拌混合效果。

3）框架式搅拌：通过安装在反应釜壁上的框架形搅拌器，使反应物料在框架内形成循环流动，从而实现搅拌效果。

4）螺带式搅拌：螺旋叶片通过旋转将物料向上提升，然后再自由落下，从而实现了充分混合和均匀分布。

5）螺旋式搅拌：通过在反应釜内部安装螺旋形搅拌器，使反应物料在螺旋叶片的推动下实现循环流动和搅拌混合。

按加热/冷却方式分类1）水加热反应釜当对温度要求不高时，可采用这种加热方式。

其加热系统有敞开式和密闭式两种。

敞开式较简单，它由循环泵、水槽、管道及控制阀门的调节器组成。

连续操作釜式反应器课件

应急处理
对于可能发生的突发情况，应制定相应的应急处理措施，并进行定期演练，以确保操作人员在关键时刻能够迅速、准确地应对。
危险化学品管理
化学品分类
对连续操作釜式反应器涉及的化学品进行分类，明确各类化学品的危险性，为后续的管理提供依据。
化学品储存
化学品应存放在专门的储存区域，确保储存环境符合化学品的要求，防止因储存不当导致的安全事故。
反应器内温度异常会影响反应效果和产品质量，通过温度传感器实时监测，并结合反应过程数据
进行诊断。
搅拌不均匀
搅拌系统故障会导致反应物混合不均匀，通过观察搅拌电流、搅拌桨转速等参数，以及反应物取
样分析进行诊断。
故障预防措施
01
02
03
定期检查
定期对连续操作釜式反应器及其附属设备进行检查，确保设备处于良好状态。
易于控制
通过调节进料速率、温度、压力等操作参数，实现对连续操作釜式反应器的灵活控制。
适合于大规模生产
连续操作釜式反应器适用于工业化生产，满足大批量生产需求。
连续操作釜式反应器的应用领域
化工领域
连续操作釜式反应器广泛应用于合成气、合成氨、合成甲醇等化工生产过程中。
医药领域
在医药领域，连续操作釜式反应器可用于合成抗生素、维生素等药物的生产。
02 03
技术创新
为适应新能源材料制备的需求，连续操作釜式反应器在结构、材质和控制系统等方面进行了多项创新。例如，采用新型陶瓷材料增强设备的耐腐蚀性，设计特殊结构的电极以提高电化学反应效率等。
应用前景
随着新能源产业的快速发展，连续操作釜式反应器在新能源材料制备领域的应用前景日益广阔。例如，可用于锂离子电池正极材料的合成、燃料电池催化剂的制备以及太阳能电池材料的生产等。

釜式反应器

• 式中，nI为体系中参与反应的任意组分I的摩尔数， αI为其计量系数，nI0为起始时刻组分I的摩尔数。
模块一釜式反应器
3.转化率
转化率是指某一反应物转化的百分率
某一反应物的转化量 n A0 n A xA ＝该反应物的起始量 n A0
应用：
nA=nA0(1-xA)
CA=CA0(1-xA)
最后结合反应动力学数据来感觉反应结果。
模块一釜式反应器
二、均相反应动力学基础
均相反应：参与反应的各化学组分处于同一相（气相或液相）内进行化学反应。
气相均相反应
包括液相均相反应
特点：反应物系中不存在相界面
模块一釜式反应器
均相反应动力学是研究均相反应过程的基础，也为工业反应装置的选型、设计计算和反应器的操作分析提供理论依据和基础数据。
理想流动模型理想混合流动模型
非理想流动
模块一釜式反应器
（一）理想流动模型 1.理想置换流动模型
理想置换流动模型也称作平推流模型或活塞流模型。任一截面的物料如同气缸活塞一样在反应器中移动，垂直于流体流动方向的任一横截面上所有物料质点的年龄相同，是一种返混量为零的极限流动模型。
加料产物
模块一釜式反应器
• 大量实验表明，均相反应的速率是反应物系组成、温度和压力的函数。 • 反应压力通常可由反应物系的组成和温度通过状态方程来确定，不是独立变量。所以主要考虑反应物系组成和温度对反应速率的影响。 • 化学反应动力学方程有多种形式，对于均相反应，方程多数可以写为（或可以近似写为，至少在一定浓度范围之内可以写为）幂函数形式，反应速率与反应物浓度的某一方次呈正比。
模块一釜式反应器
（二）非理想流动

第一组-釜式反应器结构

硫酸具有酸性和腐蚀性。

应选用铸铁的反应釜：因为此反应釜耐酸具有良好的抗腐蚀性，此生产过程无较大的冲击，且温度条件适合。
选用k型低压反应釜采用机械密封的方法。，以法兰连接的方法连接。
选用反应釜：

1、钢制反应釜: 特点是制造工艺简单，造价费用较低，维护检修方便，使用范围广泛，化工生产普遍采用。最常见的钢板反应釜的材料为Q235A（或容器刚）。用Q235A材料制作的反应釜不耐酸性介质腐蚀，不锈钢材料的反应釜可以耐一般酸性介质，经过镜面抛光的不锈钢制反应釜还特别适用于高粘度体系聚合反应。

搪玻璃反应釜具有如下特性：耐腐蚀性：它能耐大多数无机酸、有机酸、有机溶剂等介质，尤其在盐酸、硝酸、王水等介质中具有良好的耐腐蚀性能。耐热性：允许在 -30 — +240 ℃范围内的使用，耐热温差小于120℃，耐冷温差小于110℃。耐冲击性：耐冲击性较小，因而使用时应避免硬物冲击碰撞。搪玻璃反应釜在运输和安装是要防止碰撞。加料时严防重物掉入容器内。使用时要缓冲加压升温，防止剧变。

搅拌装置由搅拌轴和搅拌电机组成，其目的是加强反应釜内物料的均匀混合，以强化反应的传质和传热。 1.浆式搅拌器； 2.框式搅拌器；

3.锚式搅拌器；
4.旋桨式搅拌器； 5.涡轮式搅拌器； 6.螺带式搅拌器。
浆式搅拌器
框式搅拌器
锚式搅拌器
旋桨式搅拌器
涡轮式搅拌器
螺带式搅拌器
（三）换热装置

釜式反应器的筒体皆制成圆筒形。底、盖常用的形状有平面形、碟形、椭圆形和球形，釜底也有锥形，见图。
平面形结构简单，容易制造，一般在釜体直径小，