釜式反应器--化工-PPT
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反应器(化工设备操作维护课件)
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2023/10/13
表 釜式反应器常见故障与处理方法
故障 搅拌轴转数降 低或停止转动
搪瓷搅拌器脱 落 出料不畅
产生原因 皮带打滑 皮带损坏 电机故障 被介质腐蚀
出料管堵塞 压料管损坏
处理方法
调整皮带 更换皮带 修理或更换电机 更换搪瓷轴或修 补 清理出料管 修理或更换配管
2、特点：反应过程伴有传热、传质和反应物的流动过程。 物理与化学过程相互渗透影响，反应过程复杂化。
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2023/10/13
§1-2 反应器的类型
• 反应器的类型： 釜式反应器 管式反应器
操作方式 材料 操作压力 绝热管式
换热管式
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2023/10/13
2023/10/13
b. 机械密封
机械密封 结构较复 杂，但密 封效果甚 佳。
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2023/10/13
4、换热装置
换热装置是用来加热或冷却反应物料，使之符合工艺 要求的温度条件的设备。
其结构型式主要有夹套式、蛇管式、列管式、外部循 环式等，也可用回流冷凝式、直接火焰或电感加热。
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2023/10/13
第六章 反应器
第二节 釜式反应器
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2023/10/13
§2-1 反应釜基本结构
（一）基本结构：
壳体 密封装置 换热装置 传动装置
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2023/10/13
1、搅拌釜式反应器的壳体结构
壳体结构：一般为碳钢材 料，筒体皆为圆筒型。釜 式反应器壳体部分的结构 包括筒体、底、盖（或称 封头）、手孔或人孔、视 镜、安全装置及各种工艺 接管口等。
《釜式连续反应器》课件
04
原料经进料口进入反应釜，在 搅拌作用下与催化剂等反应物
质充分混合。
通过加热/冷却系统将温度控 制在适宜的反应温度范围内， 使原料在反应釜内进行连续反
应。
反应过程中，物料在釜内不断 循环流动，以保证反应的均匀
性。
经过一定时间后，完成反应的 产物经出料口排出，进入下一
道工序。
釜式连续反应器的操作条件
压力
根据不同反应的需要，釜式连续反应器需 要在一定的压力下工作，通常为常压或负 压。
安全措施
由于釜式连续反应器涉及易燃、易爆、有 毒等危险物质，因此需要采取严格的安全 措施，如防爆、防火、防泄漏等。
温度
反应温度是影响釜式连续反应器性能的重 要因素，需要根据具体的化学反应来确定 。
搅拌速度
搅拌速度影响物料的混合均匀度和反应速 度，需要根据实际情况进行调整。
节省空间
连续操作可以减少所需设备数 量，从而节省空间。
釜式连续反应器的局限性
01
高能耗
为了维持连续操作，需要大量的能 源。
对原料要求高
为了保持连续操作的稳定性，对原 料的质量和供应要求较高。
03
02
维护成本高
由于设备连续运转，维护和修理的 频率增加。
操作难度大
连续操作需要精确控制各种参数， 对操作人员的技术要求较高。
根据物料流量、反应速 度和停留时间等参数， 计算反应器的尺寸，包 括反应器的高度、直径 等。
对反应器进行强度和稳 定性分析，确保其能够 承受工艺条件下的压力 和温度波动。
釜式连续反应器的设计计算实例
实例1
某化工厂需要生产某种化工原料，采用釜式连续反应器进行生产。根据工艺要求和物料 性质，选择合适的材料和结构，进行设计计算，最终确定反应器的尺寸和操作参数。
第三章釜式反应器
CAf、xAf
进料
出料
反应物料以稳定的流入速率进入反应 器后，粒子平行地向前移动。
特征：1）垂直于物料流向的任一截面 上，所有的物系参数T、P、C、u都 是均匀的（相同的）
2）所有的粒子在反应器内的停留时间
都相同。
i
VR V0
实际生产中属于理想置换的情况有：
管式反应器：它的流型基本上是理想置换模型
流动：物料粒子在反应器内的逗留时间可能 并不相同，可能存在着不同程度的返混和 逗留时间分布问题。物料处于连续稳定流 动。
综上所述，二者的区别
间歇反应器 流动反应器
加料方法 间歇
连续
粒子停留 相同 时间
可能不同（也可能相同， 当理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ置换时）
c
(
)
t M
( c M
)t
停留时间 分布
≠0（即浓度随 时间而变）
（1）反应物系参数的变化情况不同
间歇反应器：物料是间歇地加入和取出， 物料不流动，反应的各种参数（如温度、 浓度、压力等）随时间而变，但不随反 应器内空间位置而变。
c () t M
c 0,(M)t
0
流动反应器：物系参数只随位置而变，不
随时间而变
c
c
() t M
0,(M)t
0
（2）质点流动状况不同
间歇：物料中的所有流体粒子（流体粒子是 能代表反应物系特征的微元）。在反应器 内的反应时间是相同的，不存在返混或逗 留时间分布问题。反应物料（质点）不流 动。
实际生产中的多数槽式反应器都可作全混 流反应器处理。
在这两种理想流动反应器的基础上，经 过适当修正和组合，可以得到比较符 合实际多种非理想流动模型。例如在 活塞流模型基础上考虑轴向返混的返 混模型、考虑流速分布的层流模型等。 在全混流基础上发展的多级串联全混 流模型等。
釜式反应器(一)
反 应 器 流 动 模 型
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。
1.非理想流动形成的原因
1.滞留区的存在 2.沟流和短路 3.循 环 流 4.流体流速分布 不均匀 5.扩 散
滞留区是指反应器内流体流动极慢以至几乎不流 动的区域，也称死角、死区。由于滞留区的存在， 使得部分流体的停留时间极长。滞留区主要产生 于设备的死角中，如设备两端、挡板与设备壁的 在固定床反应器、填料塔以及滴流床反应器 交接处以及设备设有的其他障碍物时，最易产生 中，由于催化剂颗粒或填料装填不匀，造成一低 死角。若要减少滞留区的存在，主要通过合理的 阻力通道，使得部分流体快速从此通道流过从而 设计来保证。 形成沟流。 短路则是在设备设计不良时产生的现象，流 实际的釜式反应器、鼓泡塔和流化床中都存 体在设备内的停留时间极短，例如当设备的进出 由于流体在反应器内的径向流速分布不均匀， 在着流体的循环流动。 口离得太近时就会出现短路。 由于分子扩散及涡流扩散的存在而造成了物料质 从而造成流体在反应器内的停留时间不同。当 点之间的混合，使停留时间的分布偏离理想流动 反应器内流体的流速较小时，形成滞流，此时 状况。 流体在径向方向上的流速呈抛物线分布；当反 应器内流体的流速较大时，形成湍流，此时流 体在径向方向上的流速分布比较平坦。
一、反应器流动模型 二、均相反应动力学基础 三、釜式反应器的生产原理 四、多个理想连续釜式反应器的串联操作 五、连续操作釜式反应器的热稳定性
釜式及均相管式反应器课件
釜式及均相管式反应器课件
目录
contents
反应器概述釜式反应器均相管式反应器釜式与均相管式反应器的比较反应器的维护与保养
01
反应器概述
反应器是一种用于实现化学反应的设备，能够提供化学反应所需的条件，如温度、压力、浓度等。
根据反应物状态、操作方式、反应机理等不同，反应器可分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、流化床反应器等多种类型。
总结词
通过控制温度和压力影响化学反应速率和选择性
详细描述
温度和压力是影响化学反应的重要因素。在釜式反应器中，通过加热或冷却系统可以精确控制反应温度，从而影响化学反应的速率和选择性。同时，压力的控制也有助于调节化学反应的平衡常数和选择性。
根据需要选择连续或间歇操作模式
总结词
根据不同的化学反应需求，可以选择连续操作或间歇操作模式。连续操作模式适用于需要大量原料、产物易于分离且生产能力较高的反应；而间歇操作模式适用于批量生产、实验研究或需要精确控制反应条件的反应。
详细描述
合成高分子材料
总结词
釜式反应器是合成高分子材料的重要设备之一。通过在釜式反应器中聚合单体，可以制备出各种高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。这些高分子材料广泛应用于塑料、纤维、橡胶等领域。
详细描述
VS
制备无机盐及氧化物
详细描述
在无机盐及氧化物的制备过程中，釜式反应器也得到了广泛应用。例如，在硫酸铵的生产中，将原料与催化剂加入釜式反应器中，通过加热和搅拌进行反应，最终得到硫酸铵产品。类似地，氧化物如氧化铁、氧化锌等也可以通过釜式反应器制备得到。
分类
定义
通过优化反应条件，提高化学反应的速率和收率，从而提高生产效率。
提高生产效率
通过高效的传热和传质过程，降低能耗，节约能源。
目录
contents
反应器概述釜式反应器均相管式反应器釜式与均相管式反应器的比较反应器的维护与保养
01
反应器概述
反应器是一种用于实现化学反应的设备，能够提供化学反应所需的条件，如温度、压力、浓度等。
根据反应物状态、操作方式、反应机理等不同，反应器可分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、流化床反应器等多种类型。
总结词
通过控制温度和压力影响化学反应速率和选择性
详细描述
温度和压力是影响化学反应的重要因素。在釜式反应器中，通过加热或冷却系统可以精确控制反应温度，从而影响化学反应的速率和选择性。同时，压力的控制也有助于调节化学反应的平衡常数和选择性。
根据需要选择连续或间歇操作模式
总结词
根据不同的化学反应需求，可以选择连续操作或间歇操作模式。连续操作模式适用于需要大量原料、产物易于分离且生产能力较高的反应；而间歇操作模式适用于批量生产、实验研究或需要精确控制反应条件的反应。
详细描述
合成高分子材料
总结词
釜式反应器是合成高分子材料的重要设备之一。通过在釜式反应器中聚合单体，可以制备出各种高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。这些高分子材料广泛应用于塑料、纤维、橡胶等领域。
详细描述
VS
制备无机盐及氧化物
详细描述
在无机盐及氧化物的制备过程中，釜式反应器也得到了广泛应用。例如，在硫酸铵的生产中，将原料与催化剂加入釜式反应器中，通过加热和搅拌进行反应，最终得到硫酸铵产品。类似地，氧化物如氧化铁、氧化锌等也可以通过釜式反应器制备得到。
分类
定义
通过优化反应条件，提高化学反应的速率和收率，从而提高生产效率。
提高生产效率
通过高效的传热和传质过程，降低能耗，节约能源。
第一章釜式反应器
设备设计应考虑的要点
（1）准确掌握过程对设备的要求，正确地选择设备类 型，能使过程顺利和快速地进行，保证设备的高生产能 力，减少了副反应，因而选择好生产过程所用设备的类 型非常重要。 （2）各种化学反应过程的实现均与过程进行中的热量 传递有关，热量的传递也影响过程进行的速度，因此过 程的热效应和设备的热量衡算亦成为计算中一个重要的 部分。 （3）设备的构造取决于所处理物料的特性和实现过程 的条件，其中传热强度和搅拌强度为最主要因素。
精细化工过程及设备
主讲 熊小京
第一篇 反应过程及设备
设备分类
一、进行化学过程或化学变化的设备，统 称反应设备 二、进行物理过程的设备，如蒸发、 蒸馏、过滤、干燥、结晶、萃取和 吸收等过程的设备。
主要内容
一、讨论精细化工生产中常遇到而 又较为重要的化工过程及设备。
二、分析生产过程对设备型，讲述有关 反应设备和各种过程所用设备的类 型、构造及工艺计算。
二、工艺计算
内容包含设备的生产能力、主要尺寸和设备 台数等计算，其方法取决于被计算反应设备的 类型和进行过程的操作方式。 反应设备的类型有： 1. 容积型设备，其生产能力决定于反应容积的大 小和过程的持续时间； 2. 传热型设备，其生产能力决定于传热面积大小 和传热速度属于传热控制设备； 3. 生产能力按反应物料间相际接触面积的大小决 定。
若算出的设备尺寸从安装和构造上考虑不合适时，需选用 m台设备，依据每秒所处理体积为Vs／M计算
三、热量衡算
热量衡算是要确定输入或输出的热量，并由此确定 加热剂或致冷剂的耗量及计算所需传热面积。 1．热量衡算 工业上多在稳态下进行操作，在此讨论稳态下的热 量衡算关系。 主要确定过程所需传递的热量，化学过程热量衡算 方程式一般表示为：
釜式及均相管式反应器PPT
对于反应 A R ，若要求产物R的浓度为cR，
则单位操作时间的产品产量PR为
PR
VRcR t t0
对反应时间求导，
dPR
VR [( t
t0
) dcR dt
cR
]
dt
( t t0 )2
并可由 dPR 0 ，得
dt
dCR CR dt t t0
3. 配料比
对反应 A B P S ，如动力学方程为 ( rA )V kcAcB 在工业上，为了使价格较高的或在后续工序中较 难分离的组分A的残余浓度尽可能低，也为了缩短 反应时间，常采用反应物B过量的操作方法。定义 配料比 m cBo / cAo，于是，等容液相反应过程中组分的 浓度 cB cB0 (cA0 cA ) cA (m 1)cA0 代入动力学方程
面积为反应时间。
图3-1 等温间歇液相反应 过程的参数积分
图3-2等温间液相歇反应过程 反应时间的图解积分
1.等温等容液相单一反应
在间歇反应器中，若进行等容液相单一不可逆反应， 反应物系的体积VR不变，以零级、一级和二级不可逆反 应的本征速率方程代入
c Af
nAf VR
nA0 ( 1 xAf VR
❖ 桨式搅拌器 ❖ 锚式和框式搅拌器 ❖ 螺带式搅拌器
2.Major Diameter and Low Speed Agitators
(1) 桨式搅拌器
旋转直径为釜径的0.35~0.8倍，甚至达0.9倍以上。常用 转速为1~100rpm，叶端圆周速度为1~5ms-1。
(a) 平桨式
(b) 斜桨式
2.Major Diameter and Low Speed Agitators
二、间歇釜式反应器的数学模型
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
化工反应过程之釜式反应器
釜式反应器的搅拌装置
搅拌器的作用，通过搅拌达到物料的充分混合，增强 物料分子碰撞，强化反应器内物料的传质传热
搅 拌 器 类 型
搅拌器的选型主要根据物料性质、搅拌目的 及各种搅拌器的性能特征来进行
釜式反应器的搅拌装置
挡板：一般是指固定在反应釜内壁上的长条
挡 形板挡板。它可把切线流转变为轴向流和径 板 向流，增大了液体的湍动程度，从而改善了
多个连续操作釜式反应器的串联
FA0
FA1
C A0
CA1
1
FA2
CA2
2
FAi1
C Ai 1
FAi
CAi
i
FAN 1 CiN 1
FAN
CiN N
任一釜物料衡算 FA(i1)dt FAidt (rA )iVRidt 0
VR i
FA0
(x Ai x A(i1) ) (rA )i
c A0 V0
(x Ai x A(i1) ) (rA )i
V0 c p (T T0 ) KA(T TW ) VR (rA )(H r )
连续操作釜式反应器的热稳定性
热稳定性判断：
放热速率： QR VR (rA )(H r ) 恒容一级不可逆反应：
QR
V0cA0 (H r )k0 exp( E RT) 1 k0 exp( E RT)
移热速率： QC V0 c p (T T0 ) KA(T TW )
热稳定条件： Qc QR
dqr dqg dT dT
连续操作釜式反应器的热稳定性
操作参数的影响：
着火点和熄火点
定态温度会随着操作条件的改变而改变。 放热反应可能有多定态；吸热反应：定态唯一。
项目四、釜式反应器的技能训练
釜式反应器--化工ppt课件
VR V0
，量纲： 时间
09.06.2020
.
13
3.3 等温条件下，分批式操作的完全混 合反应器（BR）理想反应器的设计分析
3.3.1 概述
★分批式（又称间歇）操作：
是指反应物料一次投入反应器内，而在反 应过程中不再向反应器投料，也不向外排出 反应物，待反应达到要求的转化率后再全部 放出反应产物。
例题3.2—P62~63，自学。
09.06.2020
.
31
3.3.5 连串反应
设在等温间歇反应器中进行如下的一级不 可逆连串反应（恒容）：
各组分的动力学方程： rAk1CA rPk1CAk2CQ rQ k2CP
设初值条件为：当t=0时， C AC A 0,C P0 ,C Q0
则有：
09.06.2020
★充分（完全）混合：
指反应器内的物料在搅拌的作用下，其参数（如
温度，浓度等）各处均一。
14
.
09.06.2020
15
.
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★间歇反应器特点
反应物料一次加入，产物一次取出。 物料充分混合，无返混；同一瞬时，反应器内各点温度相
同、浓度相同；而且出料与反应器内物料的最终组成相同； 所有物料在反应器内的反应时间（停留时间）相同。 非稳态操作，反应器内浓度、温度随反应时间连续变化。 具有周期性 具有灵活性
令
dC P dt
0
topt
lnk2 k1 k2 k1
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.
33
09.06.2020
.
34
C P ma x k k 1 1 C A k 0 2ex kp 2top tex kp 1 topt
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。
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。
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物料所需要的时间。反映反应器的生产强度。
VR V0
，量纲：时间
2020/3/25
13
3.3 等温条件下，分批式操作的完全混 合反应器（BR）理想反应器的设计分析
3.3.1 概述
★分批式（又称间歇）操作：
是指反应物料一次投入反应器内，而在反 应过程中不再向反应器投料，也不向外排出 反应物，待反应达到要求的转化率后再全部 放出反应产物。
平推流反应器的定义; 指器内反应物料以相同的流
速和一致的方向进行移动，完全 不存在不同停留时间的物料的混 合。不存在返混。
11 2020/3/25
3.2 反应器操作中的几个术语
1.反应时间：是指反应物料进入反应器后， 从实际发生反应的时刻起，到反应达某个转化 率时所需的时间。(主要用于间歇反应器)P57
t
CA0
xA dx A 0 rA
CA dC A
r CA0
A
（VR恒定）
t为使A反应达到所要求转化率xA所需时 间，而不是一批产品生产所需时间。
2020/3/25
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上述积分式可用解析法、数值法、图解法 （恒容时，如下图）进行求解。
1/rA —xA
2020/3/25
t/CA0
1/rA — CA
t
20
若反应速率方程：rAkC NhomakorabeaA
rA kCA0 1 X A
t
1
kC
A0
xA dxA
0 1 X A
1
X
1
1
A
kC
1 A0
(
1)
当时， 1
t 1 ln 1 k 1 XA
思考：从上式可得出什么结论？--P58
2020/3/25
21
（2）反应器有效体积VR的计算
一批操作若非生产时间为t0,每批操作所需 时间为t+t0。生产一批产品所需反应器的有效体积：
2020/3/25
4
深入理解
◆变温间歇釜式反应器的计算。
广泛了解
▪ 串联釜式反应器最佳体积的求取方法。 ▪ 连续釜式反应器的多定态分析与计算。 ▪ 产生多定态点的原因，着火点与熄火点
的概念
2020/3/25
5
3.1 概述
※反应的特点及其对反应器的要求
化学反应复杂
反应物料的相态多样性：如固相反应就 难于在搅拌反应器中进行连续操作；非 均相反应要求传质效果要好。
※反应器的特性： 是指器内反应流体的流动状态、混合状 态以及器内的传热性能等，它们又将随 反应器的几何结构和几何尺寸而异。
※均相反应的特点： 反应过程中不存在相间传递过程，影响 反应速率物理因素只有物料的混合和流 动状态两个方面。
8 2020/3/25
3.1 概述
※ 均相反应器按物料的混合状态分类
许多反应过程的热效应大
工艺条件变化范围宽
反应介质的腐蚀性
6 2020/3/25
3.1 概述
※反应器开发的三个任务 根据反应动力学特性，选择合适的反应
器形式 结合动力学和反应器特性，确定操作方
式和优化操作条件 根据产量，设计反应装置，确定反应器
的几何尺寸，并进行评价。
7 2020/3/25
3 2020/3/25
重点掌握
❖ 等温间歇釜式反应器的计算（单一反应、平行与 连串反应）。
❖ 连续釜式反应器的计算 。
❖ 空时和空速的概念及其在反应器设计计算中的应 用。
❖ 连续釜式反应器的串联和并联。
❖ 釜式反应器中平行与连串反应选择性的分析，连 接和加料方式的选择。
❖ 连续釜式反应器的热量衡算式的建立与应用。
0
rA 0VR
即：
rA
VR
d（VRCA） dnA
dt
dt
d（VRC A） dt
17 2020/3/25
nA nA0 (1 xA )
dnA nA0dxA
上式写成转化率的形式：
nA0
dxA dt
(rA )VR
18 2020/3/25
积分得
t nA0
xA dxA 0 VR (rA )
第三章 釜式反应器
1 2020/3/25
反应器的分析与设计是《反应工程》的重要组 成部分和主要任务。反应器设计的任务就是 确定进行化学反应的最佳操作条件和完成规 定的生产任务所需的反应器体积和主要寸。
对于反应器的分析计算需要建立适当的数学模 型，本章将针对两类理想的反应器模型（间 歇釜式反应器模型和全混流反应器模型）进 行讨论和分析，考察反应器性能与各种因素 的关系，反应器性能的优化设计问题等。具 体内容包括：
反应器
间歇反应器BR 完全混合型
反应器
全混流反应器
活塞流反应器
CSTR
PFR
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完全混合反应器的定义 是指器内反应流体处于完全混
合状态，在反应器内的混合是瞬间 完成的，以致在整个反应器内各处 物料的浓度和温度完全相同。且等 于反应器出口处物料浓度和温度， 返混达最大限度。
10 2020/3/25
★充分（完全）混合：
指反应器内的物料在搅拌的作用下，其参 数（如温度，浓度等）各处均一。
14 2020/3/25
15 2020/3/25
★间歇反应器特点
反应物料一次加入，产物一次取出。 物料充分混合，无返混；同一瞬时，反应器内各点温度相
同、浓度相同；而且出料与反应器内物料的最终组成相同； 所有物料在反应器内的反应时间（停留时间）相同。 非稳态操作，反应器内浓度、温度随反应时间连续变化。 具有周期性 具有灵活性
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3.3.2 间歇反应器体积计算
（1）反应时间的计算
若反应： A B R
以反应物A为关键组分，A的反应速率记作（ - rA ），根 据间歇反应器的特点，在单位时间内对整个反应器VR作物料衡算：
单A的位流时入间量
单位时间 A的流出量
单位时间 A的反应量
的反积应累器速中度A
2.停留时间：是指反应物料从进入反应器的 时刻算起到它们离开反应器的时刻为止，所用 的时间。(主要用于连续流动反应器)。--P127
2020/3/25
12
３.平均停留时间 ---P134
流体微元平均经历的时间称为平均停留 时间 。
４.空间时间----P66
是反应器的有效体积VR与进料的体积流量 V0之比。物理意义是处理一个反应器体积的
2 2020/3/25
研究内容 3.1 等温间歇釜式反应器的计算（单一反应） 3.2 等温间歇釜式反应器的计算（复合反应） 3.3 全混流反应器的设计 3.4 全混流反应器的串联与并联 3.5 釜式反应器中复合反应的收率与选择性 3.6 变温间歇釜式反应器的计算 3.7 全混流反应器的定态操作与分析
VR V0
，量纲：时间
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13
3.3 等温条件下，分批式操作的完全混 合反应器（BR）理想反应器的设计分析
3.3.1 概述
★分批式（又称间歇）操作：
是指反应物料一次投入反应器内，而在反 应过程中不再向反应器投料，也不向外排出 反应物，待反应达到要求的转化率后再全部 放出反应产物。
平推流反应器的定义; 指器内反应物料以相同的流
速和一致的方向进行移动，完全 不存在不同停留时间的物料的混 合。不存在返混。
11 2020/3/25
3.2 反应器操作中的几个术语
1.反应时间：是指反应物料进入反应器后， 从实际发生反应的时刻起，到反应达某个转化 率时所需的时间。(主要用于间歇反应器)P57
t
CA0
xA dx A 0 rA
CA dC A
r CA0
A
（VR恒定）
t为使A反应达到所要求转化率xA所需时 间，而不是一批产品生产所需时间。
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19
上述积分式可用解析法、数值法、图解法 （恒容时，如下图）进行求解。
1/rA —xA
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t/CA0
1/rA — CA
t
20
若反应速率方程：rAkC NhomakorabeaA
rA kCA0 1 X A
t
1
kC
A0
xA dxA
0 1 X A
1
X
1
1
A
kC
1 A0
(
1)
当时， 1
t 1 ln 1 k 1 XA
思考：从上式可得出什么结论？--P58
2020/3/25
21
（2）反应器有效体积VR的计算
一批操作若非生产时间为t0,每批操作所需 时间为t+t0。生产一批产品所需反应器的有效体积：
2020/3/25
4
深入理解
◆变温间歇釜式反应器的计算。
广泛了解
▪ 串联釜式反应器最佳体积的求取方法。 ▪ 连续釜式反应器的多定态分析与计算。 ▪ 产生多定态点的原因，着火点与熄火点
的概念
2020/3/25
5
3.1 概述
※反应的特点及其对反应器的要求
化学反应复杂
反应物料的相态多样性：如固相反应就 难于在搅拌反应器中进行连续操作；非 均相反应要求传质效果要好。
※反应器的特性： 是指器内反应流体的流动状态、混合状 态以及器内的传热性能等，它们又将随 反应器的几何结构和几何尺寸而异。
※均相反应的特点： 反应过程中不存在相间传递过程，影响 反应速率物理因素只有物料的混合和流 动状态两个方面。
8 2020/3/25
3.1 概述
※ 均相反应器按物料的混合状态分类
许多反应过程的热效应大
工艺条件变化范围宽
反应介质的腐蚀性
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3.1 概述
※反应器开发的三个任务 根据反应动力学特性，选择合适的反应
器形式 结合动力学和反应器特性，确定操作方
式和优化操作条件 根据产量，设计反应装置，确定反应器
的几何尺寸，并进行评价。
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3 2020/3/25
重点掌握
❖ 等温间歇釜式反应器的计算（单一反应、平行与 连串反应）。
❖ 连续釜式反应器的计算 。
❖ 空时和空速的概念及其在反应器设计计算中的应 用。
❖ 连续釜式反应器的串联和并联。
❖ 釜式反应器中平行与连串反应选择性的分析，连 接和加料方式的选择。
❖ 连续釜式反应器的热量衡算式的建立与应用。
0
rA 0VR
即：
rA
VR
d（VRCA） dnA
dt
dt
d（VRC A） dt
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nA nA0 (1 xA )
dnA nA0dxA
上式写成转化率的形式：
nA0
dxA dt
(rA )VR
18 2020/3/25
积分得
t nA0
xA dxA 0 VR (rA )
第三章 釜式反应器
1 2020/3/25
反应器的分析与设计是《反应工程》的重要组 成部分和主要任务。反应器设计的任务就是 确定进行化学反应的最佳操作条件和完成规 定的生产任务所需的反应器体积和主要寸。
对于反应器的分析计算需要建立适当的数学模 型，本章将针对两类理想的反应器模型（间 歇釜式反应器模型和全混流反应器模型）进 行讨论和分析，考察反应器性能与各种因素 的关系，反应器性能的优化设计问题等。具 体内容包括：
反应器
间歇反应器BR 完全混合型
反应器
全混流反应器
活塞流反应器
CSTR
PFR
9 2020/3/25
完全混合反应器的定义 是指器内反应流体处于完全混
合状态，在反应器内的混合是瞬间 完成的，以致在整个反应器内各处 物料的浓度和温度完全相同。且等 于反应器出口处物料浓度和温度， 返混达最大限度。
10 2020/3/25
★充分（完全）混合：
指反应器内的物料在搅拌的作用下，其参 数（如温度，浓度等）各处均一。
14 2020/3/25
15 2020/3/25
★间歇反应器特点
反应物料一次加入，产物一次取出。 物料充分混合，无返混；同一瞬时，反应器内各点温度相
同、浓度相同；而且出料与反应器内物料的最终组成相同； 所有物料在反应器内的反应时间（停留时间）相同。 非稳态操作，反应器内浓度、温度随反应时间连续变化。 具有周期性 具有灵活性
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3.3.2 间歇反应器体积计算
（1）反应时间的计算
若反应： A B R
以反应物A为关键组分，A的反应速率记作（ - rA ），根 据间歇反应器的特点，在单位时间内对整个反应器VR作物料衡算：
单A的位流时入间量
单位时间 A的流出量
单位时间 A的反应量
的反积应累器速中度A
2.停留时间：是指反应物料从进入反应器的 时刻算起到它们离开反应器的时刻为止，所用 的时间。(主要用于连续流动反应器)。--P127
2020/3/25
12
３.平均停留时间 ---P134
流体微元平均经历的时间称为平均停留 时间 。
４.空间时间----P66
是反应器的有效体积VR与进料的体积流量 V0之比。物理意义是处理一个反应器体积的
2 2020/3/25
研究内容 3.1 等温间歇釜式反应器的计算（单一反应） 3.2 等温间歇釜式反应器的计算（复合反应） 3.3 全混流反应器的设计 3.4 全混流反应器的串联与并联 3.5 釜式反应器中复合反应的收率与选择性 3.6 变温间歇釜式反应器的计算 3.7 全混流反应器的定态操作与分析