立式搅拌反应釜设计

立式搅拌反应釜设计

第一节推荐的设计程序

一、工艺设计

1、作出流程简图；

2、计算反应器体积；

3、确定反应器直径和高度；

4、选择搅拌器型式和规格；

5、按生产任务计算换热量；

6、选定载热体并计算K值；

7、计算传热面积及夹套高度；

8、计算搅拌轴功率。

二、机械设计

1、确定反应器的结构型式及尺寸；

2、选择材料；

3、强度计算；

4、选用零部件；

5、绘图；

6、提出技术要求。

三、化工仪表选型

四、编制计算结果汇总表

五、绘制反应釜装配图

六、编写设计说明书

第二节釜式反应器的工艺设计

一、反应釜体积和段数的计算

1、间歇釜式反应器：

V=V R/φ（3—1）

V R=V O(τ+τ') （3—2）式中V—反应器实际体积，m3；

V R—反应器有效体积，m3。

V O —平均每秒钟需处理的物料体积，m 3/s ；

τ' —非反应时间，s ； τ —反应时间，s ；

⎰=Af x R A

A V dx n 00,τ （3—3） 等温等容情况下

()⎰

-=Af

x A A

A r dx C 0

0,τ （3—4）

对一级反应

Af

x k -=

11

ln

1τ

对二级反应

()Af A A x xC x -=

10,0

,τ φ—装料系数，一般为0.4～0.85，具体数值可按下列情况确定： 不带搅拌或搅拌缓慢的反应釜 0.8～0.85； 带搅拌的反应釜 0.7～0.8； 易起泡沫和在沸腾下操作的设备 0.4～0.6。 2、连续釜式反应器

(1)单段连续釜式反应器：

()φφA A A R r x F V

V -=

=0, （3—5）其中 F A,O —每秒钟所处理的物料摩尔数，kmol/s 。

对于一级反应：（-γA ）=kC A =kC A,O （1-A x ） 则有效反应体积：

()

()

20,00,0,1A

A A A A A A R KC C C V x kC x F V -=

-=

其中 V O —每秒所处理的物料体积，m 3/s

对于二级反应：（-γA ）=

()2

20,21A A A x kC kC -=，代入式（3-5）中 则有效反应体积为：V R =()()2

0,020,01A A A A A A

kC C C V x kC x V -=-

其中 A x —转化率，其它符号同前。

(2)多级连续釜式反应器

V=

φ

∑=n

i i

R V

1

,， 而 V R,i =

()

()i

A i A i A r C C V ---,1,0 （3—6）

其中 V R,i —第i 段釜反应体积, m 3

1,-i A C ，i A C

,—第 i 段反应釜进口及出口物料浓度，kmol/ｍ３ ()i A r -—第 i 段反应釜内反应物反应速度，kmol/ｍ３．s V R,i 的计算方法有解析法和图解法 I ．解析法

A ．对于一级反应 V R,i =

()()

i A i A i A x k x x V ,1,,01--- （3—7）

B ．对于二级反应 V R,i = ()

()2

,0,1,,01i A A i A i A x kC x x V --- （3—8） II ．图解法，常用的有两种

A ．对于一级反应：根据式V R,i =()

()i

A i A i A A r x x F ---1,,0,，采用图解代替运算，

求出V R ，i ，具体步骤如下：

a ．将根据动力学方程计算或实验测得的A x ~（-γA ）数据，标绘在以

（－γA ）为纵坐标，以A x 为横坐标的图上，可得一曲线。

b ．在横坐标上分别标出起始和各釜出口的转化率，

,A x 、

1

,A x 、

2

,A x 、…、

n

A x ,。并由标出的各点向上作垂线分别与曲线相交于点1、2、…、n 。

c ．由各交点，根据V n =()()

1,,0

,---n A n A n A A x x r F 逐一画出矩形，则各矩形面积分别为各级反应器的反应体积。

B ．对于一时难以找到动力学模型，但已取得了等温条件下一组动力学数据A x ~（-γA ）的均相反应，可采用图解法求各级反应器出口转化率，反应器级数及反应器体积

∵

()()[]()()()i A i A i A A i A i A i A A i r x x F r x x F V ,1,,0,,1,0,11--=

----=--

()()()()i A i A i A A i A i A i A A i i r x x C r x x V F V V

--⋅

=--⋅==--1,,0,1,,0

0,0τ ∴()1

,0,,0,--=-i A i

A i A i A i A x C

x C r ττ

表明（-γA ）i ~

i

A x ,呈线性关系，其斜率为C A ,O ／τi ，截距为

i

i A A x C τ1

,0,-⋅