立式搅拌反应釜设计

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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

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,-⋅

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