均相反应器的选择-文档资料
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第二章均相反应与理想反应器(一)
第二章均相反应及理想反应器零级反应一级反应二级反应分批釜连续完全混合釜表21第二章均相反应及理想反应器间歇操作搅拌釜连续操作一级反应转化率904916一级反应转化率992225二级反应转化率901022二级反应转化率9910038则相对于间歇操作釜容积为1时连续全混釜所需容积为第二章均相反应及理想反应器由上表数值可看到单级全混式连续反应釜在化学反应级数愈高转化率愈高时所需反应釜容积愈大即容积效率愈低多釜串联时釜数愈多所需反应釜容积愈接近间歇操作即容积效第二章均相反应及理想反应器收率的比较与简单反应不同复杂反应需要一个以上的速度式来描述其动力学性质复杂反应的反应产物有多种所以在选择反应器和操作方法时不仅要考虑反应器容积大小而且还要考虑产物组成或目的产物收率问题有时这两种要求是矛盾的
（1）单一反应 没有平行、顺序及可逆反应同时存在的单一反应包 括各级反应在内，它们的解析比较方便,对A→R型的一 级反应。 dC A （2－9） A kcC A d 如初始浓度为CAo，则积分锝
第二章 均相反应及理想反应器
1、 按操作的连续性分类： 反应器可分为间歇反应器，半间歇反 应器和连续反应器。
间歇反应器是原料一次装入，反应到 规定程度后再将物料取出，在反应过程中 物料组成与浓度均随时间在不断变化。 连续反应操作时，反应物和产物是在 连续稳定地加入和引出，其特征是反应进 行的程度可能随反应器的位置而变化，但 不随时间变化。
NA
0
x
0
xA dxA dxA C A0 0 ( )(1 x ) ( A )V0 (1 A xA ) A A A
（２－８）
对于不同的反应速率可有不同的积分式，现对主要反 应讨论如下。
第二章 均相反应及理想反应器
（1）单一反应 没有平行、顺序及可逆反应同时存在的单一反应包 括各级反应在内，它们的解析比较方便,对A→R型的一 级反应。 dC A （2－9） A kcC A d 如初始浓度为CAo，则积分锝
第二章 均相反应及理想反应器
1、 按操作的连续性分类： 反应器可分为间歇反应器，半间歇反 应器和连续反应器。
间歇反应器是原料一次装入，反应到 规定程度后再将物料取出，在反应过程中 物料组成与浓度均随时间在不断变化。 连续反应操作时，反应物和产物是在 连续稳定地加入和引出，其特征是反应进 行的程度可能随反应器的位置而变化，但 不随时间变化。
NA
0
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xA dxA dxA C A0 0 ( )(1 x ) ( A )V0 (1 A xA ) A A A
（２－８）
对于不同的反应速率可有不同的积分式，现对主要反 应讨论如下。
第二章 均相反应及理想反应器
绪论 均相反应动力学 均相反应器
'''
（5）转化率？ X--针对反应物而言
n A0 n A xA n A0
dnA n A0 dxA 若恒容, xA C A0 C A C A0
n A0 dxA dxA (rA ) C A0 V dt dt
，
（1）反应速率恒为正值，反应物组分速 率的“-” （2）不同组分计算的反应速率之间的换 算关系： （3）当混合物的体积（即密度）一定时，
i 2 i i i 2 i 2 i
i
(9.154) 0.5712 (1.2111 3.045) 4 0.5712 (1.2111 2 ) 1.884 m n a1
x
i
m xi
y x y x x
i i i 2 i
i
m xi y i xi y i m xi2 ( xi ) 2
滴流床
第二章 均相反应动力学
2.1化学反应速率及动力学方程式 2.1.1化学反应速度 2.1.2动力学方程 2.1.3动力学方程的建立 2.2 可逆反应 2.3 自催化反应 2.4 复合反应 2.5 变分子气相反应
建立动力学方程的方法： 1、积分法 半衰期法 2、微分法 3、初速度法
(rA )
xi2 0.4197 0.0021 0.0291 0.1203 0.5712
xi yi 1.7844 0.0898 0.3562 0.8150 3.045
lg k a 0
y x x y x m x x x
i i i i i 2 i
i 2 i
y x x x y m x ( x )
（5）转化率？ X--针对反应物而言
n A0 n A xA n A0
dnA n A0 dxA 若恒容, xA C A0 C A C A0
n A0 dxA dxA (rA ) C A0 V dt dt
，
（1）反应速率恒为正值，反应物组分速 率的“-” （2）不同组分计算的反应速率之间的换 算关系： （3）当混合物的体积（即密度）一定时，
i 2 i i i 2 i 2 i
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(9.154) 0.5712 (1.2111 3.045) 4 0.5712 (1.2111 2 ) 1.884 m n a1
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y x y x x
i i i 2 i
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m xi y i xi y i m xi2 ( xi ) 2
滴流床
第二章 均相反应动力学
2.1化学反应速率及动力学方程式 2.1.1化学反应速度 2.1.2动力学方程 2.1.3动力学方程的建立 2.2 可逆反应 2.3 自催化反应 2.4 复合反应 2.5 变分子气相反应
建立动力学方程的方法： 1、积分法 半衰期法 2、微分法 3、初速度法
(rA )
xi2 0.4197 0.0021 0.0291 0.1203 0.5712
xi yi 1.7844 0.0898 0.3562 0.8150 3.045
lg k a 0
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i i i i i 2 i
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y x x x y m x ( x )
第三章-均相理想反应器(1)PPT课件
• 从本质上讲，反应器的形式并不会影响 化学反应动力学特性。但是物料在不同 类型的反应器中流动情况是不同的。
13
返混
• （1）混合： • 简单混合－－相同停留时间的粒子的混合。 • 返混 (Back mixing) －－不同停留时间的粒
子的混合。 • 任何实际的流动都存在返混。 • 管内流体的流动返混较小。 • 容器内流体的流动返混较大。
r cA1
A
对照间歇反应器和式（2.2 4）：
t cA
r
cA0
dcA rA
三者相同。说
明三者遵循同一动力学规律。
42
• 理解： • 如果把每个流体微元看作从入口到出口
流动的小的间歇反应器，由于没有返混， 每个微元的停留时间都相等，且等于间 歇反应器的反应时间。 • 因此，平推流反应器可以作为间歇反应 器的替代，而且节省非生产时间。但是， 停留时间过长的反应器还是采用间歇式 的好。
tr
c x Af A0 0
dx A rA
cA0
x Af 0
dx A
kc
2 A0
1
xA
2
1
kcA0
x Af 1 x Af
•
xA=0.5
tr
1
0.5
1
1.97 103 4 1 0.5 60
2.10h
• xA=0.6 tr=3.18h
• xA=0.8 tr=8.5h
11第三章理想流动反应器本章主要讨论三种理想反应器的设计及评价间歇反应器brbatchreactor全混流反应器cstrcontinuouslystirredtankreactor平推流反应器pfrplugorpistonflowreactor2反应器设计主要包括以下几项内容根据化学反应的动力学特性及设备的传递特性选择合适的反应器型式
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返混
• （1）混合： • 简单混合－－相同停留时间的粒子的混合。 • 返混 (Back mixing) －－不同停留时间的粒
子的混合。 • 任何实际的流动都存在返混。 • 管内流体的流动返混较小。 • 容器内流体的流动返混较大。
r cA1
A
对照间歇反应器和式（2.2 4）：
t cA
r
cA0
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三者相同。说
明三者遵循同一动力学规律。
42
• 理解： • 如果把每个流体微元看作从入口到出口
流动的小的间歇反应器，由于没有返混， 每个微元的停留时间都相等，且等于间 歇反应器的反应时间。 • 因此，平推流反应器可以作为间歇反应 器的替代，而且节省非生产时间。但是， 停留时间过长的反应器还是采用间歇式 的好。
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2.10h
• xA=0.6 tr=3.18h
• xA=0.8 tr=8.5h
11第三章理想流动反应器本章主要讨论三种理想反应器的设计及评价间歇反应器brbatchreactor全混流反应器cstrcontinuouslystirredtankreactor平推流反应器pfrplugorpistonflowreactor2反应器设计主要包括以下几项内容根据化学反应的动力学特性及设备的传递特性选择合适的反应器型式
化学反应过程与设备1.1
化学反应过 程与设备
三、管式反应器的应用与分类
(一)管式反应器在化工生产中的应用与分类：
化学反应过 程与设备
三、管式反应器的应用与分类
(二)管式反应器的特点：
操作方式：多数采用连续操作，少数采用半连续操作，使用间 歇操作的则极为罕见。 特点：①单位反应器体积具有较大的换热面积，特别适用于热 效应较大的反应。 ②由于反应物在管式反应器中反应速率快、流速快，所以它 的生产效率高。 ③适用于大型化和连续化生产，便于计算机集散控制，产品 质量有保证。 ④与釜式反应器相比较，其返混较小，在流速较低的情况下， 其管内流体流型接近于理想置换流。
带接管的“T”形透镜环用于安装测温、测压元件用的。
化学反应过 程与设备
四、管式反应器的结构
4、管件
反应器的连接必须按规定的紧固力矩进行，所以对法兰、螺柱和螺 母都有一定要求。 5、机架 反应器机架用桥梁钢焊接成整体，地脚螺栓安放在基础桩的柱头上， 安装管子支座部位装有托架，管子用抱箍与托架固定。
化学反应过 程与设备
化学反应过 程与设备
《化学反应过程与设备》
主讲教师：
化学反应过 程与设备
主要内容：
1
一、反应器的选择
2
二、反应器的设计和优化
三、反应器操作与控制
3
化学反应过 程与设备
1.教材与教参
教材采用教育部高职 高专规划教材，教材的难 度适中，相比本科教材，
其特点是复杂的理论分析
较少，增加许多工程实践 的实例。符合高职高专的
化学反应过 程与设备
二、搅拌釜式反应器的结构
3、传热构件：
釜内介质的热量传递，可在釜外焊制传热夹套，通入适当 载热体进行热交换，也可以在釜内设置螺旋盘管，在管内 通载热体把釜内物料的热量带走或传入，以满足其化学反 应的需要。 4、传动装置： 旋转运动是通过一个磁力驱动器来实现的，它位于釜盖中 央，与搅拌转子联成一体，以同步转速旋转。
化学反应工程第四章均相理想流动反应器
化学反应工程
第四章 均相理想 流动反应器
第四章 均相理想流动反应器
4.1 间歇反应器 4.2 连续操作釜式反应器 4.3 理想置换反应器 4.4 理想置换反应器
4.1 间歇反应器
1 生产数据法 2 动力学数据法 3 设备之间的平衡 4 间歇反应器的热量恒算
4.1 间歇反应器
间歇式反应器是间歇操作液相搅拌釜式反应器的简称。 在间歇操作液相搅拌釜式反应器中，反应物料按配比一 次加入釜内，并开动搅拌，使物料的温度、浓度保持均 匀。这种反应器通常配有夹套或蛇管，以保持反应在指 定温度范围内进行。经过一定反应时间并达到所需要的 转化率后进行出料，完成一个反应周期。
该搅拌反应釜的高径比，通常采用经验值：一般搅拌罐 液固或液液物料为1~1.3、气液为1~2；发酵釜为 1.7~2.5 。图4-4中假设为H/D=1.2左右，采用椭圆形釜 底。封头高度H1=0.25D，体积V=0.131D3（不含直边高度 的体积），在V已知后，根据下面两式计算出直径D：
（4-25） （4-26）
0.7
③根据式（4-23）计算平均停留时间
VR 1.04 1.06(h) V0 0.979
4.2.1 单个连续操作釜式反应器
对于间歇和连续釜式反应器，通过前面的方法，在计算 出反应器的体积V后，即可用下述方法进一步确定其具体 尺寸。如图4-4所示的反应釜：
图4-4 反应釜的主要尺寸
4.2.1 单个连续操作釜式反应器
2 预热到反应温度 1.0～2.0
3 进行反应
5～60
时间 0.5～1.0
4.1.3 设备之间的平衡
总操作批数相等的条件是：
（4-10）
（4-11）
（4-12）
即各工序的设备个数与其操作周期之比要相等。
第四章 均相理想 流动反应器
第四章 均相理想流动反应器
4.1 间歇反应器 4.2 连续操作釜式反应器 4.3 理想置换反应器 4.4 理想置换反应器
4.1 间歇反应器
1 生产数据法 2 动力学数据法 3 设备之间的平衡 4 间歇反应器的热量恒算
4.1 间歇反应器
间歇式反应器是间歇操作液相搅拌釜式反应器的简称。 在间歇操作液相搅拌釜式反应器中，反应物料按配比一 次加入釜内，并开动搅拌，使物料的温度、浓度保持均 匀。这种反应器通常配有夹套或蛇管，以保持反应在指 定温度范围内进行。经过一定反应时间并达到所需要的 转化率后进行出料，完成一个反应周期。
该搅拌反应釜的高径比，通常采用经验值：一般搅拌罐 液固或液液物料为1~1.3、气液为1~2；发酵釜为 1.7~2.5 。图4-4中假设为H/D=1.2左右，采用椭圆形釜 底。封头高度H1=0.25D，体积V=0.131D3（不含直边高度 的体积），在V已知后，根据下面两式计算出直径D：
（4-25） （4-26）
0.7
③根据式（4-23）计算平均停留时间
VR 1.04 1.06(h) V0 0.979
4.2.1 单个连续操作釜式反应器
对于间歇和连续釜式反应器，通过前面的方法，在计算 出反应器的体积V后，即可用下述方法进一步确定其具体 尺寸。如图4-4所示的反应釜：
图4-4 反应釜的主要尺寸
4.2.1 单个连续操作釜式反应器
2 预热到反应温度 1.0～2.0
3 进行反应
5～60
时间 0.5～1.0
4.1.3 设备之间的平衡
总操作批数相等的条件是：
（4-10）
（4-11）
（4-12）
即各工序的设备个数与其操作周期之比要相等。
第三章 均相反应器
设计计算 反应器 设计计算 校核计算 反应器的工艺尺寸
反应器的压力降、传热面 积、产品质量等是否合格
动力学方程式
反应器设计的 基础方程式 物料衡算式
热量衡算式
动量衡算式
石油化学工程系
化学工程与工艺教研室
weigang
反应器设计计算时，必须建立物料浓度、 温度均匀的单元体积△V和单元时间△τ。
（1）物料衡算式
石油化学工程系
SV
V0 N
VR
化学工程与工艺教研室
（3.1-3）
weigang
3.2 等温条件下理想反应器的设计分析
等温条件下反应器的设计计算就是动 力学方程式、物料衡算式的结合
3.2.1 间歇操作的充分搅拌釜式反应器Batch Reactor
1、间歇反应器特点 （1）由于良好的搅拌、混合，反应器各 位置物料温度、浓度处处均一。
所以，热量衡算式为：
Gc p dT (rA )( H r ) AT dl KdT (Tw T )dl 0
dl Gc p
（3.3-11）
dT 1 整理得： [( rA )( H r ) AT KdT (Tw T )] （3.3-12）
物料衡算式为：
石油化学工程系
weigang
对于恒容过程： VR
或，
石油化学工程系
V0 (c A0 c Af ) (rA )
c A0 x Af c A0 c Af VR V0 (rA ) ( rA )
化学工程与工艺教研室
式（3.2-22）的几何意义如图3-8：
1 ( rA )
面积
设计计算、确定反应器 尺 寸 、 评 价 。
间歇操作充分搅拌釜式反应器
反应器的压力降、传热面 积、产品质量等是否合格
动力学方程式
反应器设计的 基础方程式 物料衡算式
热量衡算式
动量衡算式
石油化学工程系
化学工程与工艺教研室
weigang
反应器设计计算时，必须建立物料浓度、 温度均匀的单元体积△V和单元时间△τ。
（1）物料衡算式
石油化学工程系
SV
V0 N
VR
化学工程与工艺教研室
（3.1-3）
weigang
3.2 等温条件下理想反应器的设计分析
等温条件下反应器的设计计算就是动 力学方程式、物料衡算式的结合
3.2.1 间歇操作的充分搅拌釜式反应器Batch Reactor
1、间歇反应器特点 （1）由于良好的搅拌、混合，反应器各 位置物料温度、浓度处处均一。
所以，热量衡算式为：
Gc p dT (rA )( H r ) AT dl KdT (Tw T )dl 0
dl Gc p
（3.3-11）
dT 1 整理得： [( rA )( H r ) AT KdT (Tw T )] （3.3-12）
物料衡算式为：
石油化学工程系
weigang
对于恒容过程： VR
或，
石油化学工程系
V0 (c A0 c Af ) (rA )
c A0 x Af c A0 c Af VR V0 (rA ) ( rA )
化学工程与工艺教研室
式（3.2-22）的几何意义如图3-8：
1 ( rA )
面积
设计计算、确定反应器 尺 寸 、 评 价 。
间歇操作充分搅拌釜式反应器
均相反应器的选择—釜式反应器应用与分类
釜体的直边高度为：
h VT 2 V封 ＝ 6.667 2 0.131 1.83 ＝2.020 m
0.785 D 2
0.785 1.82
釜体实际高度为：
1、夹套的结构形式
二、夹套的结构与尺寸
• 在容器外侧，用焊接或法兰连接方式装设各种形状的钢结构，使其与 容器外壁形成密闭的空间。
• 此空间内通入加热或冷却介质，可加热或冷却容器内的物料。
对于发酵类物料的反应，为使通入的空气能与发酵液充分 接触，需要有一定的液位高度，故筒体的高度不宜太矮。
采用夹套传热结构，单从传热角度考虑，一般也希望筒体
高一些。
釜体的几何尺寸要求
化工 工艺 要求
H/Di
▼ 一般反应釜
○ 液-液相或液-固相物料 1～1.3
○ 气-液相物料
1～2
▼ 发酵罐类
○ 气-液相物料
机械搅拌 Text
气流搅拌
射流搅拌 静态搅拌
电磁搅拌
按材质分类
釜式反应器
Text 玻璃釜式反应器
搪瓷釜式反应器
铸铁釜式反应器
钢制釜式反应器
按材质分类
钢制反应器：普通碳钢、不锈钢，可以耐一般酸性介质，经 过镜面抛光的不锈钢釜适用于高粘度体系聚合反应。 铸铁反应器：铸铁，在硝化、磺化、缩合、硫酸增浓等反应 过程应用较多。 搪瓷反应器：在碳钢锅的内表面上涂含二氧化硅的玻璃釉， 经过高温烧制，形成玻璃搪层。具有耐腐蚀性、耐热性、耐 冲击性。
反应釜直径D0与筒体高度H的确定
例6-1 有一变容反应体系，采用搅拌釜反应器，日产 量Wd=26.6t·d-1,间歇操作。τR＝3h、τa=0.5h、 ρm ＝ 970kg·m-3 、 体 积 收 缩 系 数 ε ＝ -0.2 、 φ ＝ 0.6、H/D＝1.5～2，上下封头均用标准椭圆封头， 如本题附图所示，确定反应器几何外形尺寸。
h VT 2 V封 ＝ 6.667 2 0.131 1.83 ＝2.020 m
0.785 D 2
0.785 1.82
釜体实际高度为：
1、夹套的结构形式
二、夹套的结构与尺寸
• 在容器外侧，用焊接或法兰连接方式装设各种形状的钢结构，使其与 容器外壁形成密闭的空间。
• 此空间内通入加热或冷却介质，可加热或冷却容器内的物料。
对于发酵类物料的反应，为使通入的空气能与发酵液充分 接触，需要有一定的液位高度，故筒体的高度不宜太矮。
采用夹套传热结构，单从传热角度考虑，一般也希望筒体
高一些。
釜体的几何尺寸要求
化工 工艺 要求
H/Di
▼ 一般反应釜
○ 液-液相或液-固相物料 1～1.3
○ 气-液相物料
1～2
▼ 发酵罐类
○ 气-液相物料
机械搅拌 Text
气流搅拌
射流搅拌 静态搅拌
电磁搅拌
按材质分类
釜式反应器
Text 玻璃釜式反应器
搪瓷釜式反应器
铸铁釜式反应器
钢制釜式反应器
按材质分类
钢制反应器：普通碳钢、不锈钢，可以耐一般酸性介质，经 过镜面抛光的不锈钢釜适用于高粘度体系聚合反应。 铸铁反应器：铸铁，在硝化、磺化、缩合、硫酸增浓等反应 过程应用较多。 搪瓷反应器：在碳钢锅的内表面上涂含二氧化硅的玻璃釉， 经过高温烧制，形成玻璃搪层。具有耐腐蚀性、耐热性、耐 冲击性。
反应釜直径D0与筒体高度H的确定
例6-1 有一变容反应体系，采用搅拌釜反应器，日产 量Wd=26.6t·d-1,间歇操作。τR＝3h、τa=0.5h、 ρm ＝ 970kg·m-3 、 体 积 收 缩 系 数 ε ＝ -0.2 、 φ ＝ 0.6、H/D＝1.5～2，上下封头均用标准椭圆封头， 如本题附图所示，确定反应器几何外形尺寸。
化学反应工程第三章均相理想反应器
化学反应⼯程第三章均相理想反应器第三章均相理想反应器反应器的开发主要有两个任务：1．优化设计—反应器选型、定尺⼨、确定操作条件。
2．优化操作—根据实际操作情况，修正反应器的数学模型参数，优化操作条件。
最根本任务—最⾼的经济和社会效益。
3．1 反应器设计基础3．1．1反应器中流体的流动与混合理想反应器的分类对理想反应器（ideal reactor），主要讨论三种类型：1．间歇反应器(Batch Reactor—BR);2．平推流反应器(Plug /Piston Flow Reactor—PFR)；3．全混流反应器(Continuously Stirred Tank Reactor—CSTR)。
返混(back mixing)—不同停留时间的粒⼦之间的混合;混合(mixing)—不同空间位置的粒⼦之间的混合。
注意：返混≠混合！平推流—物料以均⼀流速向前推进。
特点是粒⼦在反应器中的停留时间相同，不存在返混。
T、P、C i随轴向位置变（齐头并进⽆返混，变化随轴不随径）。
全混流（理想混合）—物料进⼊反应器后能够达到瞬间的完全混合。
特点是反应器内各处的T、P、C i相同，物性不随反应器的位置变，返混达到最⼤。
3．1．2 反应器设计的基础⽅程反应器的⼯艺设计包括两⽅⾯的内容：1．由给定⽣产任务和原料条件设计反应器；2．对已有的反应器进⾏较核，看达到质量要求时，产量是否能保证，或达到产量时，质量能否保证。
反应器设计的基础⽅程主要是：1．动⼒学⽅程；2．物料衡算⽅程；3．热量衡算⽅程；4．动量衡算⽅程。
⼀、物料衡算⽅程对反应器内选取的⼀个微元，在单位时间内，对物质A有：进⼊量=排出量+反应消耗量+积累量(3.1-1)⽤符号表⽰：F in F out F r F b即：F in=F out+F r+F b(3.1-2) 1．对间操作，反应过程⽆进料和出料，即：F in=F out=0则：-F r=F b(3.1-4) 反应量等于负积累量。
反应器的操作与选型
工业规模的 化学反应过程
化学过程 分解 物理过程 化学反应本身的特性 简化 浓度对反应速率的影响 温度对反应速率的影响 动力学方程 建立数学模型 物料衡算方程 热量衡算方程
动力学方程
定量描述反应速率与影响反应速率之间的关系式称为 定量描述反应速率与影响反应速率之间的关系式称为 反应速率与影响反应速率之间的关系式 化学动力学方程。影响反应速率的因素有反应温度、组成、 化学动力学方程。影响反应速率的因素有反应温度、组成、 压力、溶剂的性质、催化剂的性质等。 压力、溶剂的性质、催化剂的性质等。
（二）理想流动
• 不能完全满足理想流动模型时，即为非理 不能完全满足理想流动模型时， 想流动过程 （实际反应器） 实际反应器）
THANK YOU！
适合大规模生产33半间歇半连续半间歇半连续二工业反应器的分类二工业反应器的分类型式适用反应优缺点间歇釜式适用性大操作弹性大温度浓度易控制产品质量均一连续釜式结构简单返混小压降小有温差填料装卸麻烦板式塔逆流接触气液返混均小流速有限制如需传热常另加传热面喷雾塔气液相快速反结构简单液体表面积大停留时间受塔高限制气流速度有限制固定床返混小催化剂用量少不易磨损装卸麻烦传热控温不易流化床气固相特别是催化剂失活很快的反应传热好温度均匀易控制催化剂有效系数大磨损大返混大对转化率不利操作条件限制大滴流床催化剂带出少分离易气液分不要均匀温度调节困难移动床固体返混小固气比可变性大床内温差大调节困难釜式反应器釜式反应器管式反应器管式反应器固定床反应器固定床反应器气液相反应器气液相反应器四物料流动形式四物料流动形式理想流动理想流动简单混合简单混合非理想流动非理想流动一理想流动模型一理想流动模型全混流模型理想混合模型平推流模型平推流模型特点
全混流模型 • 定义：假定进入反应器物料瞬间混合均匀。 定义：假定进入反应器物料瞬间混合均匀。 • 特点：反应器内温度、浓度、反应速率等参数处 特点：反应器内温度、浓度、 处均匀一致，且等于物料出口处的温度、浓度。 处均匀一致，且等于物料出口处的温度、浓度。 • 注意：在间歇反应器中物料粒子的停留时间相同； 注意：在间歇反应器中物料粒子的停留时间相同； 在连续反应器中物料粒子的停留时间可能不同， 在连续反应器中物料粒子的停留时间可能不同， 即存在反混（又称逆向混合）。 即存在反混（又称逆向混合）。
化学过程 分解 物理过程 化学反应本身的特性 简化 浓度对反应速率的影响 温度对反应速率的影响 动力学方程 建立数学模型 物料衡算方程 热量衡算方程
动力学方程
定量描述反应速率与影响反应速率之间的关系式称为 定量描述反应速率与影响反应速率之间的关系式称为 反应速率与影响反应速率之间的关系式 化学动力学方程。影响反应速率的因素有反应温度、组成、 化学动力学方程。影响反应速率的因素有反应温度、组成、 压力、溶剂的性质、催化剂的性质等。 压力、溶剂的性质、催化剂的性质等。
（二）理想流动
• 不能完全满足理想流动模型时，即为非理 不能完全满足理想流动模型时， 想流动过程 （实际反应器） 实际反应器）
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适合大规模生产33半间歇半连续半间歇半连续二工业反应器的分类二工业反应器的分类型式适用反应优缺点间歇釜式适用性大操作弹性大温度浓度易控制产品质量均一连续釜式结构简单返混小压降小有温差填料装卸麻烦板式塔逆流接触气液返混均小流速有限制如需传热常另加传热面喷雾塔气液相快速反结构简单液体表面积大停留时间受塔高限制气流速度有限制固定床返混小催化剂用量少不易磨损装卸麻烦传热控温不易流化床气固相特别是催化剂失活很快的反应传热好温度均匀易控制催化剂有效系数大磨损大返混大对转化率不利操作条件限制大滴流床催化剂带出少分离易气液分不要均匀温度调节困难移动床固体返混小固气比可变性大床内温差大调节困难釜式反应器釜式反应器管式反应器管式反应器固定床反应器固定床反应器气液相反应器气液相反应器四物料流动形式四物料流动形式理想流动理想流动简单混合简单混合非理想流动非理想流动一理想流动模型一理想流动模型全混流模型理想混合模型平推流模型平推流模型特点
全混流模型 • 定义：假定进入反应器物料瞬间混合均匀。 定义：假定进入反应器物料瞬间混合均匀。 • 特点：反应器内温度、浓度、反应速率等参数处 特点：反应器内温度、浓度、 处均匀一致，且等于物料出口处的温度、浓度。 处均匀一致，且等于物料出口处的温度、浓度。 • 注意：在间歇反应器中物料粒子的停留时间相同； 注意：在间歇反应器中物料粒子的停留时间相同； 在连续反应器中物料粒子的停留时间可能不同， 在连续反应器中物料粒子的停留时间可能不同， 即存在反混（又称逆向混合）。 即存在反混（又称逆向混合）。
均相反应器的选择
主要特点：半间歇操作具有间 歇操作和连续操作的某些 特点。反应器内的组成随 时间变化而变化。
A的流入量
FA 0 QC A 0
反应量 -rAV 浓度CA，CB 体积V
连续操作
连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地流出反应器
A的流入量
FA0 Q0C A0
反应量 -rAV
浓度CA 体积V
A的流出量
换品种，能适应多样化的生产。
（二）搅拌釜式反应器的分类1. 按操作方式分间歇操作
将反应原料一次加入 反应器，反应一段时间或 达到一定的反应程度后一 次取出全部的反应物料， 然后进入下一轮操作。
浓度 CA 物质量 nA
体积V
间歇操作的主要特点
• 操作特点∶反应过程中既没有物料的输入，也没有物料的 输出，不存在物料的进与出。 • 基本特征∶间歇反应过程是一个非稳态的过程，反应器内 组成随时间变化而变化。 完全混合流反应器
程技术学科。
研究目的 设计最优化：体积、数量等
操作最优化：串联、并联等
化学工业中常见的均相反应器
釜式反应器
管式反应器
（一）搅拌釜式反应器的应用 均相反应：单一相 应用于 非均相反应：两相或两相以上
特点
结构简单、加工方便、传质效率高、温度分布均匀、
操作条件的可控范围较广、操作灵活性大，便于更
• 主要优点∶操作灵活，设 备费低，适用于小批量生 产或小规模废水的处理。
• 主要缺点∶设备利用率低 ，劳动强度大，每批的操 作条件不易相同，不便自 动控制。
浓 度
反应产物 反应物
反应时间
半间歇操作/半连续操作
操作：原料与产物中的一种或一种以上为连续输入或 输出，而其它成分分批加入或取出的操作称为 半间歇操作或半连续操作。
A的流入量
FA 0 QC A 0
反应量 -rAV 浓度CA，CB 体积V
连续操作
连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地流出反应器
A的流入量
FA0 Q0C A0
反应量 -rAV
浓度CA 体积V
A的流出量
换品种，能适应多样化的生产。
（二）搅拌釜式反应器的分类1. 按操作方式分间歇操作
将反应原料一次加入 反应器，反应一段时间或 达到一定的反应程度后一 次取出全部的反应物料， 然后进入下一轮操作。
浓度 CA 物质量 nA
体积V
间歇操作的主要特点
• 操作特点∶反应过程中既没有物料的输入，也没有物料的 输出，不存在物料的进与出。 • 基本特征∶间歇反应过程是一个非稳态的过程，反应器内 组成随时间变化而变化。 完全混合流反应器
程技术学科。
研究目的 设计最优化：体积、数量等
操作最优化：串联、并联等
化学工业中常见的均相反应器
釜式反应器
管式反应器
（一）搅拌釜式反应器的应用 均相反应：单一相 应用于 非均相反应：两相或两相以上
特点
结构简单、加工方便、传质效率高、温度分布均匀、
操作条件的可控范围较广、操作灵活性大，便于更
• 主要优点∶操作灵活，设 备费低，适用于小批量生 产或小规模废水的处理。
• 主要缺点∶设备利用率低 ，劳动强度大，每批的操 作条件不易相同，不便自 动控制。
浓 度
反应产物 反应物
反应时间
半间歇操作/半连续操作
操作：原料与产物中的一种或一种以上为连续输入或 输出，而其它成分分批加入或取出的操作称为 半间歇操作或半连续操作。
理想均相反应器
A
若为稳态操作，积累量为0：
CAF
V CA (rA ) (rA ) F
1 C A ( )CA rA
1 CAF CA rA CA
C AF
0
CA
CA0
稳态时，对一级反应
(rA ) kCA
1 )CA rA
CSTF 一级反应基本方程
缺氧生物滤池动力学模型
基本假设
Biblioteka 滤池是推流式反应器，整个滤池流速相同 忽略气相部分 忽略悬浮生物量，只考虑生物膜的降解作用 生物膜均匀 有机物在膜内的扩散系数均匀，微生物特性 一致 温度和pH不变
缺氧生物滤池动力学模型
基质去除的基本过程
基质首先从液相主体传递入生物膜，在膜内 被降解 去除速率包括传质速率和膜内的降解速率
反应器的类型和特性
按操作的连续性分类 按反应器形状分类
釡式（槽式）反应器 管式反应器
按反应混合物的相态分
反应器的类型和特性
按操作的连续性分类 按反应器形状分类
釡式（槽式）反应器 管式反应器
反应物的组成和 温度在各处是相 同的
按反应混合物的相态分
反应器的类型和特性
结论
在间歇釜式反应器中，反应物达到一定转化 率所需的时间是取决于过程的速度，而与反 应器的大小无关 反应器的大小只取决于 反应物的处理量
有效容积和实际容积
间歇操作 每处理一批物料都需要有出料、清洗和 加料等非生产辅助时间
设平均每小时需要处理的物料量为v， 要提高间歇式反应器 每批装料、卸料、清洗等辅助时间为 t ， 的反应效率，应尽量 每批反应时间为t，则所需反应器有效容积为 减少辅助时间
若为稳态操作，积累量为0：
CAF
V CA (rA ) (rA ) F
1 C A ( )CA rA
1 CAF CA rA CA
C AF
0
CA
CA0
稳态时，对一级反应
(rA ) kCA
1 )CA rA
CSTF 一级反应基本方程
缺氧生物滤池动力学模型
基本假设
Biblioteka 滤池是推流式反应器，整个滤池流速相同 忽略气相部分 忽略悬浮生物量，只考虑生物膜的降解作用 生物膜均匀 有机物在膜内的扩散系数均匀，微生物特性 一致 温度和pH不变
缺氧生物滤池动力学模型
基质去除的基本过程
基质首先从液相主体传递入生物膜，在膜内 被降解 去除速率包括传质速率和膜内的降解速率
反应器的类型和特性
按操作的连续性分类 按反应器形状分类
釡式（槽式）反应器 管式反应器
按反应混合物的相态分
反应器的类型和特性
按操作的连续性分类 按反应器形状分类
釡式（槽式）反应器 管式反应器
反应物的组成和 温度在各处是相 同的
按反应混合物的相态分
反应器的类型和特性
结论
在间歇釜式反应器中，反应物达到一定转化 率所需的时间是取决于过程的速度，而与反 应器的大小无关 反应器的大小只取决于 反应物的处理量
有效容积和实际容积
间歇操作 每处理一批物料都需要有出料、清洗和 加料等非生产辅助时间
设平均每小时需要处理的物料量为v， 要提高间歇式反应器 每批装料、卸料、清洗等辅助时间为 t ， 的反应效率，应尽量 每批反应时间为t，则所需反应器有效容积为 减少辅助时间
均相反应器的选择-文档资料
性能 耐热性 耐冲击性
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
（二）搅拌釜式反应器的分类 3. 按操作压力分 低压釜：动密封 高压釜：磁力搅拌釜，静密封
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 壳体 搅拌装置 轴封 换热装置 图1-3
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 1. 壳体
任务1 均相反应器的选择
研究目的 设计最优化：体积、数量等 操作最优化：串联、并联等
化学工业中常见的均相反应器 釜式反应器 管式反应器
一、搅拌釜式反应器的应用与分类ຫໍສະໝຸດ 一、搅拌釜式反应器的应用与分类
（一）搅拌釜式反应器的应用 均相反应：单一相
应用于 非均相反应：两相或两相以上
特点
结构简单、加工方便、传质效率高、温度分布均匀、 操作条件的可控范围较广、操作灵活性大，便于更 换品种，能适应多样化的生产。
筒体、上盖、下封头
平面形 碟形 椭圆形 球形
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 2. 搅拌装置 浆式搅拌器
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 2. 搅拌装置 推进式搅拌器
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 2. 搅拌装置 涡轮式搅拌器
作业
1. 简述搅拌釜式反应器的分类。 2. 搪玻璃反应釜不宜用于哪类介质的储存与反应？
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
半间歇操作/半连续操作
操作：原料与产物中的一种或一种以上为连续输入或 输出，而其它成分分批加入或取出的操作称为 半间歇操作或半连续操作。
主要特点：半间歇操作具有间 歇操作和连续操作的某些 特点。反应器内的组成随 时间变化而变化。
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
（二）搅拌釜式反应器的分类 3. 按操作压力分 低压釜：动密封 高压釜：磁力搅拌釜，静密封
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 壳体 搅拌装置 轴封 换热装置 图1-3
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 1. 壳体
任务1 均相反应器的选择
研究目的 设计最优化：体积、数量等 操作最优化：串联、并联等
化学工业中常见的均相反应器 釜式反应器 管式反应器
一、搅拌釜式反应器的应用与分类ຫໍສະໝຸດ 一、搅拌釜式反应器的应用与分类
（一）搅拌釜式反应器的应用 均相反应：单一相
应用于 非均相反应：两相或两相以上
特点
结构简单、加工方便、传质效率高、温度分布均匀、 操作条件的可控范围较广、操作灵活性大，便于更 换品种，能适应多样化的生产。
筒体、上盖、下封头
平面形 碟形 椭圆形 球形
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 2. 搅拌装置 浆式搅拌器
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 2. 搅拌装置 推进式搅拌器
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 2. 搅拌装置 涡轮式搅拌器
作业
1. 简述搅拌釜式反应器的分类。 2. 搪玻璃反应釜不宜用于哪类介质的储存与反应？
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
半间歇操作/半连续操作
操作：原料与产物中的一种或一种以上为连续输入或 输出，而其它成分分批加入或取出的操作称为 半间歇操作或半连续操作。
主要特点：半间歇操作具有间 歇操作和连续操作的某些 特点。反应器内的组成随 时间变化而变化。
均相化学反应器
活塞流反应器：
流体以队列形式通过反应器，流体元素在流动方向上绝无混合现象。 反应器中每一流体元素的停留时间都是相等的。
恒流搅拌反应器：
反应器中内含物受到了极好搅拌，是完全均匀的，当反应物进入反应器 后被立即均匀分散到反应器中，从反应器的流出物成分与反应器中完全 一样。
反应物在反应器内的停留时间不相同
研究反应器有关问题的学科称为化学反应工程， 它是使化学工程有别于其他工程的一门特征学科。
相态 均相反应器
不存在传质问题
反应器的分类
多相反应器 存在传质问题
运行方式
间歇反应器
连续流反应 器稳态操作，成分
不随时间变化
非稳态操作，成分随时间变化， 反应器成分均一
活塞流反应器
恒流搅拌反应器
连续流反应器
反应器概述
tC(t)dt
tc
0
0 C(t)dt
tc =mean residence time derived from trace curve, T
C(t)=tracer concentration at time, M/L3
The variance c2 used to define the spread of the distribution
(t t )2 C(t)dt t 2C(t)dt
2 c
0
0
(t ) 2
0 C(t)dt
0 C(t)dt
Concentration versus time tracer response curves
If the concentration versus time tracer response curve is defined by a series of discrete time step measurements, the theoretical mean residence time and variance are defined as
第 九 章 均 相 反 应 器
长沙学院教案（课时备课）第 十 章 均 相 反 应 器本章教学要求：了解均相反应动力学方程，熟悉均相反应器的优化和反应器的选择，掌握间歇操作反应器，连续操作管式、釜式反应器内进行简单反应时反应时间和反应器体积的计算，以及多釜串联反应器内进行一级简单反应时反应时间和反应器体积的计算。
本章重点：几种典型反应器内进行简单反应时反应时间和反应器体积的计算，以及多釜串联反应器内进行一级简单反应时反应时间和反应器体积的计算。
本章难点：均相反应器的优化，反应器的选择。
§1 均相反应动力学一．动力学模型1．不可逆简单反应：R A k −→− nAA kc r =-)(2．可逆反应：2121n Rn A A c k c k r -=-)(3．平行反应：2121n An A A c k c k r -=-)( 4．串联反应：S R A k k −→−−→−21 11n A A c k r =-)(， 2121n Rn A R c k c k r -=，22n R R c k r = 式中：n ——反应级数；k ——反应速率常数，RT E Ae k /-=。
二．浓度效应和温度效应 1．浓度效应：反应级数是浓度对反应速率影响的敏感因素(↑↑A r n 一定浓度下，,)，除浓度外的其它条件，很多是通过对浓度的改变来影响反应速率的。
2．温度效应：活化能是温度对反应速率影响的敏感因素(↑↑k E ，一定温度下，)，除温度外的其它条件，很多是通过对温度的改变来影响反应速率的。
三．化学反应器的设计计算 1．计算内容：反应器设计计算主要是确定反应器的生产能力，即完成一定生产任务所需反应器的体积（反应器的设计计算还包括反应器造型、结构设计及其参数确定、工艺参数的确定等内容）。
2．反应器的物料衡算 （1）通式：反应物加入速率=反应物引出速率+反应物消耗速率+反应物积累速率 对某一组分：[加入速率]=[引出速率]+[消耗速率]+[积累速率]若反应器内物料组成均匀，可对整个反应器作衡算；若物料组成随反应器 内位置而变，则必须对微元反应体积作衡算。
反应器均相反应器的选择
❖ 对于反应速度快和热效应大的反应，床层底部的 高速流动可以强化传热，使反应不至于过分集中 在床层底部
❖ 可适应气体体积增大的反应。反应过程中气体在 床层中上升，岁静压力的减小，体积会相应增大， 若反应为分子数增加的过程，则气体体积会增大 更多，采用圆锥床，可适应这种体积增大的特点， 使流化更趋平稳。
管式反应器
❖ 基本结构
由一根或多根管子 串联或并联构成的 反应器，长度与直 径之比一般大于 ５０～１００。
管式反应器的特点
❖ 适用于热效应较大的反应。 ❖ 生产效率高 ❖ 适合于连续式生产，产品质量稳定 ❖ 返混小
管式反应器
（a）直管反应器；（b）盘管反应器；（c）多管反应器
均相反应器的选择依据
通常催化剂填充层的静止高度与流化床直径的比值很少超过1，一般接近于1。 可适应低气速条件下操作。
❖ 传质：催化剂颗粒和流体处于剧烈搅动状态，加 对于反应速度快和热效应大的反应，床层底部的高速流动可以强化传热，使反应不至于过分集中在床层底部
流化床反应器是利用气体自下而上通过固体颗粒层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应的装置。 适合于连续式生产，产品质量稳定
绝热式反应器
❖ 优点:结构简单，气体分布均匀，反应空间利用率 高和造价便宜等。
❖ 缺点:反应器轴向温度分布很不均匀，不适用于热 效应大的反应。
❖ 为了克服简单绝热式反应器的缺点，将上述反应 器改成多段式，即把催化剂层分成数层，在各段 间进行热交换，以保证每段床层的绝热温升或绝 热温降维持在允许范围之内。
LOGO
反应器均相反应器的选择
❖ 均相反应器是指用来进行均相反应（气相或均一 液相反应）的设备。
均相反应器
一、釜式反应器 二、管式反应器。
❖ 可适应气体体积增大的反应。反应过程中气体在 床层中上升，岁静压力的减小，体积会相应增大， 若反应为分子数增加的过程，则气体体积会增大 更多，采用圆锥床，可适应这种体积增大的特点， 使流化更趋平稳。
管式反应器
❖ 基本结构
由一根或多根管子 串联或并联构成的 反应器，长度与直 径之比一般大于 ５０～１００。
管式反应器的特点
❖ 适用于热效应较大的反应。 ❖ 生产效率高 ❖ 适合于连续式生产，产品质量稳定 ❖ 返混小
管式反应器
（a）直管反应器；（b）盘管反应器；（c）多管反应器
均相反应器的选择依据
通常催化剂填充层的静止高度与流化床直径的比值很少超过1，一般接近于1。 可适应低气速条件下操作。
❖ 传质：催化剂颗粒和流体处于剧烈搅动状态，加 对于反应速度快和热效应大的反应，床层底部的高速流动可以强化传热，使反应不至于过分集中在床层底部
流化床反应器是利用气体自下而上通过固体颗粒层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应的装置。 适合于连续式生产，产品质量稳定
绝热式反应器
❖ 优点:结构简单，气体分布均匀，反应空间利用率 高和造价便宜等。
❖ 缺点:反应器轴向温度分布很不均匀，不适用于热 效应大的反应。
❖ 为了克服简单绝热式反应器的缺点，将上述反应 器改成多段式，即把催化剂层分成数层，在各段 间进行热交换，以保证每段床层的绝热温升或绝 热温降维持在允许范围之内。
LOGO
反应器均相反应器的选择
❖ 均相反应器是指用来进行均相反应（气相或均一 液相反应）的设备。
均相反应器
一、釜式反应器 二、管式反应器。
均相反应器0
dx kC A 0 (1- x) 2 dt
积分
x t kC A0 (1- x)
有效反应体积VR如何计算？
化
学
工
程
系
例1.1 拟在等温间歇反应器进行氯乙醇的皂化反应： ClCH2CH2OH＋NaHCO3→OHCH2CH2OH ＋NaCl＋CO2 乙二醇产量为20kg／h。使用15％的NaHCO3水溶液及 30 ％ ( 均为质量 ) 的氯乙醇水溶液作原料，摩尔比为 1∶1，混合液密度为 1.02kg/L。该反应对氯乙醇和碳 酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于 5.2L／(mol· h)。要求氯乙醇转化率达到95％。 (1)若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体积。 (2)若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。
化
学
工
程
系
平推流和全混流反应器比较
1 rA
C A0 - C A τ= rA
t = -
CA CA0
C Af
C A0
dC A rA
C
化
CSTR和PFR的选择：
学
工
程
系
有一液相均相反应： ，可选择350K的CSTR和 300K的PFR两种反应器进行反应，已知
300 K时 k = 0.07 dm3/（mol· min），E = 85000 J/(mol· K) CA0B = CB0B = 2 mol/dm 3 ,vA0 = vB0 = 0.5v0 = 5 dm3/min
化
学
工
程
系
化
学
工
程
系
化
学
工
程
系
夹套式蒸汽加热反应釜
内外盘管式加热不锈 钢反应釜
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性能 耐热性 耐冲击性
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
（二）搅拌釜式反应器的分类 3. 按操作压力分 低压釜：动密封 高压釜：磁力搅拌釜，静密封
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 壳体 搅拌装置 轴封 换热装置 图1-3
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 1. 壳体
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 2. 搅拌装置 框式和锚式
搅拌器
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 3. 轴封（1）填料密封
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅 拌釜式反应器基本结构 3. 轴封 （2）机械密封
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅 拌釜式反应器基本结构 4. 换热装置
-rAV
体积V
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
连续操作
连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地流出反应器
A的流入量
FA0 Q0CA0
反应量 -rAV
浓度CA 体积V
A的流出量
FA QCA
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
• 操作特点∶物料连续输入，产物连续输出，时刻伴 随着物料的流动。
• 基本特征∶连续反应过程是一个稳态过程，反应器 内各处的组成不随时间变化。（反应组分、浓度可 能随位置变化而变化。）
任务1 均相反应器的选择
研究目的 设计最优化：体积、数量等 操作最优化：串联、并联等
化学工业中常见的均相反应器 釜式反应器 管式反应器
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
（一）搅拌釜式反应器的应用 均相反应：单一相
应用于 非均相反应：两相或两相以上
特点
结构简单、加工方便、传质效率高、温度分布均匀、 操作条件的可控范围较广、操作灵活性大，便于更 换品种，能适应多样化的生产。
五、均相反应器的选择
练习题
一 、判断题 1、釜式反应器可用来进行均相反应，也可用于以液相为主的
非均相反应。 2、釜式反应器的所有人孔、手孔、视镜和工艺接管口，除出
料口外，一律都开在顶盖上。 3、搪玻璃反应釜具有良好的抗腐蚀性，特别适于酸碱交替的
反应过程。 二、填空题 1、釜式反应器的基本结构主要包括_____________。 2、搅拌的根本目的是_____________ 。
任务1 均相反应器的选择
工作任务 根据化工产品的反应特点和生产条件初步选择
均相反应器的类型。
任务1 均相反应器的选择
技术理论
化工生产过程
原料预处理 化学反应（核心）--化学反应器 产物分离
任务1 均相反应器的选择
反应器选择、设计与操作： 是关于如何在工业规模上实现化学反应过程，
以期最有效地把化工原料转化为尽可能多的学科。
作业
1. 简述搅拌釜式反应器的分类。 2. 搪玻璃反应釜不宜用于哪类介质的储存与反应？
二、搅拌釜式反应器的结构
（二）无泄漏磁力釜基本结构 包括：釜体、搅拌转子 传热构件、传动装置、 安全与保护装置
二、搅拌釜式反应器的结构
（三）反应釜的特点与发展趋势
结构基本相同
目前反应釜
操作压力较高
共同特点
操作温度较高
反应釜中进行化学反应
多属间歇操作
二、搅拌釜式反应器的结构
（三）反应釜的特点与发展趋势 大容积化
筒体、上盖、下封头
平面形 碟形 椭圆形 球形
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 2. 搅拌装置 浆式搅拌器
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 2. 搅拌装置 推进式搅拌器
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 2. 搅拌装置 涡轮式搅拌器
• 主要优点∶便于自动化，劳动生产率高，反应程度 与产品质量较稳定。规模大或要求 严格控制反应条件的场合，多采用 连续操作。
• 主要缺点∶灵活性小，设备 投资高。
时间
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
（二）搅拌釜式反应器的分类 2. 按材质分 （1）钢制反应釜 （2）铸铁反应釜 （3）搪玻璃反应釜 耐腐蚀性
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
半间歇操作/半连续操作
操作：原料与产物中的一种或一种以上为连续输入或 输出，而其它成分分批加入或取出的操作称为 半间歇操作或半连续操作。
主要特点：半间歇操作具有间 歇操作和连续操作的某些 特点。反应器内的组成随 时间变化而变化。
A的流入量 FA0 QCA0
反应量 浓度CA，CB
反应釜 双搅拌器或外加泵强制循环 发展趋势 生产自动化和连续化
合理利用热能
三、管式反应器的应用与分类
（一）管式反应器在化工生产中的应用与分类 多管串联：气相反应和液相反应 多管并联：气固相反应
三、管式反应器的应用与分类
（二）管式反应器的特点
适用于热效应较大的反应
特
生产效率高
点
产品质量有保证
返混小
四、管式反应器的结构
四、管式反应器的结构
四、管式反应器的结构
1.直管
2. 弯管
四、管式反应器的结构
3.密封环 透镜环：圆柱形、“T”形。
4. 管件 5. 机架
五、均相反应器的选择
反应特征
选择依据
反应器的特征
生产要求
根据物料的聚集状态选择
主要
根据生产量选择
考虑
根据反应速率选择
根据动力学特性选择
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
（二）搅拌釜式反应器的分类
1. 按操作方式分
间歇操作
将反应原料一次加入 反应器，反应一段时间或 达到一定的反应程度后一 次取出全部的反应物料， 然后进入下一轮操作。
浓度 CA
物质量 nA
体积V
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
间歇操作的主要特点
• 操作特点∶反应过程中既没有物料的输入，也没有物料的
输出，不存在物料的进与出。
• 基本特征∶间歇反应过程是一个非稳态的过程，反应器内
组成随时间变化而变化。
完全混合流反应器
• 主要优点∶操作灵活，设 备费低，适用于小批量生 浓 产或小规模废水的处理。 度
• 主要缺点∶设备利用率低 ，劳动强度大，每批的操 作条件不易相同，不便自 动控制。
反应产物 反应物 反应时间
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
（二）搅拌釜式反应器的分类 3. 按操作压力分 低压釜：动密封 高压釜：磁力搅拌釜，静密封
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 壳体 搅拌装置 轴封 换热装置 图1-3
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 1. 壳体
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 2. 搅拌装置 框式和锚式
搅拌器
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 3. 轴封（1）填料密封
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅 拌釜式反应器基本结构 3. 轴封 （2）机械密封
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅 拌釜式反应器基本结构 4. 换热装置
-rAV
体积V
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
连续操作
连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地流出反应器
A的流入量
FA0 Q0CA0
反应量 -rAV
浓度CA 体积V
A的流出量
FA QCA
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
• 操作特点∶物料连续输入，产物连续输出，时刻伴 随着物料的流动。
• 基本特征∶连续反应过程是一个稳态过程，反应器 内各处的组成不随时间变化。（反应组分、浓度可 能随位置变化而变化。）
任务1 均相反应器的选择
研究目的 设计最优化：体积、数量等 操作最优化：串联、并联等
化学工业中常见的均相反应器 釜式反应器 管式反应器
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
（一）搅拌釜式反应器的应用 均相反应：单一相
应用于 非均相反应：两相或两相以上
特点
结构简单、加工方便、传质效率高、温度分布均匀、 操作条件的可控范围较广、操作灵活性大，便于更 换品种，能适应多样化的生产。
五、均相反应器的选择
练习题
一 、判断题 1、釜式反应器可用来进行均相反应，也可用于以液相为主的
非均相反应。 2、釜式反应器的所有人孔、手孔、视镜和工艺接管口，除出
料口外，一律都开在顶盖上。 3、搪玻璃反应釜具有良好的抗腐蚀性，特别适于酸碱交替的
反应过程。 二、填空题 1、釜式反应器的基本结构主要包括_____________。 2、搅拌的根本目的是_____________ 。
任务1 均相反应器的选择
工作任务 根据化工产品的反应特点和生产条件初步选择
均相反应器的类型。
任务1 均相反应器的选择
技术理论
化工生产过程
原料预处理 化学反应（核心）--化学反应器 产物分离
任务1 均相反应器的选择
反应器选择、设计与操作： 是关于如何在工业规模上实现化学反应过程，
以期最有效地把化工原料转化为尽可能多的学科。
作业
1. 简述搅拌釜式反应器的分类。 2. 搪玻璃反应釜不宜用于哪类介质的储存与反应？
二、搅拌釜式反应器的结构
（二）无泄漏磁力釜基本结构 包括：釜体、搅拌转子 传热构件、传动装置、 安全与保护装置
二、搅拌釜式反应器的结构
（三）反应釜的特点与发展趋势
结构基本相同
目前反应釜
操作压力较高
共同特点
操作温度较高
反应釜中进行化学反应
多属间歇操作
二、搅拌釜式反应器的结构
（三）反应釜的特点与发展趋势 大容积化
筒体、上盖、下封头
平面形 碟形 椭圆形 球形
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 2. 搅拌装置 浆式搅拌器
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 2. 搅拌装置 推进式搅拌器
二、搅拌釜式反应器的结构
（一）搅拌釜式反应器基本结构 2. 搅拌装置 涡轮式搅拌器
• 主要优点∶便于自动化，劳动生产率高，反应程度 与产品质量较稳定。规模大或要求 严格控制反应条件的场合，多采用 连续操作。
• 主要缺点∶灵活性小，设备 投资高。
时间
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
（二）搅拌釜式反应器的分类 2. 按材质分 （1）钢制反应釜 （2）铸铁反应釜 （3）搪玻璃反应釜 耐腐蚀性
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
半间歇操作/半连续操作
操作：原料与产物中的一种或一种以上为连续输入或 输出，而其它成分分批加入或取出的操作称为 半间歇操作或半连续操作。
主要特点：半间歇操作具有间 歇操作和连续操作的某些 特点。反应器内的组成随 时间变化而变化。
A的流入量 FA0 QCA0
反应量 浓度CA，CB
反应釜 双搅拌器或外加泵强制循环 发展趋势 生产自动化和连续化
合理利用热能
三、管式反应器的应用与分类
（一）管式反应器在化工生产中的应用与分类 多管串联：气相反应和液相反应 多管并联：气固相反应
三、管式反应器的应用与分类
（二）管式反应器的特点
适用于热效应较大的反应
特
生产效率高
点
产品质量有保证
返混小
四、管式反应器的结构
四、管式反应器的结构
四、管式反应器的结构
1.直管
2. 弯管
四、管式反应器的结构
3.密封环 透镜环：圆柱形、“T”形。
4. 管件 5. 机架
五、均相反应器的选择
反应特征
选择依据
反应器的特征
生产要求
根据物料的聚集状态选择
主要
根据生产量选择
考虑
根据反应速率选择
根据动力学特性选择
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
（二）搅拌釜式反应器的分类
1. 按操作方式分
间歇操作
将反应原料一次加入 反应器，反应一段时间或 达到一定的反应程度后一 次取出全部的反应物料， 然后进入下一轮操作。
浓度 CA
物质量 nA
体积V
一、搅拌釜式反应器的应用与分类
间歇操作的主要特点
• 操作特点∶反应过程中既没有物料的输入，也没有物料的
输出，不存在物料的进与出。
• 基本特征∶间歇反应过程是一个非稳态的过程，反应器内
组成随时间变化而变化。
完全混合流反应器
• 主要优点∶操作灵活，设 备费低，适用于小批量生 浓 产或小规模废水的处理。 度
• 主要缺点∶设备利用率低 ，劳动强度大，每批的操 作条件不易相同，不便自 动控制。
反应产物 反应物 反应时间