化工基础概论第七章化学反应器资料
反应器(化工设备操作维护课件)
上一内容 下一内容 回主目录
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。
上一内容 下一内容 回主目录
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
上一内容 下一内容 回主目录
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。
上一内容 下一内容 回主目录
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。
上一内容 下一内容 回主目录
2023/10/13
第六章 反应器
第二节 釜式反应器
上一内容 下一内容 回主目录
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
上一内容 下一内容 回主目录
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。
化学工程反应器知识点
化学工程反应器是化学工程领域中的重要组成部分。
反应器是用来进行化学反应的装置，它可以控制反应条件，实现化学反应的高效进行。
在化学工程反应器中，有许多重要的知识点需要了解和掌握。
本文将从基本概念、分类、设计和操作等方面，逐步介绍化学工程反应器的知识点。
一、基本概念 1. 反应器定义：反应器是用来进行化学反应的设备，它可以控制反应条件，包括温度、压力、物料进出等。
2. 反应器的作用：反应器可以实现化学反应的高效进行，提高反应速率和产物纯度。
3. 反应器的组成：反应器由反应容器、加热/冷却设备、搅拌装置、进出料口等组成。
二、分类 1. 反应器按照物料状态分类： - 气相反应器：适用于气体反应体系，如氧化反应。
- 液相反应器：适用于液体反应体系，如酯化反应。
- 固相反应器：适用于固体反应体系，如催化剂反应。
- 气-液相反应器：适用于气体与液体相间的反应体系，如气液萃取。
2. 反应器按照反应类型分类： - 批量反应器：适用于小规模生产和实验室研究。
- 连续流动反应器：适用于大规模生产，可以连续输入原料和产出产物。
- 微型反应器：适用于微量反应体系，可以实现高通量实验。
- 等温反应器：反应温度保持恒定。
- 非等温反应器：反应温度随时间变化。
三、设计 1. 反应器设计的目标：反应器设计需要满足反应速率、产物纯度、安全性等要求。
2. 反应器设计要考虑的因素： - 反应动力学：了解反应速率方程和反应机理，确定反应条件。
- 热力学：了解反应热效应，设计适当的冷却/加热设备。
- 流体力学：考虑反应物料在反应器内的流动情况，设计合适的搅拌装置。
- 安全性：考虑反应器内部的压力、温度等参数，设计安全措施。
3. 反应器设计的方法：- 经验法：根据类似反应器的经验数据进行设计。
- 数值模拟：利用计算流体力学（CFD）软件进行反应器内部流动和传热的模拟，优化设计。
- 实验方法：通过实验研究确定反应器设计参数。
化工基础概论第七章化学反应器资料
1、釜式反应器的壳体结构
视镜主要是为了观察设备内部的物料反应情况，也可作物料液面指示。有比较宽阔的视察 范围为其结构确定原则。 工艺接管口主要用于进、出物料及安装温度、压力的测定装置。进料管或加料管应做成不 使料液的液沫溅到釜壁上的形状， 以避免由于料液沿反应釜内壁向下流动而引起釜壁局部 腐蚀。 物料在反应过程中，压力有可能增高，这将使操作条件发生变化 ，并影响反应器的安全， 则需设置安全装置。一般装设安全阀。 釜式反应器的所有人孔、手孔、视镜、安全阀和工艺接管口，除出料管口外，一律都开在 顶盖上。 釜式反应器壳体所用材料，一般皆为碳钢，根据需要，可在与反应物料接触部分衬有不锈 钢、铅、橡胶、玻璃钢或搪瓷，个别情况也有衬贵重金属的如银等，也可直接用铜、不锈 钢制造的反应釜。
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，也可用直接火焰 或电感加热。如图 7-3 所示。 各种换热装置的选择主要决定传热表面是否易被污染而需要清洗、所需传热面 积的大小、传热介质的泄漏可能造成的后果以及传热介质的温度和压力等因素。 一般需要较大传热面积时，采用蛇管或列管式换热器；反应在沸腾下进行时， 采用釜外回流冷凝器取走热量；在需要较小传热面积时，传热介质压力又较低 的情况下，采用简单的夹套式换热器是比较适宜的。
图7-3 釜式反应器的换热装置
7.3.1.2釜式反应器的特点及应用
釜式反应器主要应用于液-液均相反应过程，在气-液、液-液非均相反应过程也 有应用，操作时温度、浓度容易控制，产品质量均一。在化工生产中，既可适 用于间歇操作过程，又可用于连续操作过程；可单釜操作，也可多釜串联使用； 但若应用在需要较高转化率的工艺要求时，有需要较大容积的缺点。通常在操 作条件比较缓和的情况下，如常压、温度较低且低于物料沸点时，釜式反应器 的应用最为普遍。
反应器基本理论课件
• 反应器概述 • 反应器的基础理论 • 反应器的类型与选择 • 反应器的操作与优化
反器概述
01
反应器的定义和分类
分类
连续反应器（Continuous Reactor）：反应物以稳定流速连 续加入，产物也连续流出。
定义：反应器是一种用于进行化 学反应的设备或系统，通过控制 反应条件来促进化学反应的进行， 并获取所需的产物。
批式反应器（Batch Reactor）： 反应物一次性加入，反应完成后 产物一次性取出。
半连续反应器（Semi-Batch Reactor）：反应物一部分连续加 入，一部分批次加入。
反应器在化工流程中的地位
01
02
03
核心设备
反应器是化工流程中的核 心设备之一，直接影响产 品质量和生产效率。
反应条件控制
评估指标
评估反应器性能的主要指标包括反应器的转化率、选择性、产率等。此外，还需关注反应器的能耗、设备寿命、 操作稳定性等方面的指标。在实际应用中，需根据具体反应体系和需求，综合权衡各方面因素，选择最适合的反 应器类型和设计参数。
04
反器的操作
化
反应器的稳态操作
稳态操作定义
指的是反应器在连续、稳 定的状态下进行操作，各 参数不随时间变化。
适用场景
非均相反应器适用于涉及固-液、固气等反应体系的反应过程，如催化裂 化、气体吸附等。
反应器的选择与评估
选择因素
在选择反应器时，需要考虑反应物的性质、反应条件、产物要求等因素。例如，对于快速反应，宜选择均相反应 器；对于慢反应，宜选择非均相反应器。同时，还需考虑反应器的传热、传质性能，设备的投资与运行成本等因 素。
非理想流动模型
分析实际反应器中可能出现的非理想流动现象，如返混、死区等， 以及这些现象对反应器性能的影响。
反应器PPT课件
此类反应器需有投料和卸料的时间，通 常用于实验室实验或少量水处理中。
精品课件
10
物料衡算式为：
dCi dt
r(Ci )
t=0，Ci=C0；t=t，C=Ci，积分上式得：
t
ccoi
dCi r (Ci )
设为一级反应，r（Ci）=-kCi，则
t
ccoi
dCi kCi
1 C0 k lnCi
精品课件
11
理想反应 器分类
完全混合间歇式反应器（CMB型，completely mixed batch）
完全混合，间歇操作，封闭系统
完全混合连续式反应器（CSTR型,continous flow stirred tank reactor） 完全混合，连续操作，不封闭系统
推流式反应器（PF型，plug flow reactor）
推流式，连续操作，不封闭系统
精品课件
9
完全混合间歇式反应器（CMB型，completely mixed batch）
• 投入反应物，均匀混合，并发生反应， 达到预期反应程度后，排出反应物
特征： 1.反应过程中为封闭系统，无物质输入输 出。 2.反应器中反应物浓度随时间是变化的， 但任一时刻t，反应器中浓度认为是均 匀的。
精品课件
12
完全混合连续式反应器（CSTR型，continous flow stirred tank reactor ）
反应物连续输入，一进入反应器即与 反应器内的物料快速混合均匀（瞬间 ）。反应器内物料连续流出，且出水 中反应物浓度与反应器内各点处反应 物浓度相同。
• 特征： • 1.连续流入，连续流出； • 2.反应器内各点反应物浓度相同，且
Cn 0.01,n 2,k 0.92 C0
反应器基础知识课件(原创)
主 要 内 容
概述 反应器的种类 反应器的一般结构及优缺点 反应器的操作条件 反应器的选型
概述
反应器 用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、 气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌（机械搅拌、 气流搅拌等）装置。在高径比较大时，可用多层搅拌 桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应 器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外 循环进行换热。 反应器的应用始于古代，制造陶器的窑炉就是一 种原始的反应器。近代工业中的反应器形式多样,例如: 冶金工业中的高炉和转炉；生物工程中的发酵罐以及 各种燃烧器，都是不同形式的反应器。
釜式反应器
搅拌器 除聚合过程外，还有许多其他化工过程需 要搅拌器。 按工艺过程搅拌器可分为混合、搅动、悬 浮和分散四种。 按型式，搅拌器有推进器式、透平式、浆式、 锚式、螺轴式、螺带式以及有刮壁作用的搅拌 器。前三种适用于高速搅拌低粘稠流体，后几 种适用于低速搅拌高粘稠流体。
釜式反应器
传热装置 聚合反应往往严格控制聚合温度， 要求反应物料纯净不被污染，加之粘度 高易结垢，要求传热装置传热效率要高， 结构要简单，避免有容易挂胶的粗糙表 面和导致结垢的死角，并便于清洗。
釜式反应器的高径比为1-2，在石化行业 中，除用于液相均相、液相非均相或气 相反应外，主要用于聚合反应，即将小 分子变为大分子，使反应物具有可塑、 成纤、成膜、高弹等特性。很多釜内含 有搅拌器和换热装置。大部分反应釜由 釜体、搅拌器、减速器、密封装置、换 热装置和挡板组成。
釜式反应器
釜体 釜体是一个压力容器，其内壁有的 要求镜面，有的无此要求。
塔式反应器
气升式鼓泡塔 气升式鼓泡塔塔内装有一根或几根气升管， 气体从下部的气体分布器进入气升管。在气升 管中，气液混合物密度比环形空间中的液体密 度小得多，引起液体在环形空间和气升管内做 循环流的，故称为气升式鼓泡反应器。苯乙烯 装置中的烃化/烃化转移反应器就是这种结构。
化工基础重点内容总结
1.2. 单元操作概念：不同化工行业生产过程中所共有的基本的物理操作过程称为单元操作。
3. 单元操作的特点：①都是纯物理性操作，只改变物料的状态或物理性质，并不改变物料的化学性质；②都是化工生产过程中共有的操作。
③其遵循的原理是相同的，进行操作的设备也是相似的、通用的。
4. 单位制：基本单位、导出单位再加上一些辅助单位及有关的规则，即可构成一种单位制。
5. 流体：液体和气体称统为流体。
特征：（1）具有流动性，即抗剪和抗张的能力很小；（2）无固定的形状，随容器的形状而变化；（3）在外力作用下其内部发生相对运动。
6. 以绝对零压作起点计算的压强， 称为绝对压强，这是流体的真实压强。
7. 当被测流体的绝对压强大于外界大气压时，所用的测压仪表称为压强表（压力表）。
压强表上所测得的压强称为表压强。
8. 真空度：当被测流体的绝对压强低于外界大气压时，所用的测压仪表称为真空表，真空表上的读数称为真空度。
9. 流体在重力与压力的作用下，达到平衡，便成静止状态，如果这个平衡被打破，流体便产生流动。
由于重力就是地心引力，可以看作是不变的，起变化的是压力，所以实质上这里讨论的是静止流体内部压强的变化规律。
描述这一规律的数学表达式，就称为流体静力学基本方程式。
10. 连续性方程物理意义：连续性方程反映了定态流动过程中，流量一定时，管路各截面上流速的变化规律。
11. 理想流体柏氏方程的物理意义：理想流体柏氏方程反映了理想流体定态流动过程中，各种机械能之间相互转换的数量关系。
12. 流体还有一种抗拒内在的向前运动的特性，这种特性就是流体的粘性。
粘性是流动性的反面。
粘度是流体抗拒流动的一种性质，是流体分子间相互吸引而产生的阻碍分子间相对运动能力的量度，即流体流动的内部阻力。
粘度总是与速度梯度相联系，只有在运动时才会显现出来，所以在分析静止流体的规律时，并没有提及这一性质。
13. 滞流：管内流体质点作有规则的平行流动，质点之间互不碰撞，互不干扰混杂，这种流动型态称为滞流或层流。
反应器基础知识
反应器基础知识一、内容概览首先我们要明白，反应器是做什么用的。
简单来说反应器就是一个让化学反应发生的场所，就像我们做饭用的锅一样，只不过这个“锅”里发生的反应可能更复杂、更高级。
第一部分我们会介绍反应器的基本结构和类型，没错不同的反应器有着不同的“长相”和“功能”，它们各有特点，各司其职。
你会了解到反应器有哪些种类，每种类型的反应器适合进行哪些反应。
第二部分我们会谈谈反应器的工作原理，就像我们了解电器的原理一样，了解反应器的原理能让我们更好地使用它。
这部分内容会告诉你，反应器是怎么让化学反应发生的，它的工作过程是怎样的。
第三部分我们会深入探讨反应器在实际应用中的作用，你会发现反应器不仅仅是在实验室里出现，它在工业、环保、科研等领域都有广泛的应用。
我们会举一些实例，让你更直观地了解反应器的应用情况。
我们还会聊聊如何选择和保养反应器，以及在使用过程中需要注意哪些问题。
这样你在使用反应器时就能更加得心应手，避免一些不必要的麻烦。
1. 反应器的定义与重要性当我们谈论化学反应时，反应器是一个我们不可忽视的重要角色。
那么反应器究竟是什么呢？简单来说反应器就是一个让化学反应发生的地方，它提供了一个环境，让我们可以将不同的化学物质放在一起，通过一定的条件，让它们发生化学反应，从而得到我们想要的产物。
了解了反应器的定义后，我们再来谈谈反应器的重要性。
在我们的日常生活中，许多产品的制造都离不开反应器的帮助。
比如我们常用的塑料、药品、食品等等，都是在反应器中通过化学反应制作出来的。
反应器就像是化学反应的“舞台”，没有它很多化学反应就无法进行，我们的生产生活也会受到很大的影响。
因此反应器在工业生产、科研领域都扮演着非常重要的角色。
2. 反应器在工业生产中的应用概述工业生产离不开反应器的运用，你知道吗反应器就像是工厂里的“魔术盒子”，负责让原料在特定的条件下发生变化，变成我们需要的产品。
无论是制造食品、药品还是化工原料，反应器都扮演着重要的角色。
化工基础知识点(带答案)
化学工程基础—李德华编著（第三版）知识点汇总第一章 化学工业与化学工程掌握：1. 化工基础的主要研究内容是（三传一反）。
可以为一个空或四个空。
2. 化工生产过程可认为是由（化学反应过程）和（单元操作）所组成。
第7页。
3. 化工数据：我国法定计量单位是以（国际单位制）为基础的。
所有物理量都可以由（7）个基本单位导出。
会简单的换算。
了解：1. 化学与化工的区别和联系； 联系：化工以化学学科研究的成果为基础，化学通过化工来实现其研究价值。
区别：规模：“三传”（传动、传热、传质）对反应的影响；实现原料预处理和产物的后处理涉及了“单元操作”；经济性；安全性；环保；等等工程问题。
2. 化工过程开发的主要研究方法有哪些？ 逐级经验放大法；数学模型放大法第二章 流体流动过程第一节 概述 知识点： 1. 流体是什么？流体是气体与液体的总称。
2. 流体具有哪些性质？ 具有压缩性；无固定形状，随容器形状而变化； 受外力作用时内部产生相对运动第二节 流体静力学基本方程式 知识点： 1. 概念：密度，比体积，重点是压力垂直作用在单位面积上的力称为压强，习惯上称之为压力，用符号p 表示。
2. 压力中需掌握单位换算，以及绝对压力、真空度、表压、当地大气压之间的关系。
atm 1（标准大气压）O mH mmHg Pa 2533.1076010013.1==⨯=3.流体静力学方程式及适用条件，19页2-9。
（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；4.静力学方程在U形管上的压力测量。
重点是会选取等压面，等压面选取的条件是（静止的，连通的，同一种流体的同一水平面）。
第三节流体流动的基本方程式1.体积流量，质量流量，体积平均流速及它们之前的关系，并会简单的单位换算。
掌握公式22页的2-15,2-16。
2.定态流动时的连续性方程，即为质量流量为常数。
23页的2-20。
3.背过实际流体的伯努利方程，并理解每一项的物理意义。
反应器的基础知识大全
反应器的基础知识大全化学反应器是化工生产的核心设备，反应器的形式对化工生产有着十分重要的影响，能够直接影响生产安全和产品的质量。
根据反应器的形式特点，主要可以分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、床式反应器、微反应器等。
釜式反应器釜式反应器又称反应釜、锅式反应器。
它是各类反应器中结构较为简单且应用最为广泛的一种反应器，被广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药等领域。
它可用来进行均相反应或者以液相为主的非均相反应，如液-液相、液-固相、气-液相、气-液-固相等。
釜式反应器具有较宽的适用温度和压力范围、适应性强、操作弹性大、连续操作时温度浓度容易控制、产品质量均一等特点。
通常在操作条件比较缓和的情况下，如常压、低温且低于物料沸点时，应用此类反应器最为常见。
反应条件较为苛刻时（如高温、高压、强腐蚀性等），也可采用专用釜式反应器进行生产。
釜式反应器的主体结构主要由釜体、搅拌装置、传动装置、轴封装置和换热装置组成。
釜式反应器按操作方式可分为（1）间歇釜又称间歇釜式反应器，其主要特点是操作灵活，能适应不同操作条件和产品品种，对于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产尤为适用。
间歇釜的缺点是需有装料和卸料等辅助操作过程，产品质量不易稳定。
但有些反应过程，如发酵反应和聚合反应等，实现连续生产尚有困难，目前仍然采用间歇釜进行生产。
（2）连续釜又称连续釜式反应器，由多个反应釜串联组成。
与间歇釜相比，连续釜能够节省加料和卸料时间，生产连续，产品质量比较稳定。
连续釜的缺点是由于搅拌的作用易造成物料返混，影响产品的转化率。
（3）半连续釜又称半连续釜式反应器，指一种或多种原料一次性加入，另一种或多种原料连续加入的反应器，其特性介于间歇釜和连续釜之间。
反应釜按照搅拌方式的不同又可以分为立式容器中心搅拌、偏心搅拌、倾斜搅拌，卧式容器搅拌等类型，其中以立式容器中心搅拌反应器是最为常用。
管式反应器管式反应器通常长径比较大，外形呈管状，是一种连续操作反应器，属于平推流反应器，多用于均相反应过程。
收藏：化工反应器的基本知识
收藏：化工反应器的基本知识F-T合成反应器F-T合成反应器呼跃军摄化工装置反应设备是发生化学反应或生物质变化等过程的场所，是流程性材料产品生产中的核心设备。
广泛应用于化工、炼油、冶金、轻工等工业部门。
在化工生产中，化学反应的种类很多，操作条件差异很大，物料的聚集状态也各不相同，使用反应器的种类也是多种多样。
本期内蒙古化工小编就与大家分享一篇文章，了解反应器的基本知识。
一般可按用途、操作方式、结构型式等进行分类。
最常见的是按结构型式分类，可分为机械搅拌式反应器，釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器，移动床反应器，电极式反应器和微反应器。
内蒙古化工小编接下来就就带你认识了解各类反应器和它们的特点。
机械搅拌式反应器机械搅拌式反应器可以用于均相反应，也可用于多相（液-液，气-液，液-固）反应，可以间歇操作，也可以连续操作。
可在常压，加压，真空下生产操作，可控制范围大。
同时在生产结束后，出料容易，反应器清洗方便，机械设计也已经成熟，因此用途十分广泛。
搅拌反应器主要由搅拌容器和搅拌机两大部分组成，搅拌容器包括筒体，换热元件及内构件。
搅拌器，搅拌轴及密封装置，传动装置等统称为搅拌机。
釜式反应器釜式反应器也称槽式、锅式反应器。
特点：反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应器出口物料的浓度和温度。
物料质点在反应器内停留时间有长有短，存在不同停留时间物料的混合，即返混程度最大。
反应器内物料所有参数，如浓度、温度等都不随时间变化，从而不存在时间这个自变量。
优点：适用范围广泛，投资少，投产容易，可以方便地改变反应内容。
缺点：换热面积小，反应温度不易控制，停留时间不一致。
绝大多数用于有液相参与的反应，如：液液、液固、气液、气液固反应等。
管式反应器管式反应器主要用于气相、液相、气—液相连续反应过程，由单根(直管或盘管)连续或多根平行排列的管子组成，一般设有套管或壳管式换热装置。
其结构简单，制造方便。
化工基础考试题含参考答案
化工基础考试题含参考答案一、单选题（共70题，每题1分，共70分）1、单程转化率指（）。
A、目的产物量/进入反应器的原料总量×100%B、目的产物量/参加反应的原料量×100%C、目的产物量/生成的副产物量×100%D、参加反应的原料量/进入反应器的原料总量×100%正确答案：D2、关于采用贯通吹扫法进行工艺管道的吹扫时，下列说法正确的是（）。
A、使所有管道同时排放B、先吹扫主管道，然后吹扫支管道C、吹扫没有先后顺序D、先吹支管道，然后吹扫主管道正确答案：B3、工业上甲醇氧化生产甲醛所用的反应器为（）。
A、具换热式固定床反应器B、釜式反应器C、流化床反应器D、绝热式固定床反应器正确答案：D4、化学反应器的分类方式很多，按（）的不同可分为管式、釜式、塔式、固定床、流化床等A、操作方式B、结构C、聚集状态D、换热条件正确答案：B5、氢分压的改变例如增大，会使裂化反应（）。
A、深度增加B、深度减小C、深度不一定受影响D、以上均不是正确答案：C6、为防止急冷水系统腐蚀，通常在急冷水中注入（）。
A、KOB、HClC、P2O5D、NaOH正确答案：D7、氯丁橡胶的单体是（）。
A、氯乙烯B、2-氯丁二烯C、三氯乙烯D、3-氯丁二烯正确答案：B8、低压法羰基合成醋酸的原料是（）。
A、乙烯和一氧化碳B、甲醇和一氧化碳C、乙醇和一氧化碳正确答案：B9、以下有关空间速度的说法，不正确的是：（）。
A、空速减小，原料气与催化剂的接触时间增加，主反应的选择性提高B、空速增加，原料气与催化剂的接触时间缩短，转化率下降C、空速的大小影响反应的选择性与转化率D、空速越大，单位时间单位体积催化剂处理的原料气量就越大正确答案：A10、一般反应器的设计中，哪一个方程式通常是不用的（）。
A、动量衡算式B、热量衡算式C、反应动力学方程式D、物料衡算式正确答案：A11、反应釜中如进行易粘壁物料的反应，宜选用（）搅拌器。
化工原理 第七、八章 化学反应器超详细讲解
二、反应时间的计算
1.基本公式
以整个反应釜在dt 内对A组分作物料衡算得： (因为浓度随时间变而不随位置变，故需取时间微元)
在dt 内：A的进入速率=A的流出速率+A的消耗速率+A的积累速率
(rA) * VR (dnA / dt) nA0 * dxA / dt
xA：A的转化率
VR=V0=Vx
CA
CA 0
3.图解法求解——只有CA～(-rA)或xA～(-rA)数据，无速率方程时。
VR
2、 反应器总容积—VT 由于反应体系的发泡、沸腾等因素，必须VT＞VR 设：VR / VT=φ 装料系数 （0.5～0.8）
4、原料的体积流量v0 的计算
G——反应物质量流量 ρ——反应物的密度
F——反应物摩尔流量
∵ dCA=-CA0*dxA
x
2.定义 注意：V—反应物体积，V0 —起始反应物体积，Vx—转化率为xA时 的反应物体积；VR—反应器有效容积；VT —反应器总容积。
§7-2 间歇操作搅拌釜式反应器——间歇釜
一、间歇釜的特点
1.间歇操作，存在装料、调温、出料、清洗等辅助时间t`。 2.釜内CA, xA, (-rA)～t反变化，但不随位置变化。 3.各物料微团的 t停 都相等。
一、多级串联反应器特点 各小釜内CA，(-rA) 既不随时间而变，又不随位置而变， 存在强烈的返混，t停分布在t1→t2区间内；但CA，(-rA)随N 变化。整个反应器存在一定程度的返混，各物料微团的t停 分布在t`1→t`2区间内。 二、设计方程 由于多级串联反应器一般只进行液相反应，视为定容 反应。由于各小釜内CA , (-rA)不随时间t和位置变化，故每 一个小釜就是一个全混流反应器，所以逐釜应用全混流反 应器的设计方程，可求出每一个小釜的容积，则反应器总 容积可求。 全混流反应器的设计方程为：
化工基础简答总结
第二章1. 流体流动时有哪些流动形态？如何判别？答：流体充满导管作定态流动时基本上有两种流动形态：滞流（也称为层流）和湍流。
判别流动形态的依据是雷诺数（Re）。
Re＜2000 为滞流；Re＞4000为湍流；2000＜Re＜4000 过渡态2. 分别说明滞流和湍流时影响流体流动阻力的因素，并说明两者区别。
滞流也称为层流，其特征是：当流体在圆管中作滞流流动时，流体的质点作一层滑过一层的位移，层与层之间没有明显的干扰。
各层间分子只因扩散而转移。
流体的流速沿断面按抛物线分布；紧靠管壁的流体流速等于零，管中央的流速最大，管中流体的平均流速为最大流速的1/2.湍流的特征是：流体在流动时，流体的质点有剧烈的骚扰涡动，一层滑过一层的粘性流动情况基本消失，只是靠近管壁处还保留滞流的形态。
湍流时，靠近管壁一定距离的流体，其流速沿管壁至管心方向逐步增大，接近管中央相当大范围内的流体流速接近于最大流速；管内流体的平均流速为管中央最大流速的0.8 左右。
3. 离心泵有什么特点？有哪些主要指标？离心泵是利用快速旋转的叶轮向液体作功使液体获得离心力并转化成静压能和动能，从而使液体能克服流动时的摩擦阻力及外压力而被输送。
离心泵的特点是输出液的压头不高，但有较大的输送量。
有很大的操作机动性，能在相当广泛的流量范围内操作，流量可用排出口的阀门控制。
离心泵的主要性能参数有转速n、流量qv、扬程H、功率P 和效率η。
离心泵的主要性能参数①流量qv (m3·s-1或m3·h-1）称排液量或输送能力，指在单位时间内泵所排送的液体数量。
②扬程或压头H(米液柱) 泵对单位重力的流体所提供的有效能量，③轴功率P(W) ：轴功率P:电动机传递给泵轴的功率。
有效功率pe:单位时间内泵对所输送液体所做的功④效率η表示能量损失，离心泵的类型、尺寸、加工精度、液体流量和物性等因素有关。
一般小泵的η为50%～70%，大型泵的可达90%。
第七章化学反应工程学----反应器基本原理
四、化学反应过程和化学反应器的分类 （一）、化学反应过程分类
分类特征 反应过程
反应特征 简单反应、复杂反应（平行的、连串的等）
热力学特征 可逆的，不可逆的
相态
均相（气、液），非均相（气-液，气固、液固、气-液-固）
时间特征 定态，非定态
控制步骤
化学反应控制，外部扩散控制，内部扩散控制，吸附或脱附 控制
2、理想混合 特点： ①、反应器内的浓度和温度均均一致，并且等于出口处的 物料浓度和温度。 ②、物料粒子的停留时间参差不齐，有一个典型分布。 “逆向混合”
也叫“返混”,在反应器内，不同停留时间的粒子间的混合。
引起逆向混合的主要原因有：
1）、由于搅拌造成涡流扩散，使物料粒子出现倒流。
2）、由于垂直于流向的截面上流速分布不均所致，如管式 反应器内流体作层流，流速呈抛物线分布，同一截面上不同 半径处的物料粒子的停留时间不一样，它们之间的混合也就 是不同停留时间的物料间的混合，也就是逆向混合。
E(t)dt
曲线以下在t→t+dt间的面积即E（t）dt
才是分率dN/N的大小，所以把E（t）称
t t+dt
t
作“分布密度函数”。
归一化的性质：
dN E(t)dt 1
0N
0
2、停留时间分布函数 F（t）
假若在时间0→t之间进入反应器的物料粒子中，具有停 留时间从0→t间的物料粒子的量占进料总量的分数，称为 停留时间分布函数，用F（t）表示:
输入动量 = 输出动量 + 动量损失 （5）、参数计算式 主要是指物性参数、传递参数及热力学等计算公式。
三、化学反应工程学与相关学科的关系
传递工程
反应器中流体 流动与传热 化学反应工程 反应器的设计
师范类《化工基础》PPT课件 第七章化学反应工程基础习题解答
解得： x'A 0.75
设换成相同体积的平推流反应器时，转化率为
VRqv0qv0kcA0(x1'A 'x'A ' )
x
'' A
，则有：
与全混流反应器的计算相比为：
VR VR
q
v0
kcA
0
x
'' A
(1
x
'' A
)
q
v0
kc A 0
xA (1
xA
)2
x
'' A
(1
x
A
)2
x
A
(1
x
'' A
)
x
7
第四章习题
7. 在某全混流反应器中进行均相液相反应：A→P，其动力学方程为rA=kcA2，转 化率为50%。（1）如果反应器体积为原来的6倍，其他保持不变，则转化率为 多少？（2）如果体积相同，换成平推流反应器，其他保持不变，则转化率为 多少？
解： 在全混流反应器中进行的二级反应，其反应体积为：
解： 醋酸、丁醇、醋酸丁酯的摩尔质量分别为60、74、 116。含1mol醋酸的初始 溶液的体积为：
2020/6/8
604.97740.57(m3)
750
则醋酸的初始浓度为：
cA00.7 1501.753(km ol/m 3)
4
第四章习题
处理物料的流量为：
1160.522440 0601.7530.01639(m 3/m in)
VRqv0qv0kcA0(x 1A xA)2
反应器体积变为原来的6倍时，其转化率为xA’，则有
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图7-3 釜式反应器的换热装置
7.3.1.2釜式反应器的特点及应用
釜式反应器主要应用于液-液均相反应过程，在气-液、液-液非均相反应过程也 有应用，操作时温度、浓度容易控制，产品质量均一。在化工生产中，既可适 用于间歇操作过程，又可用于连续操作过程；可单釜操作，也可多釜串联使用； 但若应用在需要较高转化率的工艺要求时，有需要较大容积的缺点。通常在操 作条件比较缓和的情况下，如常压、温度较低且低于物料沸点时，釜式反应器 的应用最为普遍。
3、密封装置
静止的搅拌釜封头和转动的搅拌轴之间设有搅拌轴密封装置，简称轴封，以防 止釜内物料泄漏。 轴封装置主要有填料密封和机械密封两种，都已标准化，可根据需要直接选用。 填料密封结构简单，填料装卸方便，但使用寿命较短，难免微量泄漏。当轴颈 处圆周速度在 5m/s 以上即不能使用，密封压力稍高时也不宜采用。机械密封结 构较复杂，造价高，但密封效果甚佳，泄漏量少，使用寿命长，磨擦功耗小。 此外还可用新型密封胶密封等。
7.3.3 固定床反应器
7.3.3.1固定床反应器的结构
7.3.3.2固定床反应器的特点及工业应用
7.3.3.1固定床反应器的结构
1、绝热式固定床反应器
2、换热式固定床反应器
1、绝热式固定床反应器
绝热式固定床反应器可分为轴向反应器和径向反应器。 轴向反应器一般为空心的圆筒体，在器内下部装有栅板，催化剂均匀堆置其上形成床层；物料进口处 有保证气流均匀分布的气体分布器，预热到一定温度的反应气体自上而下通过床层进行反应，如图 7-5 所示。这种反应器结构简单，反应器体积利用率高，但由于在反应过程反应物系与外界无热量交换， 故只适用于反应热效应较小、反应温度允许范围较宽的反应过程。 当反应热效应较大时，这样简单的反应器构型未必可行，温度的变化会影响到反应的进行，对反应物 进行稀释以降低绝热温升，是解决问题的一种方法，但它是以降低反应器生产能力为代价的；更常用 的方法是把催化剂层分为若干段，在段间进行热交换，使反应物流在进入下一段床层前升高或降低到 合适的温度，如图 7-6（a）(b)所示；也可采用掺入冷（或热）反应物（或某种热载体）的方式，通常 称为冷激，如图 7-6（c）(d)所示，冷激式反应器结构简单，但冷激物料为反应物时，会降低反应的推 动力。为了结构简单，便于操作，工业多段绝热式固定床反应器的段数一般不超过 5。
2、换热式固定床反应器
为了维持适宜的温度条件，需要用换热介质来移走或供给热量。根据换热介质 的不同，可分为对外换热式反应器和自身换热式反应器。 对外换热式反应器是以各种热载体为换热介质，在化工生产中应用最多的是换 热条件较好的列管式固定床反应器。这种反应器由多根管子并联组成，通常在 管内充填催化剂，管间通热载体（在用高压水或高压蒸汽作热载体时，把催化 剂放在管间，管内走反应气体） ，原料气体自上而下通过催化剂床层进行反应， 反应热则由床层通过管壁与管外的热载体进行热交换，如图 7-8 所示。 列管式反应器的管子由导热系数较大的金属材料制成。管径的选择和反应热效 应有关，为使床层径向温度分布均匀，一般取 25~50mm 为宜，热效应愈大选用 管径愈小。根据生产规模，列管数可为数百根到数千根，甚至达到万根以上。
7.2 化学反应器分为间歇操作，连续操作，半间歇（连续）操作。 间歇操作是一次加入反应物料，在一定条件下，经过一定的反应时间，达到规定的转化率时取出产物 的过程，其特点是在反应过程中，物料浓度随时间变化，是不稳定的生产过程，它通常为实验室及产 量较小的一些情况下采用，还能用一个反应器生产多个品种或牌号的产品。 半间歇操作是指反应器中的物料有一些是分批加入或取出的，而另一些则是连续地通过的，或者用蒸 馏的方法连续移走部分产品的生产过程。半间歇操作也是一个不稳定过程。 连续操作是连续加入反应物和取出产物，是一个稳定过程，一般用于产品品种比较单一而产量较大的 场合。 4、按温度条件和传热方式分类 每一个化学反应都涉及有反应热，而化学反应对温度的变化相当敏感，所以传热方式和温度控制是反 应器设计和操作中的重要问题。 根据温度条件反应器可分为等温和非等温两类，根据传热方式又可分为绝热式，外热式，自热式三大 类。
2、搅拌器
涡轮搅拌器由一个或数个装置在直轴上的涡轮所构成。其操作形式类似于离心泵的翼轮， 当涡轮旋转时，液体经由中心沿轴被吸入，在离心力作用下，沿叶轮间通道，由中心甩向 涡轮边缘，并沿切线方向以高速甩出，而造成剧烈的搅拌。这种搅拌器最适用于大量液体 的连续搅拌操作，除稠厚的浆糊状物料外，几乎可应用于任何情况。随着生产能力的提高 和连续化操作的发展，其应用范畴必将日益广泛。这种搅拌器的缺点是生产成本较高。 在工业上可根据物料的性质、要求的物料混合程度以及考虑能耗等因素选择适宜的搅拌 器。在一般情况下，对低粘性均相液体混合，可选用任何形式的搅拌器；对非均相液体分 散混合，选用旋桨式、涡轮式搅拌器为好；在有固体悬浮物存在，固液密度差较大时，选 用涡轮式搅拌器， 固液密度差较小时， 选用桨式搅拌器； 对于物料粘稠性很大的液体混合， 可选用锚式搅拌器。对需要更大搅拌强度或需使被搅拌液体作上、下翻腾运动的情况，可 根据需要在反应器内再装设横向或竖向挡板及导向筒等。
第七章 化学反应器
7.1 化学反应器及要求
• 用于化学反应的设备称为化学反应器。 • 在任何一个有化学变化发生的化工生产过程中，就规模和 外形来看，化学反应器有可能是那些最不引人注目的设备 之一，但它是工厂的核心。
• 在一般情况下，工业上的化学反应不可能全部完成，也不 可能只生成一种产物，一个好的反应器不仅要能够充分有 效地利用原料，减轻分离设备的负荷，降低生产过程中的 能耗，而且应尽可能抑制副反应的发生，提高目的产物的 收率，并且能够为操作控制提供方便。综合的说反应器必 须满足传热、传质、优质、高产、安全、低耗、易控制等 多种要求。
7.3.2 管式反应器
由于管式反应器主要用于气相或液相连续反应过程，具有容积小，易于控制等 优点；能承受较高的压力，故用于加压反应尤为合适；但对于慢速反应，则有 需要管子长，压降较大等不足。随着化工生产越来越趋于大型化、连续化、自 动化。连续操作的管式反应器在生产中使用越来越多，就是某些传统上一直使 用间歇搅拌釜的高分子聚合反应，目前也开始改用连续操作的管式反应器。
2、搅拌器
当框式搅拌器的底部形状做成适应釜底形状时，就成为锚式搅拌器。锚式搅拌器转动时几 乎触及釜体的内壁，可及时刮除壁面沉积物，有利于传热。此种搅拌器适用于粘稠物料的 搅拌，转速可为 15~80r/min。 以上三种搅拌器均属于低速搅拌器，具有结构简单，制造方便的特点。 旋桨式搅拌器系用 2~3 片推进式桨叶装于转轴上而成。由于转轴的高速旋转，桨叶将液体 搅动使之沿器壁和中心流动，在上下之间形成激烈的循环运动，若将旋桨装在圆形导流筒 中，循环运动可更加强。这种搅拌器广泛应用于较低粘度的液体搅拌，也可用来制备乳浊 液和颗粒在 10%以下的悬浮液。 操作时所用的转速为 400~500 转/分， 对于粘度≥0.5Pa· S 液体，其转速应在 400r/min 以下，当搅拌粘性液体以及含有悬浮物或可形成泡沫的液体 时，其转速应在 150～400r/min 之间。旋桨式搅拌器具有结构简单、制造方便、可在较小 的功率消耗下得到高速旋转的优点，但在搅拌粘度达 0.4Pa·S 以上的液体时，搅拌效率 不高。
7.2 化学反应器分类
1、根据物料的聚集状态分类 化学反应器可分为均相反应器和非均相反应器两大类，均相反应器中只有一相 存在，通常不是气相就是单一的液相，如果含有二种以上反应物，就必须采取 措施把它们相互混合为一均匀的整体，非均相反应器又可分为气-液、气-固、液 -液、液 -固以及气-液-固等五种。 2、 根据反应器结构型式分类 化学反应器可分为釜式、管式、塔式、固定床、流化床等类型，表 7-1 列出了一 般反应器的型式与特性。
2、搅拌器
釜式反应器安设搅拌器的作用是加强物料的均匀混合，强化釜内的传热和传质 过程。常用的搅拌器有桨式、框式、锚式、旋桨式、涡轮式，还有螺带式、电 磁式、超声波式等，如图 7-2 所示。 桨式搅拌器结构比较简单，桨叶呈长条形，桨叶安装型式分为平直叶和折叶两 种，平直叶的叶面与旋转方向垂直，主要使物料产生圆周运动；折叶的叶面与 旋转方向倾斜一个角度，除了使物料产生圆周运动外，还能使物料上下翻动， 起到充分搅拌作用。桨叶总长可取为釜体内径的 1/3 ~ 2/3，不宜过长，转速可为 20~80r/min，物料液层较深时可采用二层或三层桨叶。 框式搅拌器是由桨式搅拌器演变而成，两层水平桨用垂直桨叶联成刚性框子， 结构牢固，可较好的搅拌液体。框的宽度可取釜内径的 0.9~0.98 倍，可以防止 物料附在釜壁上。转速较低，一般都小于 100r/min。
1、釜式反应器的壳体结构
视镜主要是为了观察设备内部的物料反应情况，也可作物料液面指示。有比较宽阔的视察 范围为其结构确定原则。 工艺接管口主要用于进、出物料及安装温度、压力的测定装置。进料管或加料管应做成不 使料液的液沫溅到釜壁上的形状， 以避免由于料液沿反应釜内壁向下流动而引起釜壁局部 腐蚀。 物料在反应过程中，压力有可能增高，这将使操作条件发生变化 ，并影响反应器的安全， 则需设置安全装置。一般装设安全阀。 釜式反应器的所有人孔、手孔、视镜、安全阀和工艺接管口，除出料管口外，一律都开在 顶盖上。 釜式反应器壳体所用材料，一般皆为碳钢，根据需要，可在与反应物料接触部分衬有不锈 钢、铅、橡胶、玻璃钢或搪瓷，个别情况也有衬贵重金属的如银等，也可直接用铜、不锈 钢制造的反应釜。
1、绝热式固定床反应器
径向反应器的结构较轴向反应器复杂，催化剂装载于两个同心圆筒构成的环隙 中，流体沿径向通过催化剂床层，可采用离心流动或向心流动，中心管和床层 环隙中流体的流向可以相同，也可以相反。图 7-7 径向反应器。径向反应器可 以采用较细小的催化剂颗粒而压降不大，提高了催化剂的有效系数，但保证装 置中气体分布的均匀是很重要的问题。
7.3.2 管式反应器
管式反应器，由单根（直管或盘管）连续或多根平行排列的管子组成，一般设 有套管或壳管式换热装置。操作时，物料自一端连续加入，在管中连续反应， 从另一端连续流出，便达到了要求的转化率。管式反应器与釜式反应器相比在 结构上差异较大，主要有直管式、盘管式、多管式等，如图 7-4 所示。 单管（直管或盘管）式是最简单的一种反应器，因其传热面积较小，则一般仅 适用于热效应较小的反应过程，如环氧乙烷水解制乙二醇和乙烯高压聚合制聚 乙烯等；多管式反应器的传热面积较大，可适用于热效应较大的均相反应过程。 多管式反应器的反应管内还可充填固体颗粒，以提高流体湍动或促进非均一流 体相的良好接触，并可用来贮存热量使用反应器温度能够更好的控制,也适用于 非均相反应过程。