管式反应器和釜式反应器PPT
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常见的几种反应装置课件
高温高压
选择具有压力承受能力的反应釜或压 力容器，并确保有良好的散热性能和 密封性能。THLeabharlann NKS塔式反应器总结词
塔式反应器是一种用于气液或液液反应 的设备。
VS
详细描述
塔式反应器通常由一个垂直的圆筒形塔体 和内部装有的填料或塔板组成，液体和气 体通过填料或塔板进行充分接触，并进行 化学反应。塔式反应器具有较高的传质效 率和反应效率，适用于大规模的气液或液 液反应过程。
流化床反应器
总结词
详细描述
常见的几种反应装置课件
目录
• 实验室常见反应装置 • 工业常见反应装置 • 特殊反应装置 • 反应装置的选择与使用
实验室常见反应装置
试管
总结词 详细描述
烧杯
总结词
详细描述
烧瓶
总结词
适用于需要长时间反应或需要密封的反应。
详细描述
烧瓶通常由玻璃或塑料制成，形状为圆筒形或梨形，具有一个细长的瓶颈和一个 紧密的瓶盖。它可以用于加热、冷却、搅拌和气体收集等操作。由于其容量较大， 适用于需要长时间反应或需要密封的反应。
锥形瓶
总结词
详细描述
工业常见反应装置
釜式反应器
总结词
釜式反应器是一种常见的间歇式反应器，适用于多种化学反应。
详细描述
釜式反应器通常由一个圆筒形釜体和两个对称的半圆形或长方形封头组成，操作时将物料加入釜内，通过搅拌使 物料混合均匀，并进行化学反应。釜式反应器具有较大的反应空间和传热面积，适用于大规模生产和处理高粘度、 高固体含量的物料。
管式反应器
要点一
总结词
要点二
详细描述
管式反应器是一种长管状设备，适用于连续流动的化学反应。
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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§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。
釜式及均相管式反应器
某制药企业采用鼓泡釜式反应器进行药物合成，通过引入自动化控制系统和优化 传热方式，实现了反应器温度、压力等参数的精确控制，提高了产品质量和生产 效率。
05
均相管式反应器设计要点及优化措施
设计要点
反应器类型的选择
根据反应特性和工艺要求，选择合适 的反应器类型，如釜式反应器、管式 反应器等。
反应条件的确定
04
釜式反应器设计要点及优化措施
设计要点
反应器类型选择
根据反应特性和工艺要求，选择合适 的釜式反应器类型，如搅拌釜、鼓泡 釜等。
安全防护设计
设置安全阀、爆破片、压力表等安全 附件，确保反应器安全运行。
01
02
材质选择
考虑反应介质、温度、压力等因素， 选用合适的材质，如不锈钢、搪瓷、 陶瓷等。
03
3
新能源领域
釜式及均相管式反应器在新能源领域也有广泛应 用，如用于燃料电池中的电化学反应、太阳能电 池中的光电转换过程等。
THANKS
感谢观看
高传热系数，降低能耗。
强化传质过程
通过改进反应器内部结构或增 加搅拌装置等措施，强化反应 物之间的传质过程，提高反应 速率。
优化操作条件
根据实验结果和模拟分析，调 整操作条件，如温度、压力等 ，以提高反应效率和产物质量 。
实现自动化控制
引入先进的控制系统，实现反 应过程的自动将产物 从反应器中分离出来 ，进行后续处理。
02
均相管式反应器概述
定义与原理
定义
均相管式反应器是一种在化学反应过 程中，反应物和产物在同一相态（气 态或液态）中进行连续流动的管状反 应器。
原理
反应物在管式反应器中连续流动，通 过管壁或管内催化剂的作用，在特定 的温度和压力条件下进行化学反应， 生成所需的产物。
05
均相管式反应器设计要点及优化措施
设计要点
反应器类型的选择
根据反应特性和工艺要求，选择合适 的反应器类型，如釜式反应器、管式 反应器等。
反应条件的确定
04
釜式反应器设计要点及优化措施
设计要点
反应器类型选择
根据反应特性和工艺要求，选择合适 的釜式反应器类型，如搅拌釜、鼓泡 釜等。
安全防护设计
设置安全阀、爆破片、压力表等安全 附件，确保反应器安全运行。
01
02
材质选择
考虑反应介质、温度、压力等因素， 选用合适的材质，如不锈钢、搪瓷、 陶瓷等。
03
3
新能源领域
釜式及均相管式反应器在新能源领域也有广泛应 用，如用于燃料电池中的电化学反应、太阳能电 池中的光电转换过程等。
THANKS
感谢观看
高传热系数，降低能耗。
强化传质过程
通过改进反应器内部结构或增 加搅拌装置等措施，强化反应 物之间的传质过程，提高反应 速率。
优化操作条件
根据实验结果和模拟分析，调 整操作条件，如温度、压力等 ，以提高反应效率和产物质量 。
实现自动化控制
引入先进的控制系统，实现反 应过程的自动将产物 从反应器中分离出来 ，进行后续处理。
02
均相管式反应器概述
定义与原理
定义
均相管式反应器是一种在化学反应过 程中，反应物和产物在同一相态（气 态或液态）中进行连续流动的管状反 应器。
原理
反应物在管式反应器中连续流动，通 过管壁或管内催化剂的作用，在特定 的温度和压力条件下进行化学反应， 生成所需的产物。
间歇釜式反应器连续釜式反应器管式反应器
要求湍流。停留时间长、反应慢的不适用。
可常压操作也可加压操作，常用于对温度不 敏感的快速反应。常见型式有水平、立式、盘 管、U型管等
6
一、水平管式反应器
图6-1 水平管式反应器
7
二 、 立 管 式 反 应 器
图6-2几种立式管式反应器
8
三、盘管式反应器
将管式反应器做成盘管的形式，设备紧凑，节省
(1)先规定流体的Re(>104)，据此确定管径d，再计
算管长L
由 Re
=
du
其中
u
=
4FV 0
d 2
所以 d
=
4FV 0 Re
;L
=
4VR
d 2
(2)先规定流体流速u，据此确定管径d，再计算 管长L，再检验Re是否>104
L=u
;d
=
( 4VR
1
)2
L
(3)根据标准管材规格确定管径d，再计算管长L，
解：反应物的体积流量FV0=FVA+FVB=0.56m3
密度ρ=(FVAρA+FVB ρB)/(FVA+FVB)=948.0kg/m3
反应器任意位置，CA=CA0(1-xA)
CB=CB0-2CA0xA，所以
rA=kCACB=CA0(1-xA)(CB0-2CA0xA)
∫ VR
FV C0 A0
xA 0
nA0(1 (xA dxA)) FV 0CA0(1- (xA dxA))
反应量：
rAdVR
于是
FV 0CA0 (1- xA ) FV 0CA0 (1- (xA dxA )) rAdVR
nA0 (1 xA) nA0 (1 (xA dxA) rAdVR
可常压操作也可加压操作，常用于对温度不 敏感的快速反应。常见型式有水平、立式、盘 管、U型管等
6
一、水平管式反应器
图6-1 水平管式反应器
7
二 、 立 管 式 反 应 器
图6-2几种立式管式反应器
8
三、盘管式反应器
将管式反应器做成盘管的形式，设备紧凑，节省
(1)先规定流体的Re(>104)，据此确定管径d，再计
算管长L
由 Re
=
du
其中
u
=
4FV 0
d 2
所以 d
=
4FV 0 Re
;L
=
4VR
d 2
(2)先规定流体流速u，据此确定管径d，再计算 管长L，再检验Re是否>104
L=u
;d
=
( 4VR
1
)2
L
(3)根据标准管材规格确定管径d，再计算管长L，
解：反应物的体积流量FV0=FVA+FVB=0.56m3
密度ρ=(FVAρA+FVB ρB)/(FVA+FVB)=948.0kg/m3
反应器任意位置，CA=CA0(1-xA)
CB=CB0-2CA0xA，所以
rA=kCACB=CA0(1-xA)(CB0-2CA0xA)
∫ VR
FV C0 A0
xA 0
nA0(1 (xA dxA)) FV 0CA0(1- (xA dxA))
反应量：
rAdVR
于是
FV 0CA0 (1- xA ) FV 0CA0 (1- (xA dxA )) rAdVR
nA0 (1 xA) nA0 (1 (xA dxA) rAdVR
连续操作釜式反应器与连续操作管式反应器比较
优化的核心是化学因素和工程因素的最优结合。
化学因素包括反应类型及动力学特性
工程因素包括 反应器型式：管式、釜式及返混特性 操作方式：间歇、连续、半间歇及加料方式的分批或 分段加料等 操作条件：物料的初始浓度、转化率、反应温度或温 度分布
反应器生产能力的比较——简单反应
简单反应的优化目标只需考虑反应速率。
（1）E1＞E2 T升高， k增1 大，
k2
（2） E1＜ E2 T升高， 减kk小12 ，
LOGO
反应器生产能力比较
反应器计算与操作的优化 化学反应过程的优化包括设计计算优化和操作优化两种类型。
化学反应过程的技术目标有： 反应速率——涉及设备尺寸，亦即设备投资费用。 选择性——涉及生产过程的原料消耗费用。 能量消耗——生产过程操作费用的重要组成部分。
不同类型反应的优化目标： 对简单反应：只需考虑反应速率； 对复杂反应：优先考虑选择性。
故自催化反应在反应过程中会有一个最大反应速率 出现。
自催化反应与一般不可逆反应的根本区别在于反应 的初始阶段有一个速率从低到高的起动过程。根据这种 反应特性，采用适当的措施可以改善它的性能。
➢自催化过程反应器组合的最优化
要求高转化率时 ①先用一个CSTR，使反应在最大速率下进行，在其后串接 一个PFR，达到所需的最终浓度水平。
即：对同一简单反应，在相同操作条件下，为达到相同 转化率，要求反应器有效体积最小。
换句话说，若反应器体积相同，反应器所达到的转化率 更高。
三种理想反应器所需时间
间歇式
t CA0
xA dxA 0 rA
平推流
V v0
CA0
xA dxA 0 (rA )
全混流
5
cA0
第三章 釜式及均相管式反应器综述
t C A0
x Af 0 CA dxA dCA C A0 rA rA
等容过程，液相反应
图解积分示意图
t C A0
x Af
0
CA dxA dCA C A0 rA rA
[rA]-1
[rA]-1
t/cA0 xA0 xAf x CA0
t CAf CA
二、间歇反应器的数学描述
Standardised stirred tank reactor sizes
标准尺寸( according to DIN)
反应釜规格 总容积 夹套容积 换热面积 400 L L m2 d1 h1 主要尺寸 (mm) d2 h2 533 120 2.5 800 1000 900 1250 630 847 152 3.1 1000 1000 1100 1300 1000 1447 216 4.6 1200 1200 1300 1550 2500 3460 368 8.3 1600 1600 1700 2060 4000 5374 499 11.7 1800 2000 1900 2500 6300 8230 677 15.6 2000 2500 2100 3050
4.155m / h
通过乙酸的起始浓度和原料中各组分的质量比，可求出乙 醇和水的起始浓度为
CB 0 3.908 60 2 10.2(mol / L) 46
3.908 60 1.35 CS 0 17.59(mol / L) 18
然后，将题给的速率方程变换成转化率的函数。
第三章 釜式及均相管式反应器
第一节 第二节 间歇釜式反应器 连续流动均相管式反应器
第一节 间歇反应器
一、釜式反应器的特征
（1）反应器内物料浓度达到分子尺度上的均匀，且反应 器内浓度处处相等，因而排除了物质传递对反应的影响；
x Af 0 CA dxA dCA C A0 rA rA
等容过程，液相反应
图解积分示意图
t C A0
x Af
0
CA dxA dCA C A0 rA rA
[rA]-1
[rA]-1
t/cA0 xA0 xAf x CA0
t CAf CA
二、间歇反应器的数学描述
Standardised stirred tank reactor sizes
标准尺寸( according to DIN)
反应釜规格 总容积 夹套容积 换热面积 400 L L m2 d1 h1 主要尺寸 (mm) d2 h2 533 120 2.5 800 1000 900 1250 630 847 152 3.1 1000 1000 1100 1300 1000 1447 216 4.6 1200 1200 1300 1550 2500 3460 368 8.3 1600 1600 1700 2060 4000 5374 499 11.7 1800 2000 1900 2500 6300 8230 677 15.6 2000 2500 2100 3050
4.155m / h
通过乙酸的起始浓度和原料中各组分的质量比，可求出乙 醇和水的起始浓度为
CB 0 3.908 60 2 10.2(mol / L) 46
3.908 60 1.35 CS 0 17.59(mol / L) 18
然后，将题给的速率方程变换成转化率的函数。
第三章 釜式及均相管式反应器
第一节 第二节 间歇釜式反应器 连续流动均相管式反应器
第一节 间歇反应器
一、釜式反应器的特征
（1）反应器内物料浓度达到分子尺度上的均匀，且反应 器内浓度处处相等，因而排除了物质传递对反应的影响；
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。
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
管式-反应器ppt课件
二、管式反应器的结构
反应器的结构可以是单管， 也可以是多管并联；可以是空 管，也可以是在管内填充颗粒 状催化剂的填充管。
它包括直管、弯 管、密封环、法兰及 紧固件、温度补偿器、 传热夹套及联络管和 机架等几部分。
三、特点
• 1、由于反应物的分子在反应器内停留时间 相等，所以在反应器内任何一点上的反应 物浓度和化学反应速度都不随时间而变化， 只随管长变化。
• 2、根据是否存在填充剂可分为空管 和填充管。
• 3、根据管式反应器的连接方式可以 分为串联管式反应器和并联管式反应 器。
• 4、根据反应器放置方式可分为横管 式反应器和竖管式反应器
五、应用
1、多管串联结构的管式反 应器，一般用于气相反应和 气液相反应。例如烃类裂解 反应和乙烯液相氧化制乙醛 反应。
管式裂解炉
用于烃类裂解制乙烯及其相关产品 的一种生产设备，为目前世界上大型 石油化工厂所普遍采用。
目前国际上应用较广的管式裂解炉 有短停留时间炉、超选择性炉、林德西拉斯炉、超短停留时间炉。
大型石油化工厂管式裂解炉
乙烯裂解炉加料控制过程
2、 多管并联结构的管式反应器， 一般用于气固相反应。例如气相氮 和氢混合物在多管并联装有固相铁 催化剂中合成氨，气相氯化氢和乙 炔在多管并联装有固相催化剂中反 应制氯乙烯。
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理想管式反应器
人们设想了一种理想流动，即 假设在反应器内具有严格均匀的 速度分布，且轴向没有任何混合。 这是一种不存在的理想化流动。 管式反应器当管长远大于管径时， 比较接近这种理想流动，通常称 为理想管式反应器。
传热方式
釜式反应器的结构课件
密封装置
总结词
密封装置的主要作用是防止反应物料泄漏，保证反应过程的密闭性。
详细描述
密封装置通常由密封垫、密封圈和紧固件组成。密封垫可以采用石棉垫、金属 垫等材料；密封圈可以采用橡胶、聚四氟乙烯等材料。密封装置的设计应考虑 耐腐蚀、耐高温和耐高压等性能要求。
进料/出料系统
总结词
进料/出料系统的主要作用是实现反应物料和生成物的进出料操作。
02
釜体
总结词
釜体的主要作用是提供反应所需的空 间，并承受反应物料的压力和温度。
详细描述
釜体通常由厚实的钢板焊接而成，能 够承受反应过程中产生的压力和温度。 根据不同的工艺需求，釜体有立式和 卧式两种常见结构。
搅拌装置
总结词
搅拌装置的主要作用是促进反应物料的混合，提高反应效率。
详细描述
搅拌装置通常由搅拌器、搅拌轴和搅拌桨组成。根据不同的 工艺需求，可以选择不同类型的搅拌桨，如推进式、涡轮式、 锚式等。搅拌装置的设计和安装应确保良好的混合效果和防 止死角。
材料选择
耐腐蚀性
选择具有良好耐腐蚀性能的材料，以适应反 应过程中可能产生的各种腐蚀性物质。
热稳定性
选择具有良好热稳定性的材料，以承受反应 过程中的高温和低温条件。
机械性能
确保材料具有足够的机械强度和稳定性，以 承受反应过程中的压力和温度变化。
经济性
在满足性能要求的前提下，考虑材料的经济 性，降低生产成本。
原料通过进料口进入反应釜，在搅拌作用 下与催化剂混合，加热至反应温度后进行 反应，产物通过出料口排出。
该釜式反应器具有较大的反应体积和高效 的搅拌能力，能够实现连续生产和提高产量。
某制药企业的釜式反应器案例
案例概述 某制药企业使用釜式反应器进行药物 中间体的合成。
连续操作釜式反应器与连续操作管式反应器比较
3、串联反应
A k1 P k2 S
rR
dcR dt
k1cA k2cR
rS
dcs dt
k2cR
SP
rR rS
k1cA k2cR k2cR
30
全混流 平推流
c P
P c -c
A0
A
x A
31
只有当转化率 接近0和1时， 全混流的总收 率才接近平推 流反应器，所 以平推流总是 优于全混流。 对于其他级数 的反应同样适 用。
➢自催化过程反应器组合的最优化
要求高转化率时 ①先用一个CSTR，使反应在最大速率下进行，在其后串接 一个PFR，达到所需的最终浓度水平。
②先用一个CSTR，使反应在最大速率下进行，然后在CSTR 出口接一个分离装置，将未反应物与产物分离后循环使用。
例：对于具有如图所示反应特征的反应，浓度从 1mol/l到0.1mol/l,如何选择合适的反应器组合,使总体积 最小?(在图中注明阴影)
连串反应
情况更为复杂，在此只讨论一级反应。对于连串反应：
反应的选择性为A：k1
R k2
S
SP
rR rS
k1cA k2cR k2cR
➢如R为目的产物，当k1，k2一定时，为使选择性Sp提高 ，即为使rR/rS比值增大，应使CA高CR低，适宜于采用PFR 、BR和N-CSTR。
➢若S为目的产物，则应CA低CR高，适宜于采用1-CSTR 。
推在前全混在后，则效果差。
17
解释：在反应初期，虽然反应物A的浓度很高，但此 时作为催化剂的反应产物P的浓度很低，所以反应速率较 低。
到了反应后期，虽然产物P的浓度很高，但因反应物 A的消耗，其浓度大大降低，此时反应速率也不高。
釜式及管式反应器
设有单一反应 A→R
动力学方程为
rA
kC
n A
t nA0
V
xAf 0
dxA rA
CA0
xAf 0
dxA rA
CAf dCA
CA0
rA
积分上式，可计算A的残余浓度和转化率。
①.残余浓度式 计算经反应时间t后A的残余浓度。
②.转化率式 计算经反应时间t后A的转化率。 A的残余浓度和转化率可用公式计算。
dxA rA
CA0
xAf 0
dxA rA
CAf dCA
CA0
rA
这说明，在充分混合的间歇反应器中， 反应是依照它的动力学特征进行的。流 动过程对反应没有影响。
如果间歇反应器中的物料由于搅拌而 处于均匀状态，则反应物系的组成、 温度、压力等参数在每一瞬间都是一 致的（理想），但随操作时间或反应 时间而变化，故独立变量为时间。
M A
n A0 X
n 惰性组分不变
nt
nt0
（ M A
L A
-B A
-1)n A0 X
由理想气体状态方程可以得到
n t n t（0 1 yA0X） n （t0 1 X)
V V（0 1 yA0X） V0 (1 X）
浓度和转化率的关系 C总不变，而每个组分的浓度变化了
（4）间歇反应器中的单反应
例1
以乙酸（A）和正丁醇（B）为原料在间歇反 应器中生产乙酸丁酯，操作温度为100°C，每 批进料1kmol的A和4.96kmol的B。已知反应速
率 rA 1.045 CA 2kmol/m 3.h
试求乙酸的转化率为0.5，0.9，0.99所需的反 应时间。
已知乙酸与正丁醇的密度分别为960kg/m3和 740kg/m3
管式反应器和釜式反应器
应用范围
适用于多种类型的反应，尤其是有 固体催化剂的反应
பைடு நூலகம்
适用于大规模的工业生产
添加标题
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适用于高压、高温的反应条件
添加标题
添加标题
适用于需要搅拌或混合的反应
优缺点分析
优点：釜式反应器适用于多种反应类型，如聚合、缩合、烷基化等；操作简单，易于控制。 缺点：釜式反应器由于搅拌作用，使得能耗较高；同时，反应釜体积较大，使得设备投资成本较高。
管式反应器和釜式反 应器的比较
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
目录 /目录
01
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02
管式反应器
03
釜式反应器
04
比较与选择
01 添加章节标题
02 管式反应器
结构特点
管式反应器由一根或多根管子组成，通常采用直管或盘管形式 管式反应器的长度与直径之比通常较大，以增加反应物的停留时间和减小反应物的返混 管式反应器适用于连续操作和批量生产，且具有较高的传热效率和良好的混合性能 管式反应器的结构简单，操作方便，但需要较高的操作压力和温度
汇报人：XX
比较：釜式反应 器具有较大的操 作弹性，适用于 多种反应类型； 管式反应器适用 于高转化率、小 批量生产，操作 简单
选择：根据生产 需求、物料特性、 反应类型等因素 综合考虑选择合 适的反应器类型
生产能力比较
管式反应器：适用于大规模生产，生产能力较强 釜式反应器：适用于小规模生产，生产能力相对较低 比较：管式反应器生产能力更强，适用于大规模生产 选择：根据生产规模和需求选择合适的反应器类型
经济性比较
投资成本：管式反应器通常较高， 但长期运行成本较低
管式反应器与釜式反应器的比较
《反应工程》
Chemical Reaction Engineering
主讲：尚书勇
宜宾学院化学化工系
管式反应器 Plug-flow Reactor
宜宾学院化学化工系
用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天生产乙酸 用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，
乙酯12000kg，其化学反应式为 ， 乙酯
rA = k1 ( c AcB cR cS / K )
100℃时 =4.76× L/（molmin），平衡常数K=2.92。 min），平衡常数K=2.92 100℃时，k1=4.76×10-4L/（mol min），平衡常数K=2.92。 试计算乙酸转化35%时所需的反应体积。根据反应物料的特性， 35%时所需的反应体积 试计算乙酸转化35%时所需的反应体积。根据反应物料的特性， 若反应器填充系数取0.75 则反应器的实际体积是多少？ 0.75， 若反应器填充系数取0.75，则反应器的实际体积是多少？
因此关键组分数也是3。 因此关键组分数也是 。选择关键组分时必须保证每个反应 至少含有一个关键组分，例如选A 至少含有一个关键组分，例如选 1、A2和A3，则不符合这 个要求，因为它们中任何一个都不在第三个反应中出现。 个要求，因为它们中任何一个都不在第三个反应中出现。 现选A 为关键组分，并设其流量分别为F 现选 1、A2和A5，为关键组分，并设其流量分别为 1、F2 和F5，反应器入口处的流量则为F10和F20，由题意知F30＝ 反应器入口处的流量则为 由题意知 F40＝F50＝0。 。 将非关键组分 3和A4的流量 3和F4表示成关键组分流量的 将非关键组分A 的流量F M 函数这可以应用式 n i n i 0 = ∑ v ij ξ j
Vr 3 = 9.897 m3
Chemical Reaction Engineering
主讲：尚书勇
宜宾学院化学化工系
管式反应器 Plug-flow Reactor
宜宾学院化学化工系
用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天生产乙酸 用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，
乙酯12000kg，其化学反应式为 ， 乙酯
rA = k1 ( c AcB cR cS / K )
100℃时 =4.76× L/（molmin），平衡常数K=2.92。 min），平衡常数K=2.92 100℃时，k1=4.76×10-4L/（mol min），平衡常数K=2.92。 试计算乙酸转化35%时所需的反应体积。根据反应物料的特性， 35%时所需的反应体积 试计算乙酸转化35%时所需的反应体积。根据反应物料的特性， 若反应器填充系数取0.75 则反应器的实际体积是多少？ 0.75， 若反应器填充系数取0.75，则反应器的实际体积是多少？
因此关键组分数也是3。 因此关键组分数也是 。选择关键组分时必须保证每个反应 至少含有一个关键组分，例如选A 至少含有一个关键组分，例如选 1、A2和A3，则不符合这 个要求，因为它们中任何一个都不在第三个反应中出现。 个要求，因为它们中任何一个都不在第三个反应中出现。 现选A 为关键组分，并设其流量分别为F 现选 1、A2和A5，为关键组分，并设其流量分别为 1、F2 和F5，反应器入口处的流量则为F10和F20，由题意知F30＝ 反应器入口处的流量则为 由题意知 F40＝F50＝0。 。 将非关键组分 3和A4的流量 3和F4表示成关键组分流量的 将非关键组分A 的流量F M 函数这可以应用式 n i n i 0 = ∑ v ij ξ j
Vr 3 = 9.897 m3
管式反应器的结构及其应运演示幻灯片
2020/4/13
5
直管式反应器
（2）立管式反应器
（a）单程式
（b）夹套式 立管式反应器
（a）为单程式立管式反应器； （b）为夹套式立管式反应器，其特点是将一束立管安装 在一个加热套筒内，以节省地面。
➢ 立管式反应器被应用于液相氨化反应、液相加氢反应、 液相氧化反应等工艺中。
2020/4/13
6
盘管式反应器
（1±4%）。弯管在机架上的安装方法允许其有足够的伸缩 量，故不再另加补偿器。内管总长（包括弯头弧长）也是8 米。
图3.8 弯管
2020/4/13
13
管式反应器的结构
三，密封环 套管式反应器的密封环为透镜环。透镜环有两种形状。
一种是圆柱形的，另一种是带接管的T形透镜环，如图3.9. 圆柱形透镜环用反应器内管同一材质制成。带接管的T形透 镜环是安装测温、测压元件用的。
2020/4/13
16
管式法生产高压聚乙烯
1933年(英)ICI公司超高压反应研究组在高温高压下制得白色蜡状聚 乙烯，并将其应用作为高频绝缘材料，在1939年建成loot/a中试装置，实 现了高压法工业生产聚乙烯。1942年出现了高压釜式法生产聚乙烯1943美 国 DuPon公司和UCC公开发了管式反应器法。
管式反应器的分类
直管式反应器 D C 盘管式反应器
多管反应器 B A U形管式反应器
2020/4/13
4
直管式反应器
(1)水平管式反应器
(a)
(b)
水平管式反应器
(a)结构类似单程套管换热器； (b)结构由无缝管与U型管连接而成，类似多程套管换热器。
➢ 此类反应器是进行气相或液相均相反应常用的一种管 式反应器，这种结构易于加工制造和检修。
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。
天津大学 反应工程复试 4 管式反应器PPT教学课件
系统中只进行两个反应，都是独立的，所以关键 组分数为2，因此，此三式中仅二式是独立的。
等温管式反应器的设计
复合反应
(k1k2)cAddA c0
c A c A 0 ex (k 1 p k 2 [ )]
k1cAddcP 0 cpk k 1 1 cA k 0 2{ 1ex (p k1 [k2)]}
轴向上不断变化。
活塞流
理想流动模型
1.基本概念
全混流模型：
基本假定：
径向混合和轴向返混都达到最大
符合此假设的反应器，物料的停 留时间参差不齐
❖ 特点
反应物系的所有参数在径向上均 一，轴向上也均一，即：各处物 料均一，均为出口值
管径较小，流 速较大的管式 反应器－－可 按活塞流处理
剧烈搅拌的连 续釜式反应器 －－可按全混 流处理
Q0cA0d dX rV AR A(XA) 7
等温管式反应器的设计
复合反应 对关键组分作物料衡算的结果，得到一常微分方程组
d driV FR i jM 1ijrj i1,2,..k.,
该方程组初值为： V r 0,F i F i0,i 1 ,2 ,...,k 解该方程组时，需首先选定反应变量，可以选关键组 分的转化率或收率或各关键反应的反应进度。
k2cAddcQ 0 cQk k 12 cA k 0 2{ 1ex (p k1 [k2)]}
t 0 时 c A c ， A 0 ,c P 0 ,c Q 0
等温管式反应器的设计
复合反应
A k1 P k2 Q
对A的物料衡算：
k1cA
dcA
d
0
cAcA0ek1
对P的物料衡算：(k1cAk2cP)ddP c0
釜式与管式的串联
等温管式反应器的设计
复合反应
(k1k2)cAddA c0
c A c A 0 ex (k 1 p k 2 [ )]
k1cAddcP 0 cpk k 1 1 cA k 0 2{ 1ex (p k1 [k2)]}
轴向上不断变化。
活塞流
理想流动模型
1.基本概念
全混流模型：
基本假定：
径向混合和轴向返混都达到最大
符合此假设的反应器，物料的停 留时间参差不齐
❖ 特点
反应物系的所有参数在径向上均 一，轴向上也均一，即：各处物 料均一，均为出口值
管径较小，流 速较大的管式 反应器－－可 按活塞流处理
剧烈搅拌的连 续釜式反应器 －－可按全混 流处理
Q0cA0d dX rV AR A(XA) 7
等温管式反应器的设计
复合反应 对关键组分作物料衡算的结果，得到一常微分方程组
d driV FR i jM 1ijrj i1,2,..k.,
该方程组初值为： V r 0,F i F i0,i 1 ,2 ,...,k 解该方程组时，需首先选定反应变量，可以选关键组 分的转化率或收率或各关键反应的反应进度。
k2cAddcQ 0 cQk k 12 cA k 0 2{ 1ex (p k1 [k2)]}
t 0 时 c A c ， A 0 ,c P 0 ,c Q 0
等温管式反应器的设计
复合反应
A k1 P k2 Q
对A的物料衡算：
k1cA
dcA
d
0
cAcA0ek1
对P的物料衡算：(k1cAk2cP)ddP c0
釜式与管式的串联
相关主题
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• U形管式反应器的管内设有多孔挡板 或搅拌装置，以强化传热与传质过程。 U形管的直径大，物料停留时间增长， 可应用于反应速率较慢的反应。例如 带多孔挡板的U形管式反应器，被应用 于己内酰胺的聚合反应。带搅拌装置 的U形管式反应器适用于非均液相物料 或液固相悬浮物料，如甲苯的连续硝 化、蒽醌的连续磺化等反应。图3.4是 一种内部设有搅拌和电阻加热装置的U 形管式反应器
12
釜式反应器
13
釜式反应器的概念
• 一种低高径比的圆筒形反应器，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 通过外循环进行配比一次加入反应器，
待反应达到一定要求后，一次卸出物料。连续操作反应器系
连续加入原料，连续排出反应产物。当操作达到定态时，反
应器内任何位置上物料的组成、温度等状态参数不随时间而
变化。半连续操作反应器也称为半间歇操作反应器，介于上
述两者之间，通常是将一种反应物一次加入，然后连续加入
U形管式反应器
8
（５）多管并联管式反应器
多管并联结构的管式反
应器一般用于气固相反 应，例如气相氯化氢和 乙炔在多管并联装有固 相催化剂的反应器中反 应制氯乙烯，气相氮和 氢混合物在多管并联装 有固相铁催化剂的反应 器中合成氨。
多管并联管式反应器
9
管式反应器的加热或冷却可采用各种方式
• (1)套管或夹套传热反应器，均可用套管或夹套 传热结构。
透镜面钢法兰，承受压力可达10000-
20000kPa。
水平管式反应器
5
(2)立管式反应器
• 给出几种立管式反应器。 （a）为单程式立管式反 应器，（b）为带中心插
入管的立管式反应器。有
时也将一束立管安装在一 个加热套筒内，以节省安 （a）单程式 （b）中心插入管式 装面积，（c）所示。
• 立管式反应器被应用于液 相氨化反应、液相加氢反 应、液相氧化反应等工艺 中。
管式反应器和釜式反应器
1
管式反应器
2
管式反应器的概念
管式反应器一种呈管状、长径比很大的连 续操作反应器。这种反应器可以很长，如 丙烯二聚的反应器管长以公里计。反应器 的结构可以是单管，也可以是多管并联； 可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在 管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行 多相催化反应，如列管式固定床反应器。 通常，反应物流处于湍流状态时，空管的 长径比大于50；填充段长与粒径之比大于 100(气体)或200（液体），物料的流动可 近似地视为平推流.
• (2)套筒传热反应器可置于套筒内进行换热。 • (3)短路电流加热，将低电压、大电流的电源
直接通到管壁上，使电能转变为热能。这种加 热方法升温快、加热温度高、便于实现遥控和 自控。短路电流加热以应用于邻硝基氯苯的氨 化和乙酸热裂解制乙烯酮等管式反应器的反应 上。
10
(4)烟道气加热，利用气体或液 体燃料 燃烧产生的.5 表示一种采用烟道气加热的 圆筒式管子炉。
•
图3.5 圆筒式管子炉
11
• 管式反应器可用于气相、均液相、非 均液相、气液相、气固相、固相等反 应。例如：乙酸裂解制乙烯酮、乙烯 高压聚合、对苯二甲酸酯化、邻硝基 氯苯氨化制邻硝基苯氨、氯乙醇氨化 制乙醇胺、椰子油加氢制脂肪醇、石 蜡氧化制脂肪酸、单体聚合以及某些 固相缩合反应均已采用管式反应器进 行工业化生产。
3
管式反应器的特点
管式反应器有以下几个特点。 （1）由于反应物的分子在反应器内停留时间相等，所 以在反应器 内任何一点上的反应物浓度和化学反应速 度都不随时间而变化，只随管长变化。 （2）管式反应器具有容积小、比表面大、单位容积的 传热面积大，特别适用于热效应较大的反应。 （3）由于反应物在管式反应器中反应速度快、流速快， 所以它的生产能力高。 （4）管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。 （5）和釜式反应器相比较，其返混较小，在流速较低 的情况下，其管内流体流型接近与理想流体。 （6）管式反应器既适用于液相反应，又适用于气相反 应。用于加压反应尤为合适。 此外，管式反应器可实现分段温度控制。其主要缺 点是，反应速率很低时所需管道过长，工业上不易实现。
4
管式反应器的分类
• 管式反应器是应用较多的一种连续
操作反应器，常用的管式反应器有以 下几种类型：
• (1)水平管式反应器 图3.1给出的 是进行气相或均液相反应常用的一种 管式反应器，
•
由无缝钢管与U形管连接而成。
这种结构易于加工制造和检修。高压
反应管道的连接采用标准槽对焊钢法
兰，可承受1600-10000kPa压力。如用
（c）夹套式
6
(3)盘管式反应器
•
将管式反应器做成
盘管的形式，设备紧凑，
节省空间。但检修和清刷
管道比较困难。图3.3所
示的反应器由许多水平盘
管上下重叠串联组成。每
一个盘管是由许多半径不
同的半圆形管子相连接成
螺旋形式，螺旋中央留出
Φ400mm的空间，便于安
装和检修。
盘管式反应器
7
(4) U形管式反应器
另一种反应物。反应达到一定要求后，停止操作并卸出物料。
间歇反应器的优点是设备简单，同一设备可用于生产多
种产品，尤其适合于医药、染料等工业部门小批量、多品种
的生产。另外，间歇反应器中不存在物料的返混，对大多数
反应有利。缺点是需要装卸料、清洗等辅助工序，产品质量
不易稳定。
16
②连续釜式反应器,或称连续釜。 可避免间歇釜的缺点，但搅拌作用会造成釜内 流体的返混。在搅拌剧烈、液体粘度较低或平均停 留时间较长的场合，釜内物料流型可视作全混流， 反应釜相应地称作全混釜。在要求转化率高或有串 联副反应的场合，釜式反应器中的返混现象是不利 因素。此时可采用多釜串联反应器,以减小返混的 不利影响，并可分釜控制反应条件。 大规模生产应尽可能采用连续反应器。连续反 应器的优点是产品质量稳定，易于操作控制。其缺 点是连续反应器中都存在程度不同的返混，这对大 多数反应皆为不利因素，应通过反应器合理选型和 结构设计加以抑制。
14
釜式反应器的分类
按照反应器的构造可分为：
15
按操作方式可分为：
①间歇釜式反应器,或称间歇釜。
操作灵活，易于适应不同操作条件和产品品种，适用于
小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。间歇釜的缺点
是：需有装料和卸料等辅助操作，产品质量也不易稳定。但
有些反应过程，如一些发酵反应和聚合反应，实现连续生产