任务一间歇操作釜式反应器设计

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间歇操作釜式反应器的设计—反应器流动模型

的一种典型的连续反应器，而理想混合反应器是返混达到极限状态的一种反应器。
1、返混及其对反应过程的影响
（2）返混对反应过程的影响
间歇釜式反应器存在剧烈的搅拌与混合，但不会导致高浓度的消失。
间歇釜式反应器中彼此混合的物料是在同一时刻进入反应器的，在反应器中同样条件下经历了相同的反应时间，具有相同的性质和浓度，这种浓度相同的物料之间的混合，不会使原有的高浓度消失。
它造成了反应物高浓度的迅速消失，导致反应器的生产能力下降。
流型
一、流型
流型与搅拌的关系
流型与搅拌效果、搅拌功率的关系十分密切。搅拌器的改进和新型搅拌器的开发往往从流型着手。
搅拌机顶插式中心安装立式圆筒的三种基本流型
流型决定因素
取决于搅拌器的形式、搅拌容器和内构件几何特征，以及流体性质、搅拌器转速等因素。
图3 搅拌器与流型 (c) 切向流
(c)切向流
无挡板的容器内，流体绕轴作旋转运动，流速高时液体表面会形成漩涡，流体从桨叶周围周向卷吸至桨叶区的流量很小，混合效果很差。
上述三种流型通常同时存在
轴向流与径向流对混合起主要作用
切向流应加以抑制
采用挡板可削弱切向流，增强轴向流和径向流
除中心安装的搅拌机外，还有偏心式、底插式、侧插式、斜插式、卧式等安装方式。
返混及其对反应过程的影响
1、返混及其对反应过程的影响
（1）返混
返混不是一般意义上的混合，它专指不同时刻进入反应器
的物料之间的混合，是逆向的混合，或者说是不同年龄质点之间的混合。返混改变了反应器内的浓度分布，使器内反应物的浓度下降，反应产物的浓度上升。返混是连续化后才出现的一种混合现象。间歇反应器中不存在返混，理想置换反应器是没有返混

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

间歇式反应釜设计说明书

反应工程课程设计反应釜设计任务书一、设计题目：5×103T/Y乙酸乙酯反应釜设计1、用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，年生产量为5000吨，2、反应式为()()()()3253252CH COOH A C H OH B CH COOC H R H O S +=+3、原料中反应组分的质量比为：::1:2:1.35A B S =4、反应液的密度为31020/kg m ，并假设在反应过程中不变 5、每批装料、卸料及清洗等辅助操作时间为1小时678二、摘要摘要：本选题为年产量为5×103T 的间歇釜式反应器的设计。

通过物料衡算、热量衡算，反应器体积为319.77m 、换热量为62.8710KJ 。

设备设计结果表明，反应器的特征尺寸为高2973.3mm ，直径3000mm ，还对塔体等进行了辅助设备设计，换热则是通过夹套与内冷管共同作用完成。

搅拌器的形式为圆盘桨式搅拌器，搅拌轴直径80mm ，搅拌轴长度3601mm 。

在此基础上绘制了设备条件图。

本设计为间歇釜式反应器的工业设计提供较为详尽的数据与图纸。

关键字：间歇釜式反应器; 物料衡算; 热量衡算; 壁厚设计;Abstract: The batch reactor for five million T a year is to be designed. Through the material, heat balance reactor volume, heat transfer. Equipment design results show that the characteristic dimensions for high reactor is 2973.3 mm, diameter is 3000mm, height is 3180mm , the auxiliary equipment also is to be designed , heat is finished through the clip with the common cold tube inside. The mixer for disk paddle type mixer, stirring shaft diameter and length of stirring shaft is 3601mm , diameter is 80mm. Based on the condition of equipment drawing. This design for batch reactor industrial design provides a detailed data and drawings. Key words : batch reactor, Material, Heat balance, Thick wall design,目录第一章反应釜物料衡算 (1)1.1 反应釜反应时间、反应体积的确定 (1)第二章反应釜公称直径、公称压力的确定 (2)2.1 反应釜公称直径的确定 (2)2.2 反应釜PN的确定 (2)第三章反应釜体设计 (3)3.1 反应釜筒体壁厚的确定 (3)3.1.1 设计参数的确定 (3)3.2 筒体壁厚设计 (4)3.3 釜体封头设计 (4)3.3.1 封头的选型 (4)3.3.2 封头壁厚设计 (4)3.3 筒体长度H设计 (5)3.4 反应釜的压力校核 (6)3.4.1 釜体的水压试验 (6)3.4.2 液压试验的强度校核 (6)3.5 釜体的气压试验 (7)3.5.1 气压试验压力的确定 (7)第四章反应釜夹套的设计 (8)4.1 夹套公称直径、公称压力的确定 (8)4.1.1 夹套DN的确定 (8)4.1.2 夹套PN的确定 (8)4.2 夹套筒体的设计 (8)4.2.1 夹套筒体壁厚的设计 (8)4.2.2 夹套筒体长度H的确定 (8)4.3 夹套封头的设计 (9)4.3.1 封头的选型 (9)4.3.2 椭圆型封头结构尺寸的确定 (9)4.4 夹套的液压试验 (9)4.4.1 液压试验压力的确定 (9)4.4.2 液压试验的强度校核 (10)第五章外压壁厚的设计 (10)5.1 圆筒的临界压力计算 (10)5.2 外压封头壁厚设计 (11)第六章热量衡算 (11)6.1 热量衡算基本数据 (11)6.2 原料带入的热量Q1的计算 (12)6.3 反应热的计算 (13)6.4 夹套给热量的计算 (14)6.5 内冷管移热量的计算 (14)第七章反应釜附件的选型及尺寸设计 (15)7.1 釜体法兰连接结构的设计 (15)7.2 密封面形式的选型 (15)7.3 工艺接管的设计 (15)7.3.1 原料液进口管 (15)7.3.2 物料出口管 (16)7.3.3 催化剂进口设计 (16)7.3.4 温度计接口 (16)7.3.5 视镜 (17)第八章搅拌装置设计 (17)8.1 凸缘法兰选择 (17)8.2 临界转速的计算 (17)8.3 搅拌装置的选型与尺寸设计 (19)8.3.1 搅拌轴直径的初步计算 (19)8.3.2 搅拌轴临界转速校核计算 (20)8.4 搅拌轴的结构及尺寸设计 (20)8.4.1 搅拌轴长度的设计 (20)8.4.2 搅拌桨的尺寸设计 (21)第九章支座 (21)结论 (21)设计结果一览表 (22)参考文献 (23)第一章反应釜物料衡算1.1 反应釜反应时间、反应体积的确定原料处理量0Q ,根据乙酸乙酯的产量，每小时的一算用量为：500020.77/Kmol h=原料1BO SO AO AO c c b c c K ⎛⎫=-++ ⎪⎝⎭11c K =-得反应时间[1]212 1Af Af XAAO A Ab X adXtk c a bX cX++ ==++⎰10.23.908a=()10.217.591 5.153.908 3.908 2.92b⎛⎫=-++=-⎪⨯⎝⎭110.65752.92c=-=查到反应釜的2800DN mm=2.2 反应釜PN的确定[2]由lg s Bp A t C =-+得一下数据在100℃下，各物质的饱和蒸汽压为下列图表()()()()3253252CH COOH A C H OH B CH COOC H R H O S +=+3.1.1 设计参数的确定设计压力p ：()1.05~1.1W p P =，取1.1 1.10.350.385W p P Mpa ==⨯= 液体静压忽略不计计算压力c p :0.385c L p p p P Mpa=+==设计温度t ：110t =℃焊缝系数Φ：1φ=（双面对接焊，100%无损探伤）[3]许用应力[]t σ：根据材料001910Cr Ni ，设计温度为110℃，该材料的[]118tMpaσ=[4]钢板负偏差1C ：10.6C mm=腐蚀裕量2C ：22C mm=（双面腐蚀）3.2 筒体壁厚设计C n S 制造较难，中、低压小设备不宜采用；蝶形封头的深度可通过过渡半径加以调节，但由于蝶形封头母线曲率不连续，存在局部应力，故受力不如椭圆形封头；保准椭圆形封头制造比较简单，受力状况比蝶形封头好，故该反应釜采用椭圆形封头。

间歇操作釜式反应器

06
安全与维护
安全操作规程
01
02
03
04
操作前检查
确保釜式反应器及其附件完好无损，检查电源、气源等是否
正常。
严格控制工艺参数
如温度、压力、液位等，防止超温、超压、溢锅等事故发生
。
操作中监护
操作人员应时刻关注釜式反应器的运行状态，发现异常及时
处理。
操作后清理
对釜式反应器进行彻底清洗，确保无残留物，保持设备清洁
。
定期维护保养
日常保养
每天对釜式反应器进行外观检查，确保设备无异常；定期清理设备表面污垢和残留物。
定期检查
根据设备使用情况，定期对釜式反应器的关键部件进行检查，如传感器、密封件、轴承等。
润滑保养
定期对釜式反应器的轴承、链条等运动部件进行润滑保养，确保设备正常运行。
维修保养
根据设备磨损情况，对釜式反应器进行维修保养，更换磨损严重的部件，确保设备性能稳定。
取样与分析
定期从反应器中取出样品进行分析，以了解反应进程和产物性质。
后处理阶段
冷却与出料
清洗与整理
待反应结束后，将反应器冷却至适宜温度，然后打开反应器将产物取出。
对反应器进行彻底清洗，整理设备并做好记录，为下一次操作做好准备。
分离与提纯
根据产物的性质和后续应用需求，进行分离、提纯和精制操作，得到目标产物。
间歇操作釜式反应器
• 简介 • 类型与结构 • 操作流程 • 影响因素 • 应用领域 • 安全与维护
01
简介
定义与特点
定义
间歇操作釜式反应器是一种在一定条件下进行化学反应的设备，通常用于小规模或中等规模的实验室或工业生产。

间歇釜式反应器

计算方法
1、已知V0与，根据已有的设备容积V，求算需用设备个数n 按设计任务每天需要操作的总次数为： α =
24V0 24V0 = VR V
β= 每个设备每天能操作的批数为：
n' =
24 24 = t τ +τ '
则需用设备个数为：
α V0 (τ + τ ') = β V
VR = V = V0 (τ + τ ' ) / n '
物料衡算式依据：质量守衡定律。基准：取温度、浓度等参数保持不变的单元体积和单元时间作为空间基准和时间基准。衡算式：对任一组分A在单元时间Δτ、单元体积ΔV内： [A的积累量]=[A的进入量] [A的离开量] [A的反应量] [A的积累量]=[A的进入量]-[A的离开量]-[A的反应量] 的积累量]=[A的进入量的离开量的反应量目的：给出反应物浓度或转化率随反应器内位置或时间变化的函数关系。
热量衡算式（1）依据：能量守衡定律。（2）基准：取温度、浓度等参数保持不变的单元体积和单元时间作为空间基准和时间基准。（3）衡算式在单元时间Δτ、单元体积ΔV内（以放热反应为例）： [积累的热量]=[原料带入的热量]+[反应产生的热量]-[出料带走的热量]积累的热量]=[原料带入的热量]+[反应产生的热量] 出料带走的热量] ]=[原料带入的热量]+[反应产生的热量 [传给环境或热载体的热量] 传给环境或热载体的热量] （4）目的：给出温度随反应器内位置或时间变化的函数关系。
BR体积和数量求算体积和数量求算
已知条件每天处理物料总体积VD（或反应物料每小时体积流量V0）
Vρ
操作周期——指生产第一线一批料的全部操作时间，由反应时间（生产时间）τ和非生产时间τ‘ 组成。反应时间理论上可以用动力学方程式计算，也可根据实际情况定。设备装料系数——设备中物料所占体积与设备实际容积之比，其具体数值根据实际情况而变化，参见表3-1。

化工单元操作反应器设计与优化项目二-任务一

r i f (c, T )
恒温条件下， r i kf (cA, c , ) B ...............
恒温条件下， r i f＇(T ) f (cA, c , ) B ...............
（二）反应分数与反应级数
r kc , c , α1
α2
i
A
B ..........
2A P
ABP
(cA0=cB0)
二级
rA
dcA d
k
k cA0 yA0 A
ln(1 yA0 AxA )
rA
dcA d
kcA
k ln(1 xA)
rA
dcA d
kcA2
cA0k

(1 A yA0 )xA
1 xA

yA0 A
恒温恒容间歇反应
X Af
dxA cA0
r X A0
A

cAf

dcA
r cA0
A
入口物料中不含产物的情况
图解积分
X Af
dxA cA0
r X A0
A

cAf

dcA
r cA0
A
1/(rA)V 1/(rA)V
t/c A0
xA0
1/rA －xA
xAf x
k kA ln cBcA0 kA ln 1 xB cB0 cA0 cAcB0 cB0 cA0 1 xA
n级 n≠1
rA

dcA d

kcAn
kt

n
1
1
(c1An

(三)釜式反应器的设计1、釜式反应器设计的系列化国家已有K型和F型

（三）釜式反应器的设计1、釜式反应器设计的系列化国家已有Ｋ型和Ｆ型反应釜系列Ｋ型釜：形状上呈“矮胖型”，长径比较小Ｆ型釜：长径比较大，较瘦长材质：碳钢、不锈钢和搪瓷等规格：高压、真空反应釜常减压和低压常压反应釜传热面积和搅拌形式都有规定，在选型时，不符，可与厂家协商进行修改。

若没有合用的型号，可自行设计。

２、釜式反应器设计的工作内容（１）确定釜的操作方式（间歇与连续）（２）汇总设计基础数据：包括物料流量，反应时间，操作压力，操作温度，投料比，转化率，收率，物料的物性数据等（３）计算釜的体积（计算方法见下）（４）确定台数和连接方式（串联与并联）（５）确定釜的直径与筒体高度（长径比取1～3)（６）确定釜的传热装置的型式与换热面积（７）选择釜的搅拌器（如浆式、框式、锚式等）3、釜式反应器体积的计算(1)连续釜 V r= Q0τ（四）固定床催化反应器的设计１、固定床催化反应器的类型 AfAf A Af Af A R C C R x C -==00ττ或２、固定床催化反应器催化剂用量的确定(1)空速法乙烯直接氧化制环氧乙烷所用的反应器是外部换热式固定床催话反应器测得空速为5000m3(STP)/(m3cat.h)，要求所设计的反应器进口气体流量为8900m3(STP)/h ，求反应器的催化剂堆体积。

解：由空速计算式得(2)模型法绝热式固定床反应器的催化剂用量用下列联立模型方程可求解催化剂堆体积固定床自热式多段绝热式非原料气泠激式原料气泠激式中间间接换热式外热式单段绝热式催化剂床层体积原料气体的体积流量空速=378.150008900m ===空速原料气体的体积流量催化剂堆体积)(),(10000A A A A A x x A A r x x T T T x f R dx R F V A f A -+===⎰λ（五）流化床反应器的设计1、流化床反应器的构造（1）流化床直径D（2）扩大段直径D ′（3）浓相段高度H 1（4）稀相段高度H 2（5）扩大段高度H 32、流化床反应器主要尺寸的确定1）流化床直径D式中D —流化床直径，m H 1H 3H 2ptr A pt t r A C H y C F H F )()(00∆-≈∆-=λuVD π4=V —气体的体积流量，m 3/su —空床气速，即流化床的操作气速,m /s流化床的操作气速可根据生产或试验数据选取,常用的操作气速为0.2～1.0m/s ，也可用流化数来计算操作气速, 即 u = n u mf 。

化学反应过程与设备(反应器设计和优化)

10
因为
nA0 nA nB 0 nB nR nR 0 nS nS 0 a b r s
rA rB rR rS r a b r S
故更为一般的速率表达式：
1 dni r viV dt
由反应进度可得：
1 d r V dt
2.2均相反应速率其他形式的表达： A、流动系统：
0
c
cA
A0
c A c A0
dcA kcA
22
恒温条件下，k为常数，积分得：用转化率表示得：
ln
cA0 k cA
cA cA0ek
ln
1 k 1 xA
一级不可逆反应的几个重要特征：（1）.速率常数的单位：时间单位的倒数；（2）.浓度的对数与反应时间成线性关系；（3）.反应时间长短仅与转化率高低有关，与初始浓度大小无关。 6.2恒温恒容不可逆二级反应：两种情况：只有一种反应物且为二级反应；或者是其它反应物大量存在，因而在反应过程中可视为常量；另一种是对某一反应物为一级，对另一反应物也是一级，二反应物初始浓度相等且为等分子反应时，可归结为第一种情况。
30
解题思路：
根据题意恒温恒容一级不可逆均相反应，求反应一定时间后物料的残余浓度，故选择公式 cA cA0ek 解题较简便。对于多组分单一反应，反应物的反应量与产物的生成量之间有化学计量关系的约束，可以根据它们的化学计量关系推导出它们反应过程中的浓度关系。引申知识点：对二级反应，要求残余浓度很低时，尽管初始浓度相差很大，但所需的反应时间却相差很少。 6.4恒温变容不可逆反应：
26
例题介绍：
解：由
cA cA0ek
，将反应物的初始浓度，速率常数k和反应时间带入上式

釜式反应器—理想间歇操作釜式反应器的计算

tr=3.18(h) tr=8.5(h) tr=19.0(h)
热量衡算：单位时间、整个体积、基准0℃ 进入反应器的物料带入的热量：0
非离开反应器的物料带出的热量：0
恒温
发生反应的热效应热量： (Hr )(rA )VRdt
过程
反应器内的物料和外界交换的热量： KA(Tw T )
反应器内累积的热量： mt c pt dT
绝热操作：
(T
T0 )
(H r )nA0 mt c pt
(xA
xA0 )
简化： (T T0 ) (xA xA0 )
反应体积的计算
1.反应器的有效体积VR
VR V0 (t t)
V0 —— 每小时处理的物料体积，m3/h； t —— 达到要求的转化率所需要的反应时间，h; t′—— 辅助时间，h。
2. 反应器的体积V
V VR
m 若用多釜并联操作时，反应釜数： V
V
3. 反应釜结构尺寸：
V 0.785D 2 H
D —— 筒体的直径； H —— 筒体的高度。
理想间歇操作釜式反应器的计算
理想间歇操作釜式反应器简称为BR，是指一次性加料、一次性出料、在反应进行过程中既不加料也不出料的釜式反应器
温
过
B
程
1/(-RA）
面积 t
A
cA0
0
XA1
XA2
XA
• 已知：在间歇釜中己二酸和己二醇以等摩尔比反应生产醇酸
树脂。（-rA)＝kcA2kmol(A)/L.min) k=1.97L/(kmol.min)
• CA0=0.004kmol/L t´=1h =0.75若每天处理2400kg己二酸
• 求xA=0.5，0.6，0.8，0.9时，所需反应时间．

化学反应过程与设备(反应器设计和优化)

k A0 exp( E ) RT
19
活化能E 反应活化能是为使反应物分子“激发”所需的能量。活化能的大小是表征化学反应进行难易程度的标志。活化能高，反应难于进行；活化能低，则容易进行。但是活化能E不是决定反应难易程度的唯一因素，它与频率因子A0共同决定反应速率。理解活化能时应注意之点： a.活化能E不同于反应的热效应，它并不表示反应过程中吸收或放出的热量，而只表示使反应分子达到活化态所需的能量，故与反应热效应并无直接的关系。 b.活化能E不能独立预示反应速率的大小，它只表明反应速率对温度的敏感程度。 E愈大，温度对反应速率的影响愈大。除了个别的反应外，一般反应速率均随温度的上升而加快。E愈大，反应速率随温度的上升而增加得愈快。 c.对于同一反应，即当活化能E一定时，反应速率对温度的敏感程度随着温度的升高而降低。
9
2.化学反应速率的表达
2.1对均相、等温、等压、封闭系统的单一反应：重点
aA bB rR sS
反应物：
ri
1 dni V d
rA
1 dn A , V dt
rB
1 dn B , V dt
产物：
1 dn R rR , V dt
1 dns rs , V dt
32
将以上各式带入反应速率方程，可得：
将以上动力学方程带入 c
cA
A0
dc A 即可求得结果。 ( rA )
思考：
反应速率用分压如何表达？
33
恒温变容过程速率方程的积分式
34
7.复杂反应动力学方程
可逆反应：反应物发生化学反应转化为产物的同时，产物之间也在发生化学反应回复为原料。
17
（2）基元反应与非基元反应：基元反应：如果反应物分子在碰撞中一步直接转化为产物分子，则称该反应为基元反应。非基元反应：若反应物分子要经过若干步，即经由几个基元反应才能转化成为产物分子的反应，则称为非基元反应。（3）单分子、双分子和三分子反应单分子、双分子、三分子反应，是针对基元反应而言的。参加反应的分子数是一个，称之为单分子反应；反应是由两个分子碰撞接触的，称为双分子反应。（4）反应级数反应级数：是指动力学方程式中浓度项的指数。它是由实验确定的常数。可以是整数、分数，也可以是负数。

间歇操作釜式反应器的设计—间歇操作釜式反应器体积和数量的计算

三、间歇操作釜式反应器的体积和数量计算
由物料衡算求出每小时需处理的物料体积V0后，即可进行反应釜的体积V和数量n的计算。
计算时，在反应釜体积和数量这两个变量中必须先确定一个。由于数量一般不会很多，通常可以用几个不同的n值来算出相应的V值，然后再决定采用哪一组n和V值比较合适。
⒈ 给定V，求n
• 按设计任务每天需操作的批次为：
24V0 24V0
VR
V
VO 每小时需处理的物料体积
• 设备中物料所占体积即反应器有效体积 VR 与设备实际体积即反应器体积V之比称为设备装料系数，以符号表示，具体数值根据实际情况而变化。
• 每天每只反应釜可操作的批次为：
24 24 t '
• 操作周期t又称工时定额，是指生产每一批物料的全部操作时间。由于间歇反应器是分批操作，其操作时间由两部分构成：一是反应时间
，用表示；二是辅助时间，即装料、卸料、检查及清洗设备等所需
时间，用 '表示。
• 生产过程需用的反应釜数量 n' 可按下式计算：
n' V0 ( ' )
V
• 由上式计算得到的 n'值通常不是整数n，需圆整成整数。这样反应釜的生产能力较计算要求提高了，其提高程度称为生产能力的后备系数，以表示，即：
理的物料总重量 GD , 用它除以物料的密度ρ，即得每天所需处理物料的总体积VD，
VD
GD
操作周期
操作周期又称工时定额，是指生产每一批料的全部操作时间，即从准备投料到操作过程全部完成所需的总时间。
例如萘磺化制取2—萘磺酸的操作周期计算如下：
检查设备
加萘加硫酸及升温反应压出料操作周期

间歇操作釜式反应器设计

一、客车空调系统数值模拟仿真的意义
客车车室内部的空气品质是衡量乘坐舒适性的一个重要指标。车内空气质量的优劣和热舒适性的好坏，不仅直接影响乘客的乘坐感受，还影响乘员的身体健康。车内空气环境研究的重点是对空气分布的研究，只有掌握了车内空气流速、温度、湿度、洁净度等的时空分布，才能准确地对车内空气品质进行预测和评价。传统的汽车空调系统试验（主要指轿车）利用样机或实车在风洞或环境模拟实验室内完成，既费时又耗资巨大，且对不同方案试验很不方便，极大影响了新产品的开发周期。
任务2 间歇操作釜式反应器设计
根据化工产品的生产条件和工艺要求进行间歇操作釜反应器的工艺设计。
一、反应器流动模型
流动模型：是对反应器中流体流动与返混状态的描述，是针对连续过程而言的。研究反应器中的流体流动模型是反应器选型、计算和优化的基础。
一般将流动模型分为两大类型，即理想流动模型和非理想流动模型。非理想流动模型是关于实际工业反应器中流体流动状况对理想流动偏离的描述。
自20 世纪 60年代以来，CFD在紊流模型、网格技术、数值算法、可视化和并行计算等方面取得飞速发展，并给工业界带来革命性变化。
20世纪 80年代初，英国 CHAM公司首先推出了以 SIMPLE算法为基础的商业化 CFD软件PHOENICS，随后更多的商业化 CFD软件被不断推出。在航空、航天、汽车等工业领域，利用 CFD 进行的反复设计、分析、优化已成为标准步骤和重要手段。
第十章计算流体动力学在客车空调系统设计中的应用
第一节概述
CFD在汽车工程领域的应用始于20世纪60 年代，当时主要用于发动机进气及缸内混合气流动的数值模拟、汽车制动等液力系统数值计算及汽车空气动力学数值模拟仿真等。
随着计算机技术的发展和数值计算方法的成熟，CFD在汽车工业得到了广泛应用，各大汽车制造厂商无不借助CFD软件所具有的成本低、速度快、资料完备、具有模拟真实条件和理想条件的能力，且不受气候条件和地区因素等影响的优点，来加快新产品的开发速度，降低开发成本。

任务一-间歇操作釜式反应器设计

江西应用技术职业学院教案首页本学期授课次序授课班级15化工01班课题名称任务一间歇操作釜式反应器设计教学目的要求1、掌握理想流动模型及返混对反应的影响2、掌握化学反应速率及反应动力学方程3、掌握均相反应速率表示方式4、掌握均相反应动力学教学重点及难点均相反应速率的表示方式、均相反应动力学教学程序设计次序内容计划时间（min）123456点名、回顾上节课内容反应器流动模型化学反应速率及反应动力学方程均相反应速率均相反应动力学小结5252015205作业：小结：任务一间歇操作釜式反应器设计工作任务：根据化工产品的生产条件和工艺要求进行间歇操作釜式反应器的工艺设计预备知识：一、反应器流动模型（一）理想流动模型1、理想置换流动模型也称为平推流模型或活塞流模型。

指在任一截面的物料如同活塞一样在反应器中移动，垂直于流动方向的任一横截面上所有的物料质点的年龄相同，是一种返混量为零的极限流动模型。

其特点是在定态情况下，沿着物料流动方向物料的参数会发生变化，而垂直于流动方向上的任一截面的所有参数都相同，如浓度、压力、流速等。

2、理想混合流动模型称为全混流模型。

由于强烈搅拌，反应器内物料质点返混无穷大，所有空间位置物料的各种参数完全一致3、返混及其对反应的影响指不同时刻进入反应器的物料之间的混合，是逆向的混合，或者说是不同年龄质点之间的混合。

间歇操作反应器不存在返混。

其带来的最大影响是反应器进口处反应物高浓度去的消失或减低。

a 返混改变了反应器内的浓度分布，是反应器内反应物的浓度下降，反应产物的浓度上升b 返混的结果将产生停留时间分布，并改变反应器内浓度分布。

c 不但对反应过程产生不同程度的影响，更重要的是对反应器的工程放大所产生的问题d 降低返混程度的主要措施是分割，通常有横向分割和纵向分割两种（二）非理想流动实际反应器中流动状况偏离理想流动状况的原因课归纳为下列几个方面a 滞留去的存在也称死区、死角，是指反应器中流体流动极慢导致几乎不流动的区域。

釜式反应器的操作与控制—釜式反应器的工艺计算与选型

密度 750 kg / m3 （假设反应前后不变），计算所需反应器的有效体积和反应器体积。
间歇釜体积计算单元任务点
0103－1（1）反应器的计算内容总结反应器的计算包括哪些内容
0103－1（2）反应器计算的基本方程式总结反应器计算的方法、所需的基本方程、各方程提供的关系
0103－1（3）均相反应速率理解均相反应的含义、均相反应速率的定义及表达式
0103－1（2）反应器计算的基本方程式
总结反应器的计算方法 1、经验法 2、数学模型法
总结反应器计算的基本方程
➢ 描述浓度变化的物料衡算式 ➢ 描述温度变化的能量衡算式 ➢ 描述压力变化的动量衡算式 ➢ 描述反应速率变化的动力学方程式
总结动力学术语含义
化学反应动力学：主要研究化学反应的速率以及各种不同因素对化学反应速率的影响。
CA CA,O
time
CA, out
0
tout/2
tout
t
总结间歇釜的应用
➢ 优点：操作灵活，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产 ➢ 缺点：装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量不稳定 ➢ 应用：用于液—液相、气—液相等系统，如染料、医药、农药等小批量多品种的行业。
精细化工产品的生产
若选用间歇操作方式的釜式反应器，每年生产1000吨乙酸丁酯（不考虑分离等过程损失），乙酸转化率要求达到0.5，每批辅助时间为30min，反应釜只数为1，装料系数为0.6。已知：该反应以乙酸（下标以A计）表示的动力学方
程式为 (rA ) kcA2 ，反应速率常数 k 0.0174 m3 /(kmol.min) ，反应物
k
A0
exp(
E RT
)
6、活化能E

理想反应器(间歇釜)

3.2.5 高温热源的选择
一般的传热问题，要移走热量，可以采用很大的温差，也可以采取增大传热系数或传热比表面积的措施。但化学反应器中的传热条件不能任意选择，因为反应器内的化学反应和传热过程相互交联。这种交互作用具体表现在对传热温差的限制。对一个在高温条件下进行的强放热反应，必须采用高温介质作为冷却剂。否则将影响稳定操作。

练习
1、适用于粘稠物料的搅拌器是 ________。 A、框式 B、推进式 C、涡轮式 D、桨式
2、对低粘度均相液体混合，应优先选择____________搅拌器。 A、螺带式 B、涡轮式 C、桨式 D、推进式
3、对于气-液分散过程，应优先选择____________搅拌器。
A、锚式 B、涡轮式 C、桨式 D、推进式
3.2.4 换热装置
3、列管式对于大型反应釜，需高速传热时，可在釜内安装列管式换热器。
3.2.4 换热装置
4、外部循环式
当反应器的夹套和蛇管传热面积仍不能满足工艺要求，或无法在反应器内安装蛇管而夹套的传热面积又不能满足工艺要求时，可以采用外部循环式。
3.2.4 换热装置
5、回流冷凝式反应在沸腾下进行或蒸发量大的场合。
轴封装臵主要有填料密封和机械密封两种。
3.2.3 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ封
1、填料密封：结构简单，填料装缷方便，但使用寿命较短，难免微量泄漏。 2、机械密封：结构较复杂，但密封效果甚佳。
3.2.4 换热装置
换热装臵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。
3.2.4 换热装置
2、蛇管式当工艺需要的传热面积大，单靠夹套传热不能满足要求时，或者是反应器内壁衬有橡胶、瓷砖等非金属材料时，可采用蛇管、插入套管、插入D形管等传热。

任务一间歇操作釜式反应器设计

任务一间歇操作釜式反应器设计引言：间歇操作釜式反应器是一种常见的化工反应装置，广泛应用于化学、医药、食品等行业中。

它适用于反应时间短、反应物浓度高、批量生产等情况。

本文将介绍间歇操作釜式反应器的设计原则、操作要点以及安全措施。

一、设计原则：1.反应器材料选择：间歇操作釜式反应器需要考虑反应物与反应器材料的相容性。

常见的反应器材料包括不锈钢、玻璃钢、陶瓷等。

在选择材料时，需根据反应条件（如温度、压力、反应物性质）来确定最合适的材料。

2.热交换设计：间歇操作釜式反应器通常涉及到加热或冷却过程，为确保反应物的温度控制在适宜范围内，需设计良好的热交换装置。

常见的热交换装置包括卧式或立式蒸发器、管壳式换热器等。

3.搅拌设计：搅拌是保证反应物均匀混合的关键步骤，也有助于加速反应速率。

搅拌速度、形式（如桨叶搅拌、齿轮搅拌等）、搅拌器的材料选择（如不锈钢、陶瓷等）都需要考虑。

二、操作要点：1.反应物的加入：在操作过程中，需要谨慎添加反应物。

为避免危险反应（如爆炸、喷溅等），应根据反应物的性质、浓度和反应条件来控制反应物的加入速度和温度。

2.反应温度的控制：间歇操作釜式反应器在反应过程中需要进行加热或冷却操作。

为确保反应物的温度控制在目标范围内，可通过控制加热或冷却介质的温度、流速等来实现。

3.离心分离：在反应结束后，部分反应物可能需要进行固液分离或液液分离。

离心机是常用的分离装置，通过调整离心机的转速和时间来实现分离目的。

三、安全措施：1.安全阀的设置：由于反应中可能产生高压，为防止反应器的破裂或爆炸，应设置安全阀或安全泄压装置。

安全阀的选择需根据反应物的性质、压力和反应器的容量来确定。

2.紧急停车装置：当发生突发情况时，需要迅速停止反应器的运行。

为确保操作人员的安全，应配备可靠的紧急停车装置，如急停按钮、紧急刹车等。

3.防护装置：为避免操作人员对反应物的接触，应设置防护装置，如护栏、防护罩等。

同时，应戴好相应的防护装备，如防护眼镜、手套等。