釜式反应器的搅拌与传热

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化学反应工程第2讲釜式反应器资料

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《化学反应工程》
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• 搅拌器是实现搅拌操作的主要部件，其主要的组成部分是叶轮，它随旋转轴运动将机械能施加给液体，并促使液体运动。
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1、式搅拌器主要用于流体的循环，不能用于气液分散操作。 2、折叶式比平直叶式功耗少，操作费用低，故折叶桨使用较多。
桨式搅拌器常用参数（表8-5）
推进式搅拌器
推进式搅拌器常用参数（表8-6）
推进式搅拌器的特点
轴向流搅拌器
循环量大，搅拌功率小
常用于低粘流体的搅拌结构简单、制造方便
搅拌器的常见种类及其应用
• 5、锚式搅拌器 • 锚式搅拌器顾名思义，叶片形状与船舶的锚极为相似。锚式搅拌器的叶片尺寸与搅拌槽尺寸相近，两者在组合后只留有极小的间隙，这样锚式搅拌器的叶片在旋转时能清除搅拌槽内壁上的反应物，维持搅拌器的搅拌效果。 • 锚式搅拌器可用于搅拌粘度较高的物料。
6、螺带式搅拌器 • 螺带式搅拌器的叶片为螺带状，螺带的数量为两到三根，被安装在搅拌器中央的螺杆上，螺带式搅拌器的螺距决定了螺带的外径。螺带式搅拌器通常是在层流状态下操作。 • 适用于粘稠度高的液体和拟塑性的流体混合。
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• 由于材料Q235A不耐酸性介质腐蚀，常用的还有不锈钢材料制的反应釜，可以耐一般酸性介质。经过镜面抛光的不锈钢制反应釜还特别适用于高粘度体系聚合反应。 • 铸铁反应釜在氯化、磺化、硝化、缩合、硫酸增浓等反应过程中使用较多。

《化学反应过程及设备》期末复习题

《化学反应过程及设备》期末复习题一、单项选择题1.在反应设备内，任取一尺度远小于反应器内物料体积的微元单位，在微元内不存在组成和温度的差异，且整个反应器内的物料均达到分子尺寸的均匀，这种体系称为（）体系。

（）。

A．均相体系 B．液相体系C．恒温体系 D．绝热体系2.一反应关键组分A的转化率为96%，对A产物的选择性为75%，则该反应中A的收率为（）。

A．0.77 B．0.75C．0.74 D．0.723.某反应的温度由300K上升10K时，反应速率常数增大为原来的4倍，如果此反应的温度由400K上升10K时，反应速率常数增大为400K时的（）4倍A．＜ B．=C．＞ D．无法判断4.可逆反应达到平衡状态时，正、逆反应的速率的关系为：r正（）r逆。

A．＜ B．=C．＞ D．无法判断5.等温恒容条件下，某不可逆反应的达到一定转化率所需的反应时间与初始浓度有关，初始浓度越高，所需时间越短，那么该反应为（）。

A．零级B．一级C．二级 D．三级6.不同停留时间的质点之间的混合称为（）。

A．返混B．混合C．扩散 D．凝聚7.对于反应 A+B→R+S，对于A、B都是一级反应，当配料比大到反应中消耗的B组分可以忽略，该反应可以视为（）。

A．零级 B．一级C．二级 D．三级8.物料围绕搅拌轴做圆周运动，称为切向流或环向流，特别是切线流严重时，釜内液体在离心力的作用下，会沿着釜内壁上升，中心液面下降，形成一个大的漩涡，即出现（）。

A．扩散 B．打漩C．对流 D．涡流9.气固相催化剂反应的7个步骤里，可能存在最难进行的一步，即其阻力最大、速度最慢，其它步骤的速度都很大，可瞬间达到平衡状态。

速度最慢的这一步称为（）。

A．扩散步骤B．控制步骤C．表面反应步骤 D．吸附步骤10.以颗粒（非球形颗粒）体积相等的球体的直径表示的颗粒直径，称为（）直径。

A．体积相当 B．外表面积相当C．比表面积相当 D．平均11.均相反应的基本特点是反应体系已达到（）尺度上的均匀混合（）。

应用化工技术专业《釜式反应器的传热装置》

第四页，共四页。
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工程2 釜体与传热装置
➢搅拌反响釜体的主要局部是一圆柱形容器，其结构形式与传热方式有关。常用的传热形式有两种：夹套式壁外传热结构和釜体蛇管传热结构,必要时也可将夹套和蛇管联合使用。根据工艺要求，釜体上还需安装各种工艺接管。
➢搅拌反响釜体和传热装置设计的主要内容: ➢ 釜体的结构形式和各局部尺寸、传热形式和结构、各种工艺接管的安设等。
工程2 釜体与传热装置
各种换热装置的选择主要视传热外表是否易被污染而需要清洗，所需传热面积的大小，传热介质的泄露可能造成的后果以及传热介质的温度和压力等因素决定。一般在需要较大传热面积时，采用蛇管或列管式换热器；反响在沸腾下进行时，采用釜外回流冷凝器取走热量；在需要较小传热面积，传热介质压力又较低的情况下，采用简单的夹套式换热器比较适宜。
第二页，共四页。
釜体与传热装置
常见的传热形式
夹套式壁外传热结构
釜体蛇管传热结构
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内容总结
工程2 釜体与传热装置。在需要较小传热面积，传热介质压力又较低的情况下，采用简单的夹套式换热器比较适宜。常用的传热形式有两种：夹套式壁外传热结构和釜体蛇管传热结构,必要时也可将夹套和蛇管联合使用。根据工艺要求，釜体上还的安设等。釜体蛇管传热结构

化工反应过程之釜式反应器

釜式反应器的搅拌装置
搅拌器的作用，通过搅拌达到物料的充分混合，增强物料分子碰撞，强化反应器内物料的传质传热
搅拌器类型
搅拌器的选型主要根据物料性质、搅拌目的及各种搅拌器的性能特征来进行
釜式反应器的搅拌装置
挡板：一般是指固定在反应釜内壁上的长条
挡形板挡板。它可把切线流转变为轴向流和径板向流，增大了液体的湍动程度，从而改善了
多个连续操作釜式反应器的串联
FA0
FA1
C A0
CA1
1
FA2
CA2
2
FAi1
C Ai 1
FAi
CAi
i
FAN 1 CiN 1
FAN
CiN N
任一釜物料衡算 FA(i1)dt FAidt (rA )iVRidt 0
VR i
FA0
(x Ai x A(i1) ) (rA )i
c A0 V0
(x Ai x A(i1) ) (rA )i
V0 c p (T T0 ) KA(T TW ) VR (rA )(H r )
连续操作釜式反应器的热稳定性
热稳定性判断：
放热速率： QR VR (rA )(H r ) 恒容一级不可逆反应：
QR
V0cA0 (H r )k0 exp( E RT) 1 k0 exp( E RT)
移热速率： QC V0 c p (T T0 ) KA(T TW )
热稳定条件： Qc QR
dqr dqg dT dT
连续操作釜式反应器的热稳定性
操作参数的影响：
着火点和熄火点
定态温度会随着操作条件的改变而改变。放热反应可能有多定态；吸热反应：定态唯一。
项目四、釜式反应器的技能训练

釜式反应器的传热

教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期年月日第周课时数 2
授课章节/
实训项目
名称
2.2釜式反应器的传热2.2.1反应釜的传热装置2.2.2冷、热源的选择
教学目标(知识/能力/素质目标) 知识目标
1．掌握反应釜传热装置的种类及特点
2．学会冷、热源的选择
能力目标通过对传热装置、热载体知识的学习，培养学生技术应用能力
素质拓展
目标
具有科学的思维方法；具有开拓创新的精神；具有保护环境和安全生产意识；具备良好的职业道德。

教学重点1．反应釜传热装置的种类及特点2．冷、热源的选择
教学难点1．反应釜传热装置的特点
教学内容
更新补充
使用教具
仪器
多媒体
课外作业
课后体会
教学设计/实验实训项目实施方案
注：授课形式可以是讲授、讲练结合、情景教学、现场教学、实验、实训等。

釜式反应器设计说明书123

一概述醋酸乙酯生产工艺的现状和特点醋酸乙酯分子式C4H8O2，又名：乙酸乙酯，英文名称：acetic ester；ethyl acetate，简称EA。

醋酸乙酯是醋酸工业重要的下游产品，也是一种重要的绿色有机溶剂，溶解能力及快干性能均属上乘，主要用做涂料(油漆和瓷漆)、油墨和粘合剂配方中的活性溶剂，也可用做制药和有机化学合成的工艺溶剂。

EA可用于制造乙酰胺、乙酰醋酸酯、甲基庚烯酮等，并在香料、油漆、医药、火胶棉、硝化纤维、人造革、染料等行业中广泛应用，还可用作萃取剂和脱水剂，亦可用于食品工业。

还可用于硝酸纤维、乙基纤维、氯化橡胶和乙烯树脂、乙酸纤维素脂、纤维素乙酸丁酯和合成橡胶等的生产过程；也可用于复印机的液体硝基纤维墨水。

在纺织工业中用作清洗剂；在食品工业中作为特殊改性酒精的香味萃取剂；在香料工业中是重要的香料添加剂，可作为调香剂的组份。

同时醋酸乙酯本身也是制造染料、香料和药物的原料。

在高级油墨、油漆及制鞋用胶生产过程中，对醋酸乙酯的质量要求较高。

当前全球醋酸乙酯的市场状况是：欧美等发达国家醋酸乙酯的市场发展比较成熟，产量和消费量的增长都比较缓慢，亚洲尤其是中国成为醋酸乙酯生产和消费增长最为快速的国家和地区。

由于中国国内快速发展的市场，尤其是建筑、汽车等行业的强劲发展，推动国内醋酸乙酯的需求，但是同时，醋酸乙酯生产能力的增长也非常快速，市场未来发展充满了机遇与挑战。

醋酸乙酯消费持续增长的主要原因是它取代了污染空气环境的用于表面涂层和油墨配方的甲乙酮和甲基异丁基酮。

醋酸乙酯作为优良溶剂，正逐步替代一些低档溶剂，发展潜力较大。

受消费拉动，20世纪90年代以来，我国醋酸乙酯生产发展迅速。

“八五”期间，产量年均增长率为%；1995-2000年，年均增长率达到%；2000-2002年，年均增长率高达%。

目前我国有醋酸乙酯生产企业30多家，年产能力为万吨。

其中，万吨级以上规模的企业有14家，年产能力为47万吨。

釜式反应器结构及原理

釜式反应器结构及原理
釜式反应器也称槽式、锅式反应器，它是各类反应器中结构较为简单且应用较广的一种反应器。

它可用来进行均相反应，也可用于以液相为主的非均相反应。

如非均相液相、液固相、气液相、气液固相等等。

釜式反应器的结构，主要由壳体、搅拌装置、轴封和换热装置四大部分组成。

1、间歇釜
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，实现连续生产尚有困难，至今还采用间歇釜。

2、连续釜
连续釜式反应器，或称连续釜
3、釜式搅拌反应器
釜式搅拌反应器有立式容器中心搅拌、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典型的一种。

性能特点:
釜式反应器具有适用的温度和压力范围宽、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。

但用在较高转化率工艺要求时，需要较大容积。

通常在操作条件比较缓和的情况下操作，如常压、温度较低且低于物料沸点时，应用此类反应器最为普遍。

4、多级串联反应釜。

化学反应工程习题及答案

题目：等温等容条件下，间歇釜式反应器反应时间与平推流反应器空间时间的计算式相同，两者的生产能力相同。

正确答案：错题目：全混流连续操作反应器，反应器内温度、浓度处处均匀一致，故所有物料粒子在反应器内的停留时间相同。

正确答案：错题目：相同条件下，分别用下列反应器处理物料，比较反应器有效容积的大小。

①单段全混流反应器（V R1）②四个体积相同的全混流反应器串联（V R2）③两个体积相同的全混流反应器串联（V R3）④平推流反应器（V R4）则（V R4）＞（V R2）＞（V R3）＞（V R1）正确答案：错题目：设备放大，造成微元停留时间分布和返混程度改变，放大时反应结果恶化。

正确答案：对题目：理想流动模型是指平推流模型和全混流模型。

正确答案：对题目：均相反应器的型式主要为釜式、管式、塔式、固定床和流化床。

正确答案：错题目：复合反应中，反应物的转化率愈高，目的产物获得愈多。

题目：生产能力是相同条件下，单位时间、单位反应器体积所能获得的（产物量），或完成相同生产任务，所需反应器的（体积）。

题目：化工生产中应用于均相反应过程的化学反应器主要有（釜式）反应器和（管式）反应器。

题目：釜式反应器的基本结构主要包括反应器（壳体）、（搅拌器）、（密封装置）和（换热装置）等。

题目：手孔或人孔的安设是为了检查（内部空间）以及安装和拆卸设备（内部构件）。

题目：釜式反应器中夹套式换热器适用于传热面积（较小），传热介质压力（较低）的情况。

题目：基元反应的级数即为化学反应式的（计量系数），对非基元反应的级数通过（实验）确定。

题目：单一反应利用（转化率）可以确定反应物转化量与产物生成量之间的关系。

题目：间歇反应，只要C ＡＯ相同，无论处理量多少，达一定（转化率）每批所需的（反应时间）相同。

题目：对同一反应在相同条件下，达到相同转化率，全混釜反应器所需有效体积（最大），平推流反应器所需有效体积（最小），多釜串联全混釜所需有效体积（介于其间）。

精细化工过程与设备教案第二章釜式反应器

第二章釜式反应器§2.1 概述精细化工生产中经常遇到气－液、液－液和液－固相反应，应用最为广泛的一类反应设备是釜式反应器。

它们被用于进行许多不同的反应过程，例如：硝化、还原、磺化、碱熔、氯化和缩合等，以及各种辅助过程，例如：溶解、稀释、中和、酸化、混合等。

图2.1是一种标准的釜式反应器。

它由钢板卷焊制成圆筒体，再焊接上由钢板压制的标准釜底，并配上釜盖、夹套、搅拌器等部件。

左图是一种典型的釜式反应器，由图可见其结构主要由以下几部分组成：壳体结构、搅拌器、密封装置和换热装置。

釜式反应器具有各种各样的搅拌装置、不同形式的传热装置，并且同时又装配着许多零件，这些零件和结构往往也可能以不同的组合形式出现在其它形式的反应设备中，因此我们仔细研究这类设备的结构之后，对于其他形式的反应器的结构也就不难理解和掌握了。

釜式反应器一般在常压之下操作，也可以在加压之下操作。

但即使是在常压之下操作的反应釜，一般也将它设计到能耐三个大气压，因为工业上常利用压缩气体从设备内压出液体物料。

而压料用的压缩气体的压力一般在三个大气压以下。

既然有在加压之下使用的可能性，那么就必须具有能保证内部空间密闭性的结构。

这种密闭结构对于那些能放出具有危险性（易燃、易爆、有毒）的蒸汽或气体的物料也是必须的。

因此按照3－4个大气压设计的反应釜是应用得非常广泛的一类设备。

§2.2釜式反应器的壳体结构（1）罐体碟形球形锥形平面形图2.3 釜式反应器的壳体结构釜式反应器容积和结构尺寸，有国家标准。

在选型和设计时可以参考。

釜式反应器的壳体结构包括筒体、底、盖（或称封头）、手孔或人孔、视镜及各种工艺接管口等。

釜式反应器的筒体皆制成圆筒形。

釜底和釜盖常用的形状有平面形、碟形、椭圆形和球形，釜底也有锥形，见图。

图2.4 罐体及罐体的焊接罐体是将钢板卷成圆筒形，沿着直线进行V形加强焊而制成的。

罐体的高度，除了应符合生产过程的要求外，通常尽可能使罐体的高度接近罐体的直径，或尽可能按钢板的规格考虑。

第四章釜式反应器的搅拌与传热

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流体流型的作用：
搅拌流体的流型对传质传热有着显著的影响，也是搅拌器的重要特性之一，搅拌器型式不同，其对应的流体流型也显著不同。一般而言：轴向流剪切作用小而循环速率高；径向流剪切作用大而循环速率低；切线流的优点是可以提高夹套的传热速率，但对其它过程往往产生不利影响，而且，切线流的存在经常使流体液面下陷，严重时导致桨叶露出液面。
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e - 锚式
f - 螺杆式带导流筒
g - 螺带式
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4.1.3搅拌附件
• 指搅拌釜内为了改善流体流动状况而增设的零件，在化学反应器中通常为挡板和导流筒。 • (1)挡板：一般是长条形竖向固定在搅拌釜内壁上的板。作用:加剧流体的湍动程度，消除切线流，提高搅拌器的剪切性能。全挡板条件：挡板数目足够，再增加数目，搅拌效率也不再增加，此时称为全挡板条件。板宽W＝(1/20~1/10)D，视粘度高低而减增；数目依釜径尺寸而异，小直径釜一般2~4个，大者一般4~8个。通常以4~6个居多。
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挡板安装方式
当搅拌高粘度流体(7000~10000cP)或固液多相操作时，挡板一般要离壁安装，离壁距离通常为板宽的1/5~1倍。釜内有传热蛇管时，挡板一般安装在蛇管内侧。挡板上缘一般与液面平齐，下缘可到釜底。如需沉降固体物料，其下缘可在桨叶之上，使底部出现切线流，以利固体沉降。
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• 处于高速液流和静止或低速液流界面的液体，由于受到强烈的剪切作用被卷起而形成漩涡。这些高速旋转的漩涡又对它周围的液体造成强烈的剪切作用，从而产生更多的漩涡。众多的漩涡一方面把更多的液体挟带到作宏观流动的主体液流中去，同时形成局部范围内液体快速而紊乱的对流运动，即局部的湍流流动。这种局部范围内的漩涡运动称为 “ 微观流动”。

釜式反应器

釜式反应器：反应原理与结构组成釜式反应器是一种常见的反应器类型，广泛应用于化工、石油、食品和材料等行业。

下面将介绍釜式反应器的反应原理和结构组成。

一、反应原理釜式反应器的主要作用是在一定的温度、压力和催化剂作用下，将原料和反应物混合在一起进行化学反应。

釜式反应器一般采用间歇式操作，即每次反应结束后，将反应产物从反应器中取出，再进行下一轮反应。

在釜式反应器中，反应物之间通过搅拌、混合和传递热量等过程，实现反应的均匀性和稳定性。

釜式反应器的操作方式可以根据不同的工艺要求进行调整，例如温度、压力、催化剂等参数都可以进行控制和优化。

二、结构组成釜式反应器主要由以下几个部分组成：1.釜体：釜式反应器的主体部分，一般由耐腐蚀、耐高温的材料制成，如不锈钢、钛等。

釜体内部一般分为上下两部分，上部为反应区，下部为加热区。

2.搅拌装置：搅拌装置是釜式反应器中的重要组成部分，它可以将反应物充分混合均匀，并促进反应的进行。

搅拌装置一般由电动机、减速器和搅拌桨组成。

3.传热装置：传热装置的作用是将外部的热量传递给釜体内的反应物，以控制反应温度。

传热装置一般由加热管、散热器等组成。

4.密封装置：密封装置的作用是防止反应物泄漏，保证反应的进行和安全性。

密封装置一般由填料密封、机械密封等组成。

5.控制系统：控制系统是整个釜式反应器的中枢神经，它可以通过调节温度、压力、搅拌速度等参数来控制反应的进行。

控制系统一般由仪表、阀门、传感器等组成。

总之，釜式反应器作为一种常见的反应器类型，具有操作简单、适应性强、可靠性高等优点。

了解釜式反应器的反应原理和结构组成有助于更好地理解其工作原理和应用场景。

浓缩釜搅拌形式

浓缩釜搅拌形式浓缩釜是工业生产中常用的反应设备之一，其搅拌形式对于釜内物料的混合、传热和反应过程具有重要影响。

常见的浓缩釜搅拌形式包括桨式搅拌、齿片式搅拌、锚式搅拌和框式搅拌等。

1. 桨式搅拌桨式搅拌是最常见的浓缩釜搅拌形式之一。

它通过在釜内安装旋转的桨叶，使物料在釜内形成循环流动，从而达到混合、传热和反应的目的。

桨式搅拌具有结构简单、易于制造和维修、适用范围广等优点。

但是，对于一些高粘度、易结垢或含有大量固体颗粒的物料，桨式搅拌可能无法提供足够的混合效果和传热速率。

2. 齿片式搅拌齿片式搅拌通过在桨叶上加装锯齿状叶片，以增加搅拌的剪切力和混合效果。

这种搅拌形式适用于需要高剪切力、高混合效果的场合，如乳化、分散等过程。

同时，齿片式搅拌还具有较强的传热性能，可用于一些需要加热或冷却的反应过程。

然而，齿片式搅拌的制造成本较高，且对于一些大体积、低粘度的物料，可能无法提供足够的混合效果。

3. 锚式搅拌锚式搅拌的桨叶形状类似于船锚，具有较大的推力和混合范围。

这种搅拌形式适用于处理一些高粘度、易结垢或含有大量固体颗粒的物料。

由于桨叶形状的特殊性，锚式搅拌能够有效地将物料从釜底推向釜顶，从而实现较好的循环和混合效果。

此外，锚式搅拌还具有较强的传热性能，可用于一些需要加热或冷却的反应过程。

然而，锚式搅拌的结构较为复杂，制造成本较高。

4. 框式搅拌框式搅拌通过在釜内安装固定的搅拌框，利用旋转的桨叶将物料推向搅拌框附近，从而实现物料的循环流动和混合。

这种搅拌形式适用于处理一些低粘度、易流动的物料。

框式搅拌的结构简单，制造成本较低。

但是，对于一些高粘度、易结垢或含有大量固体颗粒的物料，框式搅拌可能无法提供足够的混合效果和传热速率。

搅拌反应器的传热结构和接管形式

搅拌反应器的传热结构和接管形式搅拌器常用的换热结构元件有夹套和蛇管，另外还有电感应加热、直接蒸汽加热或外部换热器加热等。

这里仅讨论夹套和蛇管结构。

一.夹套结构夹套就是用焊接或法兰连接的方式在容器的外侧装设各种形状的结构，使其与容器外壁形成密闭的空间。

在此空间内通入载热流体，加热或冷却容器内的物料，以维持物料的温度在预定的范围。

夹套的主要结构形式有整体夹套、型钢夹套、半圆管夹套和蜂窝夹套等，结构如图6-6所示，其适用温度和压力范围见表6-2。

图6-6 夹套的主要结构形式夹套直径一般按公称直径系列选取，这样有利于按标准选择夹套封头。

具体使用时可根据筒体直径按表6-3选取。

表6-3 夹套直径和筒体直径的关系二.蛇管结构当反应釜所需传热面积较大，而夹套传热不能满足要求时，可增加蛇管传热。

蛇管可分为螺旋式盘管和竖式蛇管，如图6-7所示。

图6-7 蛇管结构图图6-8 同心圆蛇管结构尺寸蛇管沉浸在物料中，热量损失小，传热效果好，同时还能起到导流筒的作用，但检修较麻烦。

蛇管不宜太长，一是因为凝液积聚会降低传热效果，二是因为要从很长的蛇管中排出蒸汽中夹带的惰性气体也是很困难的。

蛇管管长与管径的最大比值见表6-4。

表6-4 蛇管管长与管径的最大比值如果要求蛇管传热面很大时，可做成几个并联的同心圆蛇管组，其结构尺寸如图6-8所示。

内圈和外圈的间距t=(2~3)d，各圈的垂直排列距离h=(1.5~2)d，d为蛇管的外径。

最外圈直径D₀=Di-(200~300)mm。

蛇管的固定形式较多，当蛇管中心圆直径较小或圈数不多、质量不大时，可以利用蛇管进出口接管固定在顶盖上，不再另设支架固定；当蛇管中心圆直径较大、比较笨重或搅拌有振动时，则需要支架以增加蛇管的刚性。

常用蛇管的固定方式如图6-9所示。

图6-9 常用蛇管的固定方式蛇管支托在角钢上，用半U形螺栓固定，如图6-9(a)所示。

制造方便，缺点是拧紧时易偏斜，难于拧紧，可用于操作压力不大及管径较小的场合（一般小于φ45mm）。