第四章釜式反应器的搅拌与传热
搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器
NRe<10, 液体在桨叶附近呈滞流旋转流动，桨叶无液 体吐出，釜内其余部分为流体停滞区（死角）； NRe~10, 桨叶端有吐出流产生，并引起整个釜内流体 的上下循环流动，处于层流; NRe100~1000,处于过渡流，桨叶周围流体为湍流状态， 上下循环仍然为滞流，雷诺数增大，湍动程度增大； NRe>1000,整个釜内上下循环流动都处于湍动状态， 无挡板时会引起漩涡，当D(桨叶直径)/T(釜径)<0.1时， 釜内流体虽为湍流，但上下循环流不会遍及整个釜 内，易出现死角。
高粘流体搅拌器有： 锚式、框式、锯齿圆盘式、 螺旋桨式、螺带式（单螺带、 双螺带）、螺旋—螺带式等。
搅拌器在容器内安装方式:
(a) 垂直偏心式
(b) 底插式
(c) 侧插式
(d) 斜插式
(e) 卧式
桨叶旋转时，平板桨面与轴平行，液体仅以切线方向离开桨叶，主要 是水平液流，所以搅动不激烈。为了增强轴向流动，可将平桨倾斜一 定角度而成斜，此时桨叶面与轴不平行，旋转时液流除切线方向离开 桨叶外还有向上或向下的垂直液流，所以搅拌较为激烈。
原料配制槽、加料罐、
凝聚罐、浆料沉析槽、贮槽
机械搅拌作用：混合、搅动、悬浮、分散
混合：体系中的不同物质混合均匀。 搅动：物料强烈流动，提高传热、传质速率。 悬浮：细小颗粒在液体中均匀悬浮，防止沉降、加速溶解等。
分散：气体或液体在液体中充分分散成细小气泡或液滴，促
进传质和反应，控制粒度。
搅拌釜应具有的功能：
⒉ 换热元件
tj
t
D Dj
D Dj
t
D
D Dj
tj
Dj
(a) 圆筒型
(b) U型
釜式反应器的搅拌器课件
搅拌器在釜式反应器中起到混合、促进传热和传质的作用，对于化学反应的顺 利进行至关重要。
搅拌原理
通过旋转搅拌器叶片，使物料在釜内产生旋转运动，从而实现物料混合、温度 均匀分布和物质传递。
搅拌器的种类和特点
01
02
03
0单、易制造、成本低等优点。
涡轮式搅拌器
定义
釜式反应器是一种常用的反应器 类型，主要用于进行化学反应和 混合操作。
特点
釜式反应器具有较大的反应体积 和较广的操作范围，能够适应多 种不同的反应条件和物料特性。
釜式反应器的应用领域
01
02
03
化工生产
釜式反应器广泛应用于化 工生产中，如合成氨、尿 素、烧碱等。
制药行业
在制药行业中，釜式反应 器用于合成药物、抗生素 等。
如推进式、涡轮式、锚式等。
搅拌器的尺寸
02
根据釜式反应器的尺寸和容量，确定搅拌器的长度、直径和叶
片宽度等参数。
搅拌器的安装位置
03
为了获得良好的搅拌效果，需要合理选择搅拌器的安装位置，
包括离釜底的高度和与釜壁的距离。
搅拌器的材料选择
耐腐蚀性
根据釜式反应器内介质的腐蚀性， 选择具有相应耐腐蚀性能的材料，
通过优化搅拌器的结构设计、材料选 择和操作参数，提高搅拌效率与混合 均匀度，以满足工艺要求。
搅拌转速
根据工艺要求和介质的特性，确定合 适的搅拌转速，以达到良好的搅拌效 果。
PART 04
搅拌器在釜式反应器中的 操作和维护
搅拌器的操作规程
启动前检查
启动操作
确保搅拌器安装正确，电机和传动部件完 好，无障碍物影响。
能耗与效率
考虑搅拌器的能耗和效率，选择既能满足工 艺要求又具有较低能耗的搅拌器。
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》
20
• 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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《化学反应工程》
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《化学反应工程》
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《化学反应工程》
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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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《化学反应工程》
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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（ ）。
国开化学反应过程及设备复习资料
化学反应过程及设备复习资料一选择题1. 关于釜式反应器的种类特点与应用，描述错误的是（D）A 釜式反应器的结构简单，加工方便，传质效率高，温度分布均匀且操作灵活B 釜式反应器按操作方式分为间歇式半连续式和连续式C 釜式反应器按材质分为钢制铸铁及搪玻璃反应釜D 釜式反应器适用于液液均相反应，但不可用于非均相反应2. 关于釜式反应器的基本结构及其作用描述错误的是（B）A釜式反应器主要由壳体，搅拌装置，轴封和换热装置四大部分组成B 釜底常用的形状有平面形蝶形椭圆形和球形，其中平面形多用于高压反应C 搅拌装置根本目的是加强反应釜内物料的均匀混合，以强化传质和传热D 轴封是用来防止釜的主体与搅拌轴之间的泄露，主要有填料密封和机械密封3. 关于理想置换和理想混合流动模型的特征描述错误的是（D）A理想置换流动模型也称作平推流模型活活塞流模型B 理想置换流动模型沿着流向，物料的参数变化，垂直于流向的截面参数相同C 理想混合流动模型也称作全混流模型D 理想混合流动模型中混合均匀，所以所有物料的停留时间一致。
4. 关于返混及工程中降低返混的措施描述错误的是（D）A 返混是指不同时刻进入反应器的物料之间的混合，是逆向的混合B 间歇操作反应器中不存在返混C 理想置换反应器中不存在返混D 降低返混程度的主要措施有横向分割和纵向分割，其中重要的是纵向分割。
5. 关于反应速率描述和表示方法错误的是（B）A 化学反应速率是指某一物资在单位时间单位反应区域内的反应量B 反应区域是指反应器体积C 在反应速率钱赋予负号，表示该物质为消耗速率D 在反应速率前取正号，表示该物质的生成速率6. 关于化学动力学方程描述错误的是（A）A 反应分子数与反应级数相等B 定量描述反应速率与影响反应速率因素之间的关系式称为化学反应动力学方程C 影响反应速率的因素有反应温度组成压力溶剂性质催化剂性质等D 对于绝大多数的反应，主要的影响因素是反应物的浓度和反应温度7. 关于复杂反应及其类型说法错误的是（D）A复杂反应是通过多步骤反应完成的B连串反应的选择性随反应转化率的增大而下降C 复杂反应的基本反应类型有平行反应和连串反应D 复杂反应只有平行反应和连串反应8. 关于搅拌器作用类型和选型原则说法错误的是（A）A搅拌器只能够使得均相液体混合B 通过搅拌器搅拌可加强釜式反应器内物料的均匀混合，以强化传质和传热C 工业上较为常用的搅拌器类型有桨式搅拌器涡轮搅拌器和推进式搅拌器D 搅拌器的选型主要根据物料性质搅拌目的以及各种搅拌的性能特征来进行9. 关于搅拌釜式反应器的传热装置说法错误的是（D）A在传热夹套装设螺旋导流板可提高传热效果B 列管式反应器的主要特点是传热面积大，可提高传热速度C 常用的蛇管式反应器有水平式蛇管和直立式蛇管D 沸腾温度下进行反应时应选择外部循环式换热器10. 关于反应器高温热源的说法错误的是（A）A低压饱和水蒸气加热时温度最高只能达到100度B 利用某些有机物常压沸点高熔点低热稳定好等特点提供高温热源C 反应温度在300度以上可以用熔盐做热载体D 电加热法可以分为电阻加热法感应电流加热法和短路电流加热11. 关于反应器低温冷源的说法错误的是（A）A空气不可以作为低温冷源B 传送和分配冷量的媒介成为载冷剂C 常用的有机载冷剂有3类，即水盐水及有机载冷剂D 有机载冷剂适用于比较低的温度12. 关于气固相催化反应器的类型及选择说法错误的是（A）A 气固相催化反应器只有固定床反应器和流化床反应器B 气固相催化反应器主要有固定床反应器和流化床反应器C 固定床适用于气固相反应D 流化床适用于气固相反应13. 关于固定床反应器的类型和特点说法错误的是（D）A固定床主要分为绝热式和换热式两种B 催化剂不易磨损可长期使用C固定床反应器可用于高温高压反应D 固定床适合使用细小的催化剂14. 关于固定床反应器的特点说法错误的是（C）A绝热式固定床与外界无热量交换B 单段绝热式固定床结构简单，维护方便C 换热式固定床可分为列管式和对外换热式D 换热式固定床利用换热介质来移走或供给热量15. 关于流化床反应器的特点说法错误的是（D）A物料的流动更接近于理想混合流，返混较严重B 颗粒比较细小，有效系数高，可减少催化剂用量C 传热强度高，适宜于强吸热或放热反应D 适合高转化率的反应及催化剂层有温度分布的反应16. 关于流化床的基本结构及其作用说法错误的是（A）A流化床基本结构包括壳体气体分布装置内部构件及固体颗粒的加入和卸出装置B 气体分布装置是保证获得良好流化质量的关键C 反应器内部构件目的是使大气泡破碎，改善气固相的接触，减小返混，提高反应效果，其形式有挡网挡板和填料D 气固分离装置常由旋风分离器来完成，其作用是回收气体所夹带的细粒，并将其输送到床层中去17. 关于双器流化床描述错误的是（B）A适用于催化剂使用寿命较短且易再生的气固相催化反应B 适用于催化剂使用寿命较长且不易再生的气固相催化反应C 双器流化床适用于催化剂寿命较短的情况D 双器流化床适用于催化剂易再生的情况18. 关于催化剂的定义描述以及基本特征说法错误的是（D）A催化剂是一种能够改变化学反应速率而不改变反应热力学平衡位置，且自身不被明显消耗的物质B 催化剂能加快化学反应速率C 催化剂对反应具有选择性D催化剂能改变化学反应的速率和化学平衡位置19. 有关固体催化剂的组成及各自功能描述错误的是（A）A 所有的催化剂均由活性成分抑制剂和载体组成B 主催化剂是催化剂的主要活性组分，起催化作用的根本性物质C 助催化剂具有提高活性组分活性和选择性，改善催化剂耐热性，抗毒性，提高机械强度和寿命的作用D 载体可提高催化剂的耐热性和机械强度20. 有关工业固体催化剂的制备方法描述错误的是（C）A 沉淀法广泛用于制备高含量的非贵金属金属氧化物金属催化剂或催化剂载体B 浸渍法是负载型催化剂最常用的制备方法C 离子交换法中离子交换反应不可逆D 熔融法制备催化剂需要在高温下进行21.关于催化剂失活的原因说法错误的是（A）A 催化剂表面污染不会导致失活B 催化剂强吸附毒物常造成永久中毒从而失活C 催化剂烧结是由高温引起催化剂结构的变化过程，导致其失活D催化剂导热性能不好货空隙过细会造成积碳使得催化剂失活22. 关于固定床催化反应器dv da ds 物理参数描述错误的是（D）A体积当量直径dv即采用体积相同的球形颗粒直径来表示非球形颗粒直径B 面积当量直径da即采用外表面积相同的球形颗粒直径来表示非球形颗粒直径C 比表面积当量直径ds即采用比表面积相同的球形颗粒直径来表示非球形颗粒直径D 在固定床的流体力学研究中，非球形颗粒的直径常常采用面积相当直径23. 关于固定床床层空隙率的描述，影响因素说法错误的是（B）A床层空隙率的大小与的影响因素有颗粒形状，颗粒的粒度分布，颗粒表面的粗糙度，填充方式，颗粒直径与容器直径之比等B 紧密填充固定床的床层空隙率高于疏松填充固定床C 紧密填充固定床的床层空隙率低于疏松填充固定床D 固定床中同一截面上近壁处空隙大，而中心空隙率较小24. 关于催化剂有效系数说法错误的是（B）A 催化剂有效系数为实际反应速率与内扩散影响的反应速率之比B 当催化剂有效系数大于1时，反应过程为内扩散控制C 当催化剂有效系数小于1时，反应过程为内扩散控制D 当催化剂有效系数约等于1时，反应过程为动力学控制25. 关于固定床反应器中的传热过程描述错误的是（D）A 反应热由催化剂的内部向外表面扩散B 反应热由催化剂外表面向流体主体传递C 反应热少部分由反应后的流体沿轴带走D传热过程只发生热传导与热对流26. 关于气体通过固体颗粒床层的三个阶段的描述错误的是（D）A 固体床阶段---气体通过床层的压力降随气速的增加而增大B 流化床阶段---气体通过床层的压力降不随气速改变而改变C 稀相输送床阶段---气流中颗粒浓度降低，由浓相变成稀相，压力降变小D 临界流化床阶段---固体颗粒刚好悬浮流体中27. 关于流化床反应器中气体分布板的作用说法错误的是（A）A起支撑作用B 均匀分布气流C 使得流化床有一个良好的起始流态化状态D 操作过程中不易被堵塞和腐蚀28. 关于催化剂，错误的是（D）A催化剂的贮藏要求防潮防污染B 运输过程中所产生的碎末细粉会增加床层阻力C 催化剂在装填前需要过筛D 对催化剂的包装没有特殊要求二填空题1．一个典型的化工生产过程大致由原料的预处理、化学反应、产物的分离三部分组成。
机械搅拌反应器(搅拌釜式反应器)课件
02 机械搅拌反应器的设计
设计原则
满足工艺要求
根据生产工艺要求，确定搅拌 反应器的规格、材质和结构形
式。
优化操作性能
提高搅拌效果，降低能耗，保 证物料混合均匀，提高生产效 率。
考虑安全因素
确保设备安全可靠，防止泄漏 、超压等事故发生。
便于维修保养
设计应便于设备的维修、清洗 和更换部件。
结构设计
工作原理
通过搅拌桨在反应釜内快速旋转，使 物料在釜内受到强烈的搅拌和混合作 用，从而加速化学反应的进行。
类型与特点
类型
根据搅拌桨的结构和形状，机械搅拌反应器可分为多种类型，如锚式、推进式 、涡轮式等。
特点
机械搅拌反应器具有结构简单、操作方便、适应性强等优点，适用于各种不同 的化学反应和工艺过程。
应用领域
密封装置的选择与设计
根据工艺要求选择合适的密封 形式（如填料密封、机械密封
等）。
根据密封形式选择合适的密封 材料，以确保密封可靠、耐腐
蚀和寿命长。
足工艺要 求和安全性能。
对密封装置进行强度和动力学 分析，以确保其能够满足工艺 要求和安全性能。
03 机械搅拌反应器的操作与 维护
案例二：某制药企业的搅拌釜式反应器
总结词
高安全性、高可靠性
详细描述
该制药企业采用机械搅拌反应器进行药物合成和生物发酵过程。由于制药行业的 特殊性，该反应器设计注重安全性和可靠性，采用先进的控制系统和材料，确保 生产过程的安全和稳定。
案例三：某科研机构的搅拌釜式反应器
总结词
高精度、高灵敏度
详细描述
维护与保养
01
定期检查
定期对机械搅拌反应器的电机、 减速机、搅拌桨等关键部件进行
搅拌聚合釜搅拌釜的传热和传质
若N 提高一倍，则 i2=20.66→1.68倍i1
但 P2=23→8倍P1 →提高转速N须慎重！
2、热负荷：聚合热、搅拌热 搅拌热：搅拌机械能转变成热量：1kwh=859.8kcal
14
K
1
1
i
w
Ai Aw
1
0
Ai A0
A0—釜传热外壁表面积 Ai— 釜传热内壁表面积
Aw—釜壁面积对数平均值 聚合釜属于薄壁容器， Ai/Aw=1，Ai/A0=1→
1 1 1 K i 0
K i,, K 0
对于聚合反应器， i 起控制作用，是传热的关键因素。因为一般聚合体 系粘度都较高，其值比0 小很多。
三、非牛顿流体的传热 (P184) • 注意：NFr和NRe采用的粘度为表观粘度a • 计算：经验式
四、总传热系数K的计算(P185) • 注意：当o不能忽略时需计算 • 计算：经验式 • 利用式(6-3)计算K值
11
第四节 搅拌釜内的传质过程
一、分散体系的传热膜系数
传质速率方程（限于分散相向连续相传递）
——自动加速现象，最高放热 是平均放热的1-3倍→需足够传热面
3
2
匀速型——“人为”。引发剂半衰期合适时(复合引发剂或分批加入单体、
催化剂等)
3
第二节 搅拌聚合釜的几种传热方式
对传热的要求： • 传热速率要高，要保证放热高峰期的传热要求 • 为使分子量均匀→温度尽快达到指定聚合温度→快速升温→所需热
传热方程式为
Q= KAi(ti - t0) =KAitm (6-2)
式中 Q — 传热速率
K — 总包传热系数
Ai — 釜内壁传热表面积 t0 — 载热体温度 ti — 反应器内反应物料的温度 tm— 传热温度差
搅拌釜式反应器 ppt课件
搅拌釜式反应器
37
全挡板条件
当再增加挡板数和挡板宽度，而功率消耗不再增加 时，称为全挡板条件。 全挡板条件与挡板数量和宽度有关。
搅拌容器中的传热蛇管可部分或 全部代替挡板，装有垂直换热管 时一般可不再安装挡板。
搅拌釜式反应器
38
搅拌釜式反应器
39
图17-15 挡板
(2) 导流筒
作用——上下开口圆筒，安装于容器内，在搅拌 混合中起导流作用。
18
(a) 半圆管
图17-6 半圆管夹套二种结构
搅拌釜式反应器
19
图17-6 半圆管夹套二种结构
搅拌釜式反应器
20
b L3
L3 L2
L
t1
(a)螺旋形缠绕
图17-7 半搅圆拌管釜式夹反应套器的安装
21
图17-6 半圆搅管拌釜夹式反套应的器 安装
D t1
(b)平行排管
22
4．蜂窝夹套
特点
以整体夹套为基础，采取折边或短管等加强措施； 提高筒体的刚度和夹套的承压能力，减少流道面积； 减薄筒体壁厚，强化传热效果。
图17-18 桨式搅拌器搅拌釜式反应器
49
主要应用
液—液系中用于防止分离、使罐的温度均一，固— 液系中多用于防止固体沉降。
主要用于流体的循环，由于在同样排量下，折叶式 比平直叶式的功耗少，操作费用低，故轴流桨叶使 用较多。
也用于高粘流体搅拌，促进流体的上下交换，代替 价格高的螺带式叶轮，能获得良好的效果。
46
轴流式
搅拌器 混流式
径流式
图17-17 搅搅拌拌釜器式反流应型器 分类图谱
Hale Waihona Puke 47桨式、推进式、涡轮式和锚式搅拌器在 搅拌反应设备中应用最为广泛，据统计约占 搅拌器总数的75～80％。
连续搅拌釜式反应器PPT课件
下关系式成立：
CA=K(U-Uf) 式中：U——由电导电极测得在不同转化率下与釜内溶液组成相应的电压信号值；
Uf——CH3COOC2H5全部转化为CH3COONa K——
本实验采用等摩尔进料，乙酸乙酯水溶液和氢氧化钠水溶液浓度相同，且两者进
料的体积流率相同。若两者浓度均为0.02 mol·L-1 ，则反应过程的起始浓度CA,0， 应为0 .01mol·L-1 。 因此，应预先精确配置浓度为0.01 mol·L-1 的氢氧化钠水
（2）当操作状态达到稳定之后，按数据采集键，采集
与浓度CA相应的电压信号U。待屏幕 上 显示的曲线平直 之后，按终止采集键，取其平直段的平均值，即为与釜
内最终浓度CA相应 的U （3）改变流量重复上述实验步骤，测得一组在一定温
度下，不同流量时的U值精数选pp据t课件2。021
9
4. 实验结束工作
（1）先关闭加热和恒温系统，后关闭计量泵。 （2）关闭计算机，再将搅拌转速缓慢地调至零， 最后关掉电路总开关。 （3）打开底阀，将釜内的液体排尽，并用蒸馏水 将反应器和电导池冲洗干净。将电导电极 浸泡在 蒸馏水中，备用。
4.参考下列表格整理实验数据
实验组号
1
2
3
4
5
反应温度T/K
(1)
空间时间/min
(2)
反应速率（-rA）/ mol·L-1·min-1 (3) 反应速率常数k/L·mol-1·min-1 (4)
相关系数R/-
(5)
精选ppt课件2021
13
活化能
(6)
六、思考题
（1）连续搅拌釜式反应器有哪些特性? （2）做液相反应动力学实验应注意哪些事项?
14
精选ppt课件2021
2.1釜式反应器的结构与特点
1.
2.
3.
4.
5.
6.
釜式反应器
化工
①夹套式
夹套是套在反应器筒体外面能形成密封空间的容器， 既简单又方便。当反应釜容积不大、需传热面积较小、 载热体压力不高时宜使用。
釜式反应器
釜式反应器
化工
⑤ 回流冷凝式
当物料在沸腾的状态下进行反应，可利用部分物料 气化撤热，气化后的物料经釜外冷凝器冷凝后回流入釜。
釜式反应器
化工
⑥直接火热式
当反应温度高达873K以上时，应采用直接火 热式或者电感加热式换热器。
总结：你学到了什么？
化工
釜式反应器基础知识 釜式反应器的特点 釜式反应器的安保和维护 釜式反应器的操作方法
化工
2.1 釜式反应器的 结构与特点
釜式反应器
化工
1、带有搅拌装置且高径比不大的反应设备。
2、特点 ➢有液相参与的反应 ➢适用于常压、低压操作，适 应性强，易于清理 ➢体积偏大，生产能力低，不 适合转化率高的反应
釜式反应器
化工
3.釜式反应器由哪些部分构成？
壳体
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ换热装置
反
应
搅拌装置
釜
传动装置
轴封装置
壳体和搅拌器可选用碳钢材料，为了防腐效果，可有内衬。
釜式反应器
化工
（1）壳体
主要包括筒体、底、盖、手孔或人孔、视镜及各种工 艺接管口。常用的形状如下：
釜式反应器
化工
（2）搅拌器
其作用是强化反应物料的均匀混合，从而强化传质、 传热，常见的搅拌器形式有：
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。
釜式反应器最新课件
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4）对间歇反应器，反应期间无输入输出， （1）=0，（2）=0
5）对流动反应器，（4）=0，即（1）=（2） +（3）
6）对于不稳定体系，如半间歇反应器，需要 同时考虑上式中的各项。
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2、热量衡算：上式中反应组分A的反应量与反 应过程的温度条件有关，计算非等温反应器的 反应体积时，需同时考虑物料衡算和热量衡算。
特征：1）垂直于物料流向的任一截面 上，所有的物系参数T、P、C、u都 是均匀的（相同的）
2）所有的粒子在反应器内的停留时间
都相同。
i
VR V0
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实际生产中属于理想置换的情况有：
管式反应器：它的流型基本上是理想置换模型
（活塞流模型），特别是在长径比很大、流速 较高时可看作是理想置换。
V 0、 CA 0、 X A 0
高与直径相类似
T 、 C A 、 rA
VR、 釜式反应器最新课件
C A f 、X A f rA f、 T f
特征：1）在反应器内各处的参数T、P、 C相同，并等于反应器出口值。
CA=CAf T=Tf rA =rAf 2)粒子在反应器内停留时间不同，参差
不齐，形成一个逗留时间分布
流动模型：是指流体流经反应器时的流 动和返混的状况。
对各种流动模型进行的数学描述就得到流动 的数学模型。
化工生产中有许多型式的反应器，如管式、 槽式等。这些反应器中流体流动的情况很 复杂。但在众多的反应器中，就流体的返 混情况而言，可以抽象出两种极限的情况。
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活塞流反应器：完全没有返混 全混流反应器：返混达到极大值实际生产
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
反应釜设计
第一章 反应釜釜体与传热装置搅拌设备常被称作搅拌釜（或搅拌槽），当搅拌设备用作反应器时，又被称为搅拌釜式反应器，有时简称反应釜。
釜体的结构型式通常是立式圆筒形，其高径比值主要依据操作容器的装液高径比以及装料系数大小而定。
传热方式有两种：夹套式壁外传热结构和釜体内部蛇管联合使用。
根据工艺需要，釜体上还需要安装各种工艺接管。
所以，反应釜釜体和传热装置设计的主要内容包括釜体的结构和部分尺寸、传热形式和结构、各种工艺接管的安设等。
1.1反应釜釜体1.1.1确定反应釜釜体的直径和高度在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择筒体适宜的长径比（H/D i ），以确定筒体直接和高度。
选择筒体长径比主要考虑一下两方面因素：① 长径比对搅拌功率的影响：在转速不变的情况下，P ∝D 5(其中D ：搅拌器直径；P ：搅拌功率），P 随釜体直径的增大而增大很多，减小长径比只能无谓的损耗一些搅拌功率。
一次一般情况下，长径比应该大一点。
② 长径比对传热的影响：当容积一定时H/D i 越高越有利于传热。
长径比的确定通常采用经验值。
在确定反应釜直径和高度时，还应该根据反应釜操作时所允许的装料程度---装料系数η等予以综合考虑，通常装料系数η可取0.6-0.85.如果物料在反应过程中产生泡沫或沸腾状态，η应取较低值，一般为0.6-0.7；若反应状态平稳，可取0.8-0.85（物料粘度大时可取最大值）。
因此，釜体的容积V 与操作溶积V 0有如下关系：V=V 0/η…………………………………………………………………（1.1） 选取反应釜装料系数η=0.8，由V=V 0/η可得设备容积：V 0=V ×η=1×0.8=0.83m 选取H/D i =1.0，由公式m D H V D ii 08.10.10.14433=⨯⨯==ππ……………………………………（1.2）将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径D i =1000mm ，查《化工设备机械基础》表8-27，DN=1000mm 时的标准封头曲面高度h=250mm ，直边高度h 2=25mm ，封头容积V h =0.1513m ，由手册查得每一米高的筒体容积为3195.0m V =。
《釜式反应器的传热》课件
传热系数的确定
实验测定
通过实验测定不同条件下的传热系数值，并分析其变 化规律。
经验公式
根据大量实验数据总结出的经验公式，如 Forchheimer公式等。
数值模拟
利用数值模拟软件对釜式反应器的传热过程进行模拟 ，得到传热系数值。
传热过程的模拟与优化
建立数学模型
根据釜式反应器的物理模型和传热原理，建立数学模型。
优化后的釜式反应器在运行过程中更加稳定，减少了故障率，降低了生产 成本。
案例分析
为了满足工业生产的需要，新型的釜式反应器 不断被研发出来。
对于新型釜式反应器的传热性能进行测试是评 估其性能的重要手段。
通过实验测试，可以了解新型釜式反应器的传 热性能参数，如传热系数、热效率等，从而评 估其在工业生产中的适用性和优势。
《釜式反应器的传热 》PPT课件
目录
• 釜式反应器传热概述 • 釜式反应器的传热方式 • 釜式反应器的传热计算 • 釜式反应器的传热效率与影响因素 • 实际应用与案例分析
01
釜式反应器传热概述
传热的基本概念
传热
热量从高温物体传递到低温物体，或从一个物体 内部传递到外部的过程。
传热方式
热传导、对流换热、辐射换热。
总结词
热传导是热量在物质内部由高温区域向低温区域传递的过程，是釜式反应器中最主要的传热方式之一 。
详细描述
热传导主要通过物质分子间的相互作用力传递热量，在釜式反应器中，热量通过反应器壁由高温区域 传递到低温区域，进而加热或冷却釜内物料。热传导的速率与材料导热系数、温度梯度、壁面厚度等 因素有关。
对流换热
实验测定
通过实验测定釜式反应器的传热量、入口和出口温度等参数，以获得准确的传 热效率数据。
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23
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。
一般 10~300 rpm 转速
介质 <5×104cP; b,c <104cP 粘度
流动 a,c:径向流,有挡板时以桨叶为 状态 界形成上下两个循环流
b:有轴向分流, 备注 最高转速可达600rpm, 圆盘上
下流体混合不及开启涡轮
Rushton Turbine with 3 blades Rushton Turbine with 4 blades Rushton Turbine with 5 blades Rushton Turbine with 6 blad11es
b:有轴向分流,近于轴型流 备注 最高转速可达600rpm
Paddle with 4 blades
7
Paddle with 6 blades
8
9
(2-2) 圆盘涡轮式
常用 dj/l/b=20:5:4; z = 4,6,8 尺寸 dj/D=0.2~0.5; θ = 45,60;后弯角
a = 45
第四章 釜式反应器的搅拌与传热
精细化工反应过程的化学变化，是以反应物的 充分混合以及维持适宜的反应温度为前提的
就釜式反应器而言，达到充分混合的根本条件 是对反应混合物进行充分的搅拌；满足适宜的 反应温度的根本途径是良好的传热。所以，搅 拌装置、传热构件就成为釜式反应器不可缺少 的组成部分
本章包括以下内容：
常用 dj/D=0.35~0.80; z =2
尺寸 b/dj=0.10~0.25; θ =45,60
一般 转速
1~100 rpm
介质 粘度
<2000cP
a:低速时,水平切线流;高
流动 速时水平径向流
状态 b:有轴向分流,径向分流 及环向分流。多在层流
及过度流操作
Paddle with 2 blades
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。
29
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。
4.1.2 搅拌流体的流型*
概括地讲,搅拌器的作用是赋予流体以机械能，并使 之以适宜的状况流动。 而流体的流动状态也因搅拌器的型式、搅拌附件的 有无及其种类而异。 一般而言，搅拌流体的流型可归纳为以下几类：
(1)轴向流：流体沿搅拌轴的方向流动，分为轴向 流和分区轴向流
(2)径向流：流体沿反应器的半径方向在搅拌器与 釜壁间流动
Rushton Turbine with 8 blades Rushton Turbine with 12 bla1d2es
Cpuumrvpeedrbmlaidxeedr
Hpolummepse&r mNiaxrevrer
Sawtooth Disperser
13
14
(3) 推进式
常用 dj/D=0.2~0.5(0.33); s/d=1,2;
c-涡轮式有档板 d-推进式有档板
27
e - 锚式 f - 螺杆式带导流筒 g - 螺带式
28
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。
加挡板可抑制切线流，减小液面下陷深度。
切线流 、液面下陷及加挡板的流动状况
改变搅拌器的 安装方式，如 将搅拌器偏心 安装，可以改 变被搅拌流体 的流动状况， 从而在一定程 度上达到消除 切线流，抑制 液面下陷，减 小流动死角， 强化传质、传 热的目的
不同类型搅拌器的流体流型
a-桨式有档板 b-涡轮式无档板
状态
应器壁上升再沿桨轴而 下,层流态操作
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(6) 螺杆式
常用 dj/D=0.4~0.5; s/dj=1,1.5; 尺寸 b/D=0.1;h/dj=1.0~3.0
一般 转速
0.5~50 rpm
介质 <105cP 粘度
流动 轴流型,有导流筒时,一般 导流筒内流体向下,导流
状态 筒外流体向上流动,层流 态操作
第四章釜式反应器的搅拌与传热
• 4.1搅拌器型式及其液体流型 • 4.2搅拌过程的种类及搅拌器的选型 • 4.3搅拌器功率的计算 • 4.4釜式反应器的传热 • 4.5搅拌系统传热时间
2
4.1.1 搅拌器的一般型式
搅拌器主要有*推进式、涡轮式、桨式、框式、锚 式等。
(1) 桨式
各种不同搅拌器的特性及应用如下：
5
(2-1) 开启涡轮式
常用 dj/D=0.20~0.50(0.33); z =3,4,6,8 尺寸 b/dj=0.15~0.30; θ = 45,60;后弯
角a = 30,50,60,80 一般 10~300 rpm 转速 介质 <5×104cP; b,c <104cP 粘度 流动 a,c:径向流,有挡板时以桨叶为 状态 界形成上下两个循环流
尺寸 z=2,3,4
一般 转速
100~500 rpm
介质 粘度
<2000cP
流动 轴流型,循环ຫໍສະໝຸດ 率高,剪切力 状态 小,采用挡板获导流筒则轴
向循环更强
备注 最高转速可达1750rpm
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(4) 锚式及框式
常用 dj/D=0.9~0.98; b/D=0.1;
尺寸 h/D=0.48~1.0
一般 转速
1~100 rpm
介质 <105cP 粘度
流动 水平切线流,层流态操作 状态
备注 可加立叶及横梁
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(5) 螺带式
常用 dj/D=0.9~0.98; s/dj=0.5,1, 尺寸 1.5;b/D=0.1;h/dj=1.0~3.0
一般 转速
0.5~50 rpm
介质 <105cP 粘度
流动 轴流型,一般是流体沿反