化工開放設(shè)計(jì)4(已修改)
2025-01-07 01:48 本頁(yè)面
【正文】 第五章 反應(yīng)器的類型及設(shè)計(jì) ? 1 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)是針對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行的，如反應(yīng)器的 選型、 條件的 優(yōu)化 和 放大 。 ? 2 反應(yīng)器放大，應(yīng)考慮反應(yīng)器放大前后保持 轉(zhuǎn)化率或收率 相等，而反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和收率是由化學(xué)平衡和反應(yīng)速率決定的，其中反應(yīng)速率是根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模計(jì)算所需反應(yīng)器 有效容積的依據(jù) 。 ? 3 從微觀 看，平衡常數(shù) K和反應(yīng)速率常數(shù) k只與反應(yīng)系統(tǒng)的溫度和壓強(qiáng)有關(guān)；不會(huì)因反應(yīng)器的構(gòu)型和大小的不同而改變。 ? 4 從宏觀 看，實(shí)際的化學(xué)反應(yīng)速率，除反應(yīng)系統(tǒng)溫度和反應(yīng)物料濃度的影響外，還受物料在反應(yīng)器內(nèi)的 停留時(shí)間及其分布 的影響。 167。 ? 一、按反應(yīng)器的構(gòu)型特征分類 ? 可分為：釜式、管式、塔式、固定床和流化床式。 ? 釜式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)分為： ? (1) 釜體：高徑比較小的圓筒體 ? (2) 攪拌器：由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的安裝有漿葉的攪拌軸組成 ? (3) 換熱器：有殼壁夾套和釜內(nèi)安裝蛇管兩種形式 ? 管式反應(yīng)器： 為一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的直管或由多管組成的列管，管子長(zhǎng)徑比應(yīng)大于 30。 ? 塔式反應(yīng)器： 高大的圓筒體內(nèi)安裝塔板或填料。 ? 固定床反應(yīng)器： 管式反應(yīng)器或塔式反應(yīng)器內(nèi)填充催化劑固體顆粒。 ? 流化床反應(yīng)器： 將細(xì)小催化劑顆粒在管式或塔式反應(yīng)器內(nèi)借流體自下而上的鼓動(dòng)作用，使之懸浮在反應(yīng)器中。 二、按反應(yīng)物料的相態(tài)分類 ? 有均相反應(yīng)器和非均相反應(yīng)器 ? 三、按操作方法分： ? 間歇操作、連續(xù)操作和半間歇操作 ? 間歇反應(yīng)器： 反應(yīng)物料一次加入反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)到一定時(shí)間后，將反應(yīng)物料全部卸出，清洗設(shè)備后，重新進(jìn)行加料重復(fù)操作。 ? 半間歇反應(yīng)器： 將反應(yīng)物料中的一種或幾種物料一次加入反應(yīng)器，而將另 一種物料以一定速率連續(xù)加入反應(yīng)器，直至反應(yīng)過(guò)程完成后，停止進(jìn)料，同時(shí)卸出全部物料 . ? 另一種半間歇操作是分批向反應(yīng)器將反應(yīng)產(chǎn)物蒸出。 連續(xù)反應(yīng)器： 物料以一定流速連中加入物料，但連續(xù)續(xù)送入反應(yīng)器，同時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物又連續(xù)從反應(yīng)器中流出。 167。 ? 主要是進(jìn)行恒溫恒容反應(yīng)的反應(yīng)器。其特征：反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)物濃度隨時(shí)間變化。 ? 反應(yīng)時(shí)間是設(shè)計(jì)反應(yīng)器的重要依據(jù) 一、等溫間歇操作的反應(yīng)時(shí)間 反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系： ? ?? AXAAArdxct00, )( 對(duì)間歇操作攪拌器進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，必須確定處理每一批物料所需的操作時(shí)間。包括： 反應(yīng)時(shí)間 t，裝料、卸料和清洗等作業(yè)消耗的輔助時(shí)間 t’（由經(jīng)驗(yàn)確定）。 當(dāng)已知單位時(shí)間應(yīng)處理的物料的體積流量（生產(chǎn)任務(wù)） qV,則可計(jì)算出所需反應(yīng)器的有效容積（裝料容積） VR，即 : )( 39。ttq VR ??? 通常間歇攪拌釜的有效容積為釜總體積的 75%85%。如果反應(yīng)過(guò)程發(fā)生起泡或沸騰等現(xiàn)象， 裝料系數(shù) η應(yīng)減小至 。攪拌釜的總體積為： ?/RVV ?二、間歇操作攪拌釜放大應(yīng)注意的問(wèn)題 ? （ 1）在滿足了生產(chǎn)能力所需攪拌釜體積的前提下，必須注意攪拌系統(tǒng)所達(dá)到的釜內(nèi)物料的混合狀態(tài)應(yīng)與實(shí)驗(yàn)時(shí)所采用的小釜內(nèi)物料的 混合狀態(tài)相同 。比如 : ? 1) 對(duì)于兩種液體物料的均勻混合，在設(shè)計(jì)攪拌器時(shí)，可取大小兩個(gè)攪拌系統(tǒng)葉輪末相速度相等的準(zhǔn)則。即： 2) 或者采用單位容積 (v)投入的攪拌功率 (P)相等 (P/v，又稱之為 攪拌強(qiáng)度 )的準(zhǔn)則，即： ? （ 2）當(dāng)攪拌釜放大時(shí)，依靠釜壁 夾套 作為傳熱面積，不會(huì)隨釜的體積的放大而按相同比例增大；相反，其單位體積所具有的釜壁傳熱面積相應(yīng)會(huì)減小，則不一定符合要求 .可在釜內(nèi)可安裝蛇形管 ,但會(huì)形成阻力 ,此時(shí)可對(duì)攪拌葉輪大小和轉(zhuǎn)速作適當(dāng)調(diào)整 . ? 設(shè)計(jì)攪拌釜傳熱面積： ? 先根據(jù)熱量衡算求出所需的加熱（或冷卻）的熱量，然后根據(jù)加熱介質(zhì)的進(jìn)出口溫度計(jì)算 介質(zhì)的用量和傳熱面積 。 （ 3）對(duì)于不同物料系統(tǒng)和工藝要求的混合，應(yīng)選擇不同形式的攪拌釜。 ? 1) 低粘度互溶液體的混合 : ? 采用 渦輪式攪拌釜 , 當(dāng) 轉(zhuǎn)速較低時(shí) ，也可采用 平直槳式攪拌釜 、這種攪拌釜的功率消耗量較低，但混勻時(shí)間比渦輪式攪拌釜長(zhǎng)。用 推進(jìn)式螺旋槳 ，也可取得相同的攪拌效果 . ? 2)固液懸浮液或固體在液體中溶解 : ? 應(yīng)促使物料的容積循環(huán)，可用 渦輪式攪拌釜 。 ? a: 如果固體的相對(duì)密度與液體的相對(duì)密度相近，則固體不容易沉降，當(dāng)固體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和液體的粘度都較小時(shí)，則用 推進(jìn)式螺旋槳 . ? b: 當(dāng)固、液相對(duì)密度較大，若只要求固體離開釜底而 不要求均勻懸浮時(shí) ，應(yīng)安裝 底擋板 ；如果要求均勻懸浮，則應(yīng)同時(shí)安裝底擋板和壁擋板 ； ? 3)對(duì)于氣體在液體中分散或氣體的吸收 : ? 要求良好的容積循環(huán)和剪切作用 ,選用 渦輪式攪拌器 。 ? a:當(dāng)液層深度大時(shí)，宜用 多層攪拌槳 ，釜內(nèi)也應(yīng)有擋板，通氣管應(yīng)插入在攪拌槳下面，氣體則由攪拌釜下的中央管口或環(huán)形分布管口排山。 ? b:為促進(jìn)釜內(nèi)物料和釜壁間的傳熱，以及需除占粘附于釜壁的沉淀或粘稠液體，則可采用 錨式或框式攪拌釜 . ? ? 其外部邊緣與釜壁和釜底的形狀一致，易刮動(dòng)粘附
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