化工反應器設(shè)計及類型介紹(已修改)
2025-01-09 05:18 本頁面
【正文】 本資料來源 第五章 反應器的類型及設(shè)計 ? 1 反應器的設(shè)計是針對化學反應過程進行的，如反應器的 選型、 條件的 優(yōu)化 和 放大 。 ? 2 反應器放大，應考慮反應器放大前后保持 轉(zhuǎn)化率或收率 相等，而反應的轉(zhuǎn)化率和收率是由化學平衡和反應速率決定的，其中反應速率是根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模計算所需反應器 有效容積的依據(jù) 。 ? 3 從微觀 看，平衡常數(shù) K和反應速率常數(shù) k只與反應系統(tǒng)的溫度和壓強有關(guān)；不會因反應器的構(gòu)型和大小的不同而改變。 ? 4 從宏觀 看，實際的化學反應速率，除反應系統(tǒng)溫度和反應物料濃度的影響外，還受物料在反應器內(nèi)的 停留時間及其分布 的影響。 167。 ? 一、按反應器的構(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：由電動機驅(qū)動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 ? 管式反應器： 為一個細長的直管或由多管組成的列管，管子長徑比應大于 30。 ? 塔式反應器： 高大的圓筒體內(nèi)安裝塔板或填料。 ? 固定床反應器： 管式反應器或塔式反應器內(nèi)填充催化劑固體顆粒。 ? 流化床反應器： 將細小催化劑顆粒在管式或塔式反應器內(nèi)借流體自下而上的鼓動作用，使之懸浮在反應器中。 二、按反應物料的相態(tài)分類 ? 有均相反應器和非均相反應器 ? 三、按操作方法分： ? 間歇操作、連續(xù)操作和半間歇操作 ? 間歇反應器： 反應物料一次加入反應器內(nèi)，反應到一定時間后，將反應物料全部卸出，清洗設(shè)備后，重新進行加料重復操作。 ? 半間歇反應器： 將反應物料中的一種或幾種物料一次加入反應器，而將另 一種物料以一定速率連續(xù)加入反應器，直至反應過程完成后，停止進料，同時卸出全部物料 . ? 另一種半間歇操作是分批向反應器將反應產(chǎn)物蒸出。 連續(xù)反應器： 物料以一定流速連中加入物料，但連續(xù)續(xù)送入反應器，同時反應產(chǎn)物又連續(xù)從反應器中流出。 167。 ? 主要是進行恒溫恒容反應的反應器。其特征：反應過程中，反應物濃度隨時間變化。 ? 反應時間是設(shè)計反應器的重要依據(jù) 一、等溫間歇操作的反應時間 反應的轉(zhuǎn)化率和反應時間的關(guān)系： ? ?? AXAAArdxct00, )( 對間歇操作攪拌器進行設(shè)計計算時，必須確定處理每一批物料所需的操作時間。包括： 反應時間 t，裝料、卸料和清洗等作業(yè)消耗的輔助時間 t’（由經(jīng)驗確定）。 當已知單位時間應處理的物料的體積流量（生產(chǎn)任務(wù)） qV,則可計算出所需反應器的有效容積（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%。如果反應過程發(fā)生起泡或沸騰等現(xiàn)象， 裝料系數(shù) η應減小至 。攪拌釜的總體積為： ?/RVV ?二、間歇操作攪拌釜放大應注意的問題 ? （ 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)所達到的釜內(nèi)物料的混合狀態(tài)應與實驗時所采用的小釜內(nèi)物料的 混合狀態(tài)相同 。比如 : ? 1) 對于兩種液體物料的均勻混合，在設(shè)計攪拌器時，可取大小兩個攪拌系統(tǒng)葉輪末相速度相等的準則。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 攪拌強度 )的準則，即： ? （ 2）當攪拌釜放大時，依靠釜壁 夾套 作為傳熱面積，不會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會減小，則不一定符合要求 .可在釜內(nèi)可安裝蛇形管 ,但會形成阻力 ,此時可對攪拌葉輪大小和轉(zhuǎn)速作適當調(diào)整 . ? 設(shè)計攪拌釜傳熱面積： ? 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)的進出口溫度計算 介質(zhì)的用量和傳熱面積 。 （ 3）對于不同物料系統(tǒng)和工藝要求的混合，應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 轉(zhuǎn)速較低時 ，也可采用 平直槳式攪拌釜 、這種攪拌釜的功率消耗量較低，但混勻時間比渦輪式攪拌釜長。用 推進式螺旋槳 ，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: 如果固體的相對密度與液體的相對密度相近，則固體不容易沉降，當固體的質(zhì)量分數(shù)和液體的粘度都較小時，則用 推進式螺旋槳 . ? b: 當固、液相對密度較大，若只要求固體離開釜底而 不要求均勻懸浮時 ，應安裝 底擋板 ；如果要求均勻懸浮，則應同時安裝底擋板和壁擋板 ； ? 3)對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:當液層深度大時，宜用 多層攪拌槳 ，釜內(nèi)也應有擋板，通氣管應插入在攪拌槳下面，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 .
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