反应器分类.ppt
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1、目目 录录反应器定义 分类 搅拌器选型及结构 搅拌装置及适用场合 换热装置和密封装置釜式反应器 定义:定义: 一种低高径比的圆筒形反应器,用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌(机械搅拌、气流搅拌等)装置。在高径比较大时,可用多层搅拌桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时,可在反应器壁处设置夹套,或在器内设置换热面,也可通过外循环进行换热。分类 操作方式釜式反应器按操作方式可分为:间歇釜式反应器,或称间歇釜(图1)。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
2、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。连续釜式反应器,或称连续釜(图2)。可避免间歇釜的缺点,但搅拌作用会造成釜内流体的返混。在搅拌剧烈、液体粘度较低或平均停留时间较长的场合,釜内物料流型可视作全混流(见流动模型),反应釜相应地称作全混釜。在要求转化率高或有串联副反应的场合,釜式反应器中的返混现象是不利因素。此时可采用多釜串联反应器(图3),以减小返混的不利影响,并可分釜控制反应条件。半连续釜式反应器。指一种原料一次加入,另一种原料连续加入的反应器,其特性介于间歇釜和连续釜之间。 计算就单一反应AB而言,各种釜式反应器的常用计算方法如下:对
3、于间歇釜式反应器,当反应物A的初浓度和终浓度分别为C岹和C岒时,反应所需的时间为: (1) 式中 CA为反应物A的浓度;-rA为浓度为CA时的反应速率。对于连续釜式反应器,设反应器为全混流,当反应物A的进口浓度和出口浓度分别为C岹和C岏时,反应所需的平均停留时间掦(见停留时间分布)为: (2) 式中V 为反应器的有效容积;v为体积流率;-r岏为出口浓度C岏下的反应速率。 对于多釜串联反应器,可以利用式(2)逐个反应器类推计算。对一级反应(-rA=kCA,k为反应速率常数),若各釜有效容积相等,反应温度相同,则有: 式中C岰为第n釜中A的浓度;掦i为一釜的平均停留时间。 工程放大机械搅拌的釜式反
4、应器可针对不同反应特征按下列原则之一进行放大:搅拌雷诺数Rej相等。 式中N为搅拌桨转速;D为搅拌桨直径;为液体密度;为粘度;单位体积液体搅拌功率相等;搅拌桨外缘的线速度相等(见彩图)。分分 类类 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。 连续釜 釜式反应器 连续釜式反应器,或称连续釜 可避免间歇釜的缺点,但搅拌作用会造成釜内流体的返混。在搅拌剧烈、液体粘度较低或平均停留时间
5、较长的场合,釜内物料流型可视作全混流,反应釜相应地称作全混釜。在要求转化率高或有串联副反应的场合,釜式反应器中的返混现象是不利因素。此时可采用多釜串联反应器,以减小返混的不利影响,并可分釜控制反应条件。 半连续釜式反应器 釜式反应器 指一种原料一次加入,另一种原料连续加入的反应器,其特性介于间歇釜和连续釜之间。搅搅 拌拌 器的器的 选选 型型 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。在工业上可根据物料的性质、要求的物料混合程度以及考虑能耗等因素选择适宜的搅拌器。在一般情况下,对低粘性均相液体混合,可选用任何形式的搅拌器;对非均相液体分散混合,选用旋桨式、涡轮式搅拌
6、器为好;在有固体悬浮物存在,固液密度差较大时,选用涡轮式搅拌器,固液密度差较小时,选用桨式搅拌器;对于物料粘稠性很大的液体混合,可选用锚式搅拌器。对需要更大搅拌强度或需使被搅拌液体作上、下翻腾运动的情况,可根据需要在反应器内再装设横向或竖向挡板及导向筒等。 (1)按物料粘度选型 对于低粘度液体,应选用小直径、高转速搅拌器,如推进式、涡轮式; 对于高粘度液体,就选用大直径、低转速搅拌器,如锚式、框式和桨式。 (2)按搅拌目的选型 对低粘度均相液体混合,主要考虑循环流量,各种搅拌器的循环流量按从大到小顺序排列:推进式、涡轮式、桨式。 对于非均相液-液分散过程,首先考虑剪切作用,同时要求有较大的循环
7、流量,各种搅拌器的剪切作用按从大到小的顺序排列:涡轮式、推进式、桨式釜釜 式式 反反 应应 器器 的的 搅搅 拌拌 装装 置置 在化学工业中常用的搅拌装置是机械搅拌装置,典型的机械搅拌装置包括搅拌器:包括旋转的轴和装在轴上的叶轮; 辅助部件和附件:包括密封装置、减速箱、搅拌电机、支架、挡板和导流筒等。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。 釜釜 式式 反反 应应 器器 的的 搅搅 拌拌 装装 置置 在化学工业中常用的搅拌装置是机械搅拌装置,典型的机械搅拌装置包括搅拌器:包括旋转的轴和装在轴上的叶轮; 辅助部件和附件:包括密封装
8、置、减速箱、搅拌电机、支架、挡板和导流筒等。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。 (一)搅拌器的类型 常用搅拌器有桨式、框式、锚式、旋桨式、涡轮式和螺带式等。 1、桨式搅拌器 由桨叶、键、轴环、竖轴所组成。桨叶一般用扁钢或不锈钢或有色金属制造。桨式搅拌器的转速较低,一般为2080rmin。桨式搅拌器直径取反应釜内径Di/32/3,桨叶不宜过长,当反应釜直径很大时采用两个或多个桨叶。 桨式搅拌器适用于流动性大、粘度小的液体物料,也适用于纤维状和结晶状的溶解液,物料层很深时可在轴上装置数排桨叶。搅搅 拌拌 装装 置置 釜式反应器
9、的搅拌装置 在化学工业中常用的搅拌装置是机械搅拌装置,典型的机械搅拌装置包括搅拌器:包括旋转的轴和装在轴上的叶轮; 辅助部件和附件:包括密封装置、减速箱、搅拌电机、支架、挡板和导流筒等。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。 2、涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器分为圆盘涡轮搅拌器和开启涡轮搅拌器;按照叶轮又可分为平直叶和弯曲叶。涡轮搅拌器速度较大,300600rmin。 涡轮搅拌器的主要优点是当能量消耗不大时,搅拌效率较高,搅拌产生很强的径向流。因此它适用于乳浊液、悬浮液等。 3、推进式搅拌器 推进式搅拌器,搅拌时能使物料在反应釜内
10、循环流动,所起作用以容积循环为主,剪切作用较小,上下翻腾效果良好。当需要有更大的流速时,反应釜内设有导流筒。 推进式搅拌器直径约取反应釜内径Di的1/41/3,300600rmin,搅拌器的材料常用铸铁和铸钢。 4、框式和锚式搅拌器 框式搅拌器可视为桨式搅拌器的变形,其结构比较坚固,搅动物料量大。如果这类搅拌器底部形状和反应釜下封头形状相似时,通常称为锚式搅拌器。框式搅拌器直径较大,一般取反应器内径的2/39/10,5070rmin。 框式搅拌器与釜壁间隙较小,有利于传热过程的进行,快速旋转时,搅拌器叶片所带动的液体把静止层从反应釜壁上带下来;慢速旋转时,有刮板的搅拌器能产生良好的热传导。这类
11、搅拌器常用于传热、晶析操作和高粘度液体、高浓度淤浆和沉降性淤浆的搅拌。 5、螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器 这两种搅拌器主要产生轴向流,加上导流简后,可形成筒内外的上下循环流动。它们的转速都较低,通常不超过50rmin,主要用于高教度液体的搅拌。 (二)挡板和导流筒 搅拌附件通常指在搅拌罐内为了改善流动状态而增设的零件,如挡板、导流筒。1、挡板:目的是为了消除切线流和“打漩”。一般为2-4块,且对于低速搅拌高粘度液体的锚式和框式搅拌器安装挡板无意义。 2、导流筒:目的是控制流型(加强轴向流)及提高混合效果。不同型式的搅拌器的导流筒安置方位不同。 搅搅 拌拌 器器 的的 选选 型型 主要根据物料性质
12、、搅拌目的及各种搅拌器的性能特征来进行。在工业上可根据物料的性质、要求的物料混合程度以及考虑能耗等因素选择适宜的搅拌器。在一般情况下,对低粘性均相液体混合,可选用任何形式的搅拌器;对非均相液体分散混合,选用旋桨式、涡轮式搅拌器为好;在有固体悬浮物存在,固液密度差较大时,选用涡轮式搅拌器,固液密度差较小时,选用桨式搅拌器;对于物料粘稠性很大的液体混合,可选用锚式搅拌器。对需要更大搅拌强度或需使被搅拌液体作上、下翻腾运动的情况,可根据需要在反应器内再装设横向或竖向挡板及导向筒等。按按 物物 料料 粘粘 度度 选选 型型 对于低粘度液体,应选用小直径、高转速搅拌器,如推进式、涡轮式; 对于高粘度液体
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