《化工反应原理与设备》课外自学报告

化工反应原理与设备课外自学报告 反应器基本原理 一、化学反应工程学研究的内容和方法 1、研究的内容 （1）通过深入地研究，掌握传递过程的动力学和化学动力学共同作用的基本规律，从而改 进和深化现有的反应技术和设备，降低能耗，提高效率. （2）开发新的技术和设备。 （3）指导和解决反应过程开发中的放大问题。 （4）实现反应过程的最优化。 2、研究的方法 数学模型 在化学工程中，数学模型主要包括以下内容 （1）、动力学方程式 对于均相反应，可采用本征速率方程式；对于非均相反应，一般采用宏 观速率方程式。 （2）、物料衡算式 流入量流出量反应消耗量累积量 （3）、热量衡算式 物料带入热物料带出热反应热与外界换热累积热 （4）、动量衡算式 输入动量输出动量动量损失 （5）、参数计算式 主要是指物性参数、传递参数及热力学等计算公式。 二、化学反应过程和化学反应器的分类 （1）化学反应过程分类 分 简单反应、复杂反应平行反应、连串反成等） 可逆的，不可逆的 均相（气、9D ,非均相（气气固、淹固、气*冏） 时间枷E 定志.菲 控制步■ 化孕反应控制,多卜内部扩徵技制，吸附或1呻 判断反应结果的好坏主要两个因素反应速率、反应的选择性 1、反应速率 dn 1 dnt r V di drij _ dnJV _ dcl dt dt dt 如果在反应过程中体积是恒定的，也就是恒容过程。则上式可写成 V dt V dt dt dt 反应速率是指单位时间、单位体积反应物系中反应物或生成物的变化量。 根据实验研究发现均相反应的速度取决于物料的浓度和温度，这种关系可以用幕函数的形 式表示，就是动力学方程式 1 d〃A _ 7 cc /3 V dt k反应速率常数，可以根据阿伦尼乌斯Arrhenius方程求得 对于间歇系统 〃A,0 2、转化率 转化率反应物A的消耗量/反应物A的起始量 ,0 ,0 对于连续流动系统，转化率则以下式表示 三、反应器的结构型式及分类 1 槽型反应器主要用于液相均相、液相非均相或气液相反应。可间歇操作，也可连续操 作。 2 管式反应器用于气相或液相连续反应，由于管子能承受很大压力，用于加压下的反应 尤为适合。 3 塔式反应器广泛用于气一液相、液一液相反应。 4 固定床反应器流体通过静态催化剂颗粒进行反应的反应器，多用于气一固相反应，一 般固体为催化剂，气体为反应物料。 5 流化床反应器主要用于气一固相催化反应。固体在流化床内呈流化状态。 2、反应釜的分类 槽式反应釜的构成由壳体、搅拌器和换热装置组成。 钢制反应釜Q235或容器钢16MnR其上有人孔、手孔、工艺接管等。根据操作温度、压 力考虑其加热方式，多为夹套加热。 特点制造简单，造价费用低，维护检修方便，应用范围广. 铸铁反应釜对碱性物料有一定抗力，壁温低于25 C,内压低于0. 6MPa0 搪瓷反应器耐各种酸，但对氢氟酸和含氟介质及温度大于180 C的浓硫酸和强碱不适合。 允许在一30240 C范围使用，耐热温差小于120 C,耐冷温差小于110 C,耐冲 击性能差。 3、反应釜的特点 结构基本相同除有釜体外，还有传动装置、搅拌器、和加热或冷却装置等，以改善传热条 件，使反应温度控制得比较均匀，并强化传质过程。 操作压力较高釜内的压力是由化学反应产生或由温度升高形成，压力波动大，有时操作不 稳定，压力突然增高要超过正常压的几倍。 操作温度高化学反应需要在一定的温度下进行，所以反应釜既承受压力又承受温度。 均有相应的搅拌器为保证反应均匀快速的进行，提高效率，因此在反应釜中都装有相应的 搅拌器，这样就带来传动轴的动密封和防止泄露的问题。 多属间歇操作釜顶装有快装人孔和手孔、视镜，便于取样、观察反应情况，和进入设备检 修。 4、反应釜的结构 搅拌机械以液体为主与其它液体、固体或气体物料的混合操作称为搅拌。 搅拌的作用增加反应的速率或强化物质的传递，强化传热的过程，保证料液的均匀。 搅拌器的常用类型（1）桨式搅拌器由桨叶、键、轴环、竖轴所组成。搅拌转速较低（20 80r/min）,消耗功率大。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。（2）框式和锚式搅拌直径大，5070r/min,因与釜壁间隙小，有利于传热过 程，适用范围广，且有利于传质。（3）推进式搅拌器常用铸造法制作，有两个桨叶，第一 个安装在反应器的上部，把液体和气体往下压。第二个安装在下部，把液体往上推，搅拌上 下翻腾效果好。转速范围300600r/min。（4）涡轮式搅拌器分平呈和弯呈两种，当量 浓度消耗不大时，搅拌效率高。适用于乳浊液、悬浮液。转速范围300600r / min。（5） 特殊搅拌器（螺带搅拌器）直径很大，与釜壁间隙小，搅拌能不断的将壁上物体刮下来。 它适用于高粘度、低转速的情况。搅拌器的选用根据容积大小选用；根据粘度大小选用； 根据工艺要求的搅拌速度选用；根据加热方式选用. 5、密封装置 （1）填料密封（静密封）由填料箱、填料、油环、衬套、压盖和压紧螺栓组成。优点便 宜、装折方便。不足容易泄露，压紧力过大时磨擦力大，要定期添加润滑油。 （2）机械密封由弹簧加荷装置、动环、静环、辅助密封圈组成。工作原理机械密封有 四个密封面，静环座与设备之间的密封为静密封，采用一般垫片。静环与静环之间的密封 为静密封，采用弹性材料的密封圈。动环与轴或轴套之间的密封为相对静密封，常采用“0” 型圈来密封动环与静环之间的密封为动密封，依靠弹簧加荷装置和介质压力，使这两个光洁、 平直的端面紧密结合，端面间维持一层极薄的流体膜，而达到密封。 6、反应釜的热交换形式 （1）水加热（敞开式、密闭式）由循环泵、水槽、管道及控制阀门的调节器组成。反应釜外 表焊上蛇管，蛇管与釜壁有间隙，导致热阻增加，传热效果降低。 （2）热气加热加热温度T100 C,可采用饱和蒸汽加热。 （3）其它介质加热工艺要求必须在高温下工作，或欲避免采用高压系统，可用其它介质代 替水。 （4）电感加热前三种方法由于温度变化幅度大，易产生温差应力，电感加热可避免。 传动装置 要求润滑良好、无振动、无泄露，长期稳定运行。定期检查搅拌器腐蚀情况，有无裂纹、变形、松脱。反应在运行中严格执行操作规程，禁止超温超压按工艺指标控制夹套及反应器的 温度。避免温差应力与内应力叠加，使设备产生应变。要严格控制配料比，防止剧烈反应。 发现反应釜有异常响声应停止运行，检查修理。加料时要防止金属硬物料掉。 反应器的分类 1、按反应物料的相态分类 中和. 管式 有关 气-item 气-液 氧化、H mu ML高子媛