項(xiàng)目2任務(wù)2.5 - 孫

1、 化學(xué)反應(yīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備程與設(shè)備主講教師：孫肖媛主講教師：孫肖媛化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備主講教師：主講教師： 孫肖媛孫肖媛 化學(xué)反應(yīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備程與設(shè)備 1 1、用石灰漿抹的墻壁，日久會(huì)變硬、用石灰漿抹的墻壁，日久會(huì)變硬 CO2 + Ca（OH）2 CaCO3+ H2O 2、水壺和熱水瓶膽使用久了會(huì)產(chǎn)生水垢用食醋可以除掉水垢、水壺和熱水瓶膽使用久了會(huì)產(chǎn)生水垢用食醋可以除掉水垢 CaCO3 + 2CH3COOH =（CH3COOH)2Ca + H2O + CO2 3 3、胃酸過(guò)多的人可服用胃舒平胃酸過(guò)多的人可服用胃舒平 3HCl + Al（OH）3AlCl3 + 3H2

2、O . 4 4、在汽油中加入酒精可得乙醇汽油，乙醇汽油的使用既可以、在汽油中加入酒精可得乙醇汽油，乙醇汽油的使用既可以緩解石油供應(yīng)緊張的局緩解石油供應(yīng)緊張的局 面又可以減輕大氣污染面又可以減輕大氣污染 C2H5OH + 3O2 2CO2 +3 H2O . C2H5OH + 3O2 2CO2 +3 H2O . 例：日常生活化學(xué)反應(yīng)例：日常生活化學(xué)反應(yīng) 化學(xué)反應(yīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備程與設(shè)備請(qǐng)問(wèn)？請(qǐng)問(wèn)？他們?cè)谀姆磻?yīng)？又如他們?cè)谀姆磻?yīng)？又如何控制他們反映？何控制他們反映？ 化學(xué)反應(yīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備程與設(shè)備 原料原料予處理予處理 化學(xué)化學(xué) 反應(yīng)反應(yīng) 產(chǎn)物產(chǎn)物后處理后處理核心核心化學(xué)反應(yīng)器 進(jìn)行化學(xué)反

3、應(yīng)的場(chǎng)所化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備反應(yīng)器選擇、設(shè)計(jì)和操作 教學(xué)目標(biāo)P42任務(wù)2連續(xù)操作釜式反應(yīng)器（CSTR）的計(jì)算 工作任務(wù)： 根據(jù)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)條件和工藝要求進(jìn)行連續(xù)操作釜反應(yīng)器的工藝設(shè)計(jì)。 連續(xù)操作釜式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和間歇操作釜式連續(xù)操作釜式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和間歇操作釜式反應(yīng)器相同反應(yīng)器相同. .進(jìn)出物料的操作是連續(xù)的，即一邊連續(xù)恒定進(jìn)出物料的操作是連續(xù)的，即一邊連續(xù)恒定地向反應(yīng)器內(nèi)加入反應(yīng)物，同時(shí)連續(xù)不斷地把反地向反應(yīng)器內(nèi)加入反應(yīng)物，同時(shí)連續(xù)不斷地把反應(yīng)產(chǎn)物引出反應(yīng)器。應(yīng)產(chǎn)物引出反應(yīng)器。這樣的流動(dòng)狀況很接近理想混合流動(dòng)模型或這樣的流動(dòng)狀況很接近理想混合流動(dòng)模型或全混流模型。全混流模型。圖：圖：2-92

4、-9技術(shù)理論 釜式反應(yīng)器釜式反應(yīng)器tresidence time物料的組成和物料的組成和溫度處處相等，且溫度處處相等，且等于出口處的組成等于出口處的組成和溫度。圖：和溫度。圖：2-10CA,inCA, outCAttime0tCA,OCA, outCAVRposition0一、單個(gè)連續(xù)操作釜式反應(yīng)器的計(jì)算（1CSTR） 流入量流入量 = = 流出量流出量 + + 反應(yīng)量反應(yīng)量 + + 累積量累積量0取整個(gè)反應(yīng)器為衡算對(duì)象 000()()AAfAARAfAfCxCCVVrr解析法解析法 由于反應(yīng)器中的反應(yīng)速率恒等于出口由于反應(yīng)器中的反應(yīng)速率恒等于出口處值，因此結(jié)合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，將出口處處值，因

5、此結(jié)合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，將出口處的濃度、溫度等參數(shù)代入得到出口處反應(yīng)速的濃度、溫度等參數(shù)代入得到出口處反應(yīng)速率，將其代入基礎(chǔ)設(shè)計(jì)式即得。率，將其代入基礎(chǔ)設(shè)計(jì)式即得。如：恒溫恒容不可逆反應(yīng)如：恒溫恒容不可逆反應(yīng)P53P53頁(yè)，表頁(yè)，表2-32-3n=0n=001AAC xk n=1 n=1 n=2 n=2 00(1)(1)AAAAAAC xxkCxkx022200(1)(1)AAAAAAACxxkCxkCx單個(gè)連續(xù)操作釜式反應(yīng)器的計(jì)算例2-7；2-8例2-5與例2-7計(jì)算結(jié)果比較二、多個(gè)串聯(lián)連續(xù)操作釜式反應(yīng)器（NCSTR）為什么要采用為什么要采用N NCSTRCSTR代替代替1 1CSTRCSTR

6、？ 由于由于1 1CSTRCSTR存在嚴(yán)重的返混，降低了反應(yīng)存在嚴(yán)重的返混，降低了反應(yīng)速率。速率。采用采用N NCSTRCSTR，可以使物料濃度呈階梯狀下，可以使物料濃度呈階梯狀下降，降低逆向混合的程度，有效提高反應(yīng)速率；降，降低逆向混合的程度，有效提高反應(yīng)速率；同時(shí)還可以在各釜內(nèi)控制不同的反應(yīng)溫度和同時(shí)還可以在各釜內(nèi)控制不同的反應(yīng)溫度和物料濃度以及不同的攪拌和加料情況，以適應(yīng)工物料濃度以及不同的攪拌和加料情況，以適應(yīng)工藝上的不同要求。藝上的不同要求。串聯(lián)釜數(shù)一般不大于串聯(lián)釜數(shù)一般不大于4 4。010()AiAiAiRiV CV CrV 001()()AAiAiRiAiV CxxVr01()(

7、)AiAiRiAiV CCVrRiAi-1AiAiAi-1RiAi-1AiAiAi-1iA0iA00AiAi0AiAiVC-Cx-xVC-Cx-x= C= CV(-r )(-r )V(-r )(-r )（一）解析法流入量流入量 = = 流出量流出量 + + 反應(yīng)量反應(yīng)量 + + 累積量累積量解析法解析法 按不同的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式代入依次逐按不同的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式代入依次逐釜進(jìn)行計(jì)算，直至達(dá)到要求的轉(zhuǎn)化率為止。釜進(jìn)行計(jì)算，直至達(dá)到要求的轉(zhuǎn)化率為止。例題講解例題講解2-92-9。RiVVi（二）圖解法（二）圖解法原理原理：第：第i i釜的反應(yīng)物出口濃度釜的反應(yīng)物出口濃度C CAiAi應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)應(yīng)同時(shí)

8、滿(mǎn)足物料衡算式與動(dòng)力學(xué)方程式，故兩線(xiàn)足物料衡算式與動(dòng)力學(xué)方程式，故兩線(xiàn)交點(diǎn)的橫坐標(biāo)即為交點(diǎn)的橫坐標(biāo)即為C CAiAi步驟步驟：(5(5步步) )cA1cA0-rAcA3cA2cA3OMA1A2A3任務(wù)3 釜式反應(yīng)器配套設(shè)施的設(shè)計(jì)與選擇工作任務(wù)： 根據(jù)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)條件和工藝要求，為釜式反應(yīng)器配套攪拌器和換熱裝置等進(jìn)行設(shè)計(jì)與類(lèi)型的選擇。技術(shù)理論： 釜式反應(yīng)器配套設(shè)施主要是攪拌器、換熱裝置、各種工藝配管等( (一一) )攪拌目的攪拌目的使物料混和均勻，強(qiáng)化傳熱和傳質(zhì)。使物料混和均勻，強(qiáng)化傳熱和傳質(zhì)。包括：均相液體混合；互溶（加液順序）包括：均相液體混合；互溶（加液順序） 液液- -液分散；不互溶液

9、分散；不互溶 氣氣- -液分散；液分散； 固固- -液分散；液分散； 結(jié)晶；結(jié)晶； 固體溶解；固體溶解； 強(qiáng)化傳熱等強(qiáng)化傳熱等一、攪拌裝置的設(shè)計(jì)與選擇( (二二) )攪拌液體的流動(dòng)特性攪拌液體的流動(dòng)特性三種擴(kuò)散作用：主體對(duì)流擴(kuò)散：宏觀(guān)混合，破碎分裂成微團(tuán)渦流對(duì)流擴(kuò)散：宏觀(guān)混合，最小尺寸為幾十微米分子擴(kuò)散：微觀(guān)混合，流型：循環(huán)流的方向，渦流的程度 液體在設(shè)備范圍內(nèi)作循環(huán)流動(dòng)的途徑稱(chēng)作液體在設(shè)備范圍內(nèi)作循環(huán)流動(dòng)的途徑稱(chēng)作液體的液體的“流動(dòng)模型流動(dòng)模型”，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)“流型流型”。(a)(a)軸向流軸向流 (b)(b)徑向流徑向流(c)(c)切線(xiàn)流切線(xiàn)流 打漩現(xiàn)象打漩現(xiàn)象 （a)a)軸向流軸向流：沿?cái)?/p>

10、拌軸，夾角小于：沿?cái)嚢栎S，夾角小于9090度，度， 適用于均相液體的混合，沉降速度低的固體懸浮適用于均相液體的混合，沉降速度低的固體懸浮(b)(b)徑向流徑向流：半徑方向，局部渦流運(yùn)動(dòng)，：半徑方向，局部渦流運(yùn)動(dòng)， 適用于氣液分散、液液分散和固體溶解適用于氣液分散、液液分散和固體溶解(c)(c)切線(xiàn)流切線(xiàn)流 ：攪拌軸圓周運(yùn)動(dòng)，平槳式攪拌器：攪拌軸圓周運(yùn)動(dòng)，平槳式攪拌器 提高對(duì)流傳熱系數(shù)，但形成打漩提高對(duì)流傳熱系數(shù)，但形成打漩攪拌器兩方面性能：攪拌器兩方面性能： 產(chǎn)生強(qiáng)大的液體循環(huán)流量；產(chǎn)生強(qiáng)大的液體循環(huán)流量； 產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切作用。產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切作用。 基本原則：基本原則： 在消耗同等功率的條件下

11、，在消耗同等功率的條件下，低轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)速、大直徑大直徑的葉輪，可增大液體循環(huán)流量，同時(shí)的葉輪，可增大液體循環(huán)流量，同時(shí)減少液體受到的剪切作用，減少液體受到的剪切作用，有利于宏觀(guān)混合有利于宏觀(guān)混合。 反之，反之，高轉(zhuǎn)速、小直徑高轉(zhuǎn)速、小直徑的葉輪，的葉輪，結(jié)果與此結(jié)果與此恰恰相反恰恰相反。 ( (三三) )常用攪拌器的型式、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)常用攪拌器的型式、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 化學(xué)工業(yè)中常用的攪拌裝置是機(jī)械攪拌裝置，包化學(xué)工業(yè)中常用的攪拌裝置是機(jī)械攪拌裝置，包括括攪拌器：包括旋轉(zhuǎn)的軸和裝在軸上的葉輪；攪拌器：包括旋轉(zhuǎn)的軸和裝在軸上的葉輪；輔助部件和附件：包括密封裝置、減速箱、攪拌電機(jī)、輔助部件和附件：包括密封

12、裝置、減速箱、攪拌電機(jī)、支架、擋板和導(dǎo)流筒等。支架、擋板和導(dǎo)流筒等。 攪拌器是實(shí)現(xiàn)攪拌操作的主要部件，其主要的組攪拌器是實(shí)現(xiàn)攪拌操作的主要部件，其主要的組成部分是葉輪，它隨旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)將機(jī)械能施加給液體，成部分是葉輪，它隨旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)將機(jī)械能施加給液體，并促使液體運(yùn)動(dòng)。并促使液體運(yùn)動(dòng)。1.1.槳式攪拌器槳式攪拌器 由兩塊平槳葉構(gòu)成。槳葉一般用扁鋼或不銹由兩塊平槳葉構(gòu)成。槳葉一般用扁鋼或不銹鋼或有色金屬制造。鋼或有色金屬制造。 平直葉槳式攪拌器低速時(shí)主要產(chǎn)生切線(xiàn)流，平直葉槳式攪拌器低速時(shí)主要產(chǎn)生切線(xiàn)流，轉(zhuǎn)速高時(shí)以徑向流為主。折葉槳式會(huì)產(chǎn)生軸向流，轉(zhuǎn)速高時(shí)以徑向流為主。折葉槳式會(huì)產(chǎn)生軸向流，宏觀(guān)混合效

13、果較好。宏觀(guān)混合效果較好。 槳式攪拌器適用于流動(dòng)性大、粘度小的液體槳式攪拌器適用于流動(dòng)性大、粘度小的液體物料，也適用于纖維狀和結(jié)晶狀的溶解液，物料物料，也適用于纖維狀和結(jié)晶狀的溶解液，物料層很深時(shí)可在軸上裝置數(shù)排槳葉。層很深時(shí)可在軸上裝置數(shù)排槳葉。2.渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器 渦輪式攪拌器分為圓盤(pán)渦輪攪拌渦輪式攪拌器分為圓盤(pán)渦輪攪拌器和開(kāi)啟渦輪攪拌器（前者的循環(huán)速器和開(kāi)啟渦輪攪拌器（前者的循環(huán)速度低于后者）；按照葉輪又可分為平度低于后者）；按照葉輪又可分為平直葉和彎曲葉（彎葉的葉輪不易磨損，直葉和彎曲葉（彎葉的葉輪不易磨損，功率消耗低）。渦輪攪拌器速度較大，功率消耗低）。渦輪攪拌器速度較大，3

14、00300600r600rminmin。 渦輪攪拌器既產(chǎn)生很強(qiáng)的徑向流，渦輪攪拌器既產(chǎn)生很強(qiáng)的徑向流，又產(chǎn)生較強(qiáng)的軸向流。又產(chǎn)生較強(qiáng)的軸向流。3.3.推進(jìn)式攪拌器推進(jìn)式攪拌器 推進(jìn)式攪拌器的循環(huán)速度高。當(dāng)轉(zhuǎn)速高時(shí)，推進(jìn)式攪拌器的循環(huán)速度高。當(dāng)轉(zhuǎn)速高時(shí)，能產(chǎn)生很強(qiáng)的軸向流，上下翻騰效果良好。剪能產(chǎn)生很強(qiáng)的軸向流，上下翻騰效果良好。剪切作用也大。當(dāng)需要有更大的流速時(shí)，反應(yīng)釜切作用也大。當(dāng)需要有更大的流速時(shí)，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流筒。內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流筒。 推進(jìn)式攪拌器直徑與攪拌釜內(nèi)徑之比為推進(jìn)式攪拌器直徑與攪拌釜內(nèi)徑之比為0.20.20.50.5，攪拌轉(zhuǎn)速為，攪拌轉(zhuǎn)速為100100500r/min500r/mi

15、n，適用，適用于低粘度液體的攪拌。于低粘度液體的攪拌。 4.4.框式和錨式攪拌器框式和錨式攪拌器 框式攪拌器可視為槳式攪拌器的變形，框式攪拌器可視為槳式攪拌器的變形，其結(jié)構(gòu)比較堅(jiān)固，攪動(dòng)物料量大。如果其結(jié)構(gòu)比較堅(jiān)固，攪動(dòng)物料量大。如果這類(lèi)攪拌器底部形狀和反應(yīng)釜下封頭形這類(lèi)攪拌器底部形狀和反應(yīng)釜下封頭形狀相似時(shí)，通常稱(chēng)為錨式攪拌器。狀相似時(shí)，通常稱(chēng)為錨式攪拌器。 框式攪拌器直徑較大，一般取反應(yīng)框式攪拌器直徑較大，一般取反應(yīng)器內(nèi)徑的器內(nèi)徑的0.90.90.980.98，1 1100r100rminmin?？??？蚴綌嚢杵鞯难h(huán)速度及剪切作用都較小，式攪拌器的循環(huán)速度及剪切作用都較小，主要產(chǎn)生切線(xiàn)流。

16、當(dāng)物料粘度高時(shí)，可主要產(chǎn)生切線(xiàn)流。當(dāng)物料粘度高時(shí)，可產(chǎn)生一定的徑向流和軸向流。適用于高產(chǎn)生一定的徑向流和軸向流。適用于高粘度物料的攪拌和傳熱。粘度物料的攪拌和傳熱。5.5.螺帶式攪拌器和螺桿式攪拌器螺帶式攪拌器和螺桿式攪拌器 螺帶式攪拌器，常用扁鋼按螺旋形繞螺帶式攪拌器，常用扁鋼按螺旋形繞成，直徑較大，常做成幾條緊貼釜內(nèi)壁，成，直徑較大，常做成幾條緊貼釜內(nèi)壁，與釜壁的間隙很小，所以攪拌時(shí)能不斷地與釜壁的間隙很小，所以攪拌時(shí)能不斷地將粘于釜壁的沉積物刮下來(lái)。螺帶的高度將粘于釜壁的沉積物刮下來(lái)。螺帶的高度通常取罐底至液面的高度。通常取罐底至液面的高度。 螺帶式攪拌器和螺桿式攪拌器的轉(zhuǎn)速螺帶式攪拌器

17、和螺桿式攪拌器的轉(zhuǎn)速都較低，通常不超過(guò)都較低，通常不超過(guò)50r/min50r/min，主要產(chǎn)生，主要產(chǎn)生軸向流，用于高粘度液體的攪拌。軸向流，用于高粘度液體的攪拌。( (四四) )攪拌器的選型攪拌器的選型 主要根據(jù)物料性質(zhì)、攪拌目的及各種攪拌器的主要根據(jù)物料性質(zhì)、攪拌目的及各種攪拌器的性能特征來(lái)進(jìn)行。性能特征來(lái)進(jìn)行。1.1.按物料粘度選型按物料粘度選型 對(duì)于低粘度液體，應(yīng)選用小直徑、高轉(zhuǎn)速攪拌對(duì)于低粘度液體，應(yīng)選用小直徑、高轉(zhuǎn)速攪拌器，如推進(jìn)式、渦輪式；器，如推進(jìn)式、渦輪式； 對(duì)于高粘度液體，就選用大直徑、低轉(zhuǎn)速攪拌對(duì)于高粘度液體，就選用大直徑、低轉(zhuǎn)速攪拌器，如錨式、框式和槳式。器，如錨式、框

18、式和槳式。2.2.按攪拌目的選型按攪拌目的選型 對(duì)低粘度均相液體混合，主要考慮循環(huán)對(duì)低粘度均相液體混合，主要考慮循環(huán)流量。流量。 各種攪拌器的循環(huán)流量按從大到小順序各種攪拌器的循環(huán)流量按從大到小順序排列：推進(jìn)式、渦輪式、槳式。排列：推進(jìn)式、渦輪式、槳式。 對(duì)于非均相液對(duì)于非均相液- -液分散過(guò)程，首先考慮剪液分散過(guò)程，首先考慮剪切作用，同時(shí)要求有較大的循環(huán)流量。切作用，同時(shí)要求有較大的循環(huán)流量。 各種攪拌器的剪切作用按從大到小的順各種攪拌器的剪切作用按從大到小的順序排列：渦輪式、推進(jìn)式、槳式。序排列：渦輪式、推進(jìn)式、槳式。 對(duì)于氣對(duì)于氣- -液分散過(guò)程，如何考慮選擇攪拌液分散過(guò)程，如何考慮選擇

19、攪拌器？器？ 對(duì)于固體懸浮操作，如何考慮選擇攪拌對(duì)于固體懸浮操作，如何考慮選擇攪拌器？器？ 對(duì)于溶解過(guò)程，如何考慮選擇攪拌器？對(duì)于溶解過(guò)程，如何考慮選擇攪拌器？ 對(duì)于結(jié)晶過(guò)程，如何考慮選擇攪拌器？對(duì)于結(jié)晶過(guò)程，如何考慮選擇攪拌器？ 對(duì)于以傳熱為主的攪拌操作，如何考慮對(duì)于以傳熱為主的攪拌操作，如何考慮選擇攪拌器？選擇攪拌器？ ( (五五) )攪拌附件攪拌附件 攪拌附件通常指在攪拌附件通常指在攪拌罐內(nèi)為了改善流動(dòng)攪拌罐內(nèi)為了改善流動(dòng)狀態(tài)而增設(shè)的零件，如狀態(tài)而增設(shè)的零件，如擋板、導(dǎo)流筒等。擋板、導(dǎo)流筒等。1.1.擋板：擋板：目的是為了消目的是為了消除切線(xiàn)流和除切線(xiàn)流和“打漩打漩”。一般為一般為2-4

20、2-4塊，且對(duì)于低塊，且對(duì)于低速攪拌高粘度液體的錨速攪拌高粘度液體的錨式和框式攪拌器安裝擋式和框式攪拌器安裝擋板無(wú)意義。板無(wú)意義。2.2.導(dǎo)流筒導(dǎo)流筒 目的是控制流目的是控制流型（加強(qiáng)軸向流）型（加強(qiáng)軸向流）及提高混合效果。及提高混合效果。不同型式的攪拌器不同型式的攪拌器的導(dǎo)流筒安置方位的導(dǎo)流筒安置方位不同。不同。(一)換熱裝置 換熱裝置是用來(lái)加熱或冷卻反應(yīng)物料，使換熱裝置是用來(lái)加熱或冷卻反應(yīng)物料，使之符合工藝要求的溫度條件的設(shè)備。之符合工藝要求的溫度條件的設(shè)備。 其結(jié)構(gòu)型式主要有夾套式、蛇管式、列管其結(jié)構(gòu)型式主要有夾套式、蛇管式、列管式、外部循環(huán)式等，也可用直接火焰或電感加式、外部循環(huán)式等，

21、也可用直接火焰或電感加熱。（熱。（P8P8）二、釜式反應(yīng)器的換熱裝置的設(shè)計(jì)與選擇 1.1.夾套式夾套式夾套是套在反應(yīng)器筒體外面能形成密封空間的容器，夾套是套在反應(yīng)器筒體外面能形成密封空間的容器，既簡(jiǎn)單又方便。既簡(jiǎn)單又方便。當(dāng)反應(yīng)器的直徑大或者加熱蒸汽壓力較高當(dāng)反應(yīng)器的直徑大或者加熱蒸汽壓力較高(0.6MPa)(0.6MPa)時(shí)，時(shí)，夾套必須采取加強(qiáng)措施。分支撐短管加強(qiáng)的夾套必須采取加強(qiáng)措施。分支撐短管加強(qiáng)的“蜂窩夾蜂窩夾套套”，沖壓式蜂窩夾套，角鋼焊在釜的外壁上夾套。，沖壓式蜂窩夾套，角鋼焊在釜的外壁上夾套。 2.2.蛇管式蛇管式當(dāng)工藝需要的傳熱面積大，單靠夾套傳熱不能當(dāng)工藝需要的傳熱面積大，

22、單靠夾套傳熱不能滿(mǎn)足要求時(shí)，或者是反應(yīng)器內(nèi)壁襯有橡膠、瓷磚等滿(mǎn)足要求時(shí)，或者是反應(yīng)器內(nèi)壁襯有橡膠、瓷磚等非金屬材料時(shí)，可采用蛇管、插入套管、插入非金屬材料時(shí)，可采用蛇管、插入套管、插入D D形形管等傳熱。管等傳熱。 3.3.列管式列管式對(duì)于大型反應(yīng)釜，需高速傳熱時(shí)，可在釜內(nèi)安對(duì)于大型反應(yīng)釜，需高速傳熱時(shí)，可在釜內(nèi)安裝列管式換熱器。裝列管式換熱器。4.4.外部循環(huán)式外部循環(huán)式 當(dāng)反應(yīng)器的夾套和蛇管傳熱面積仍不能滿(mǎn)足當(dāng)反應(yīng)器的夾套和蛇管傳熱面積仍不能滿(mǎn)足工藝要求，或無(wú)法在反應(yīng)器內(nèi)安裝蛇管而夾套的傳工藝要求，或無(wú)法在反應(yīng)器內(nèi)安裝蛇管而夾套的傳熱面積又不能滿(mǎn)足工藝要求時(shí)，可以采用外部循環(huán)熱面積又不能滿(mǎn)

23、足工藝要求時(shí)，可以采用外部循環(huán)式。式。5.5.回流冷凝式回流冷凝式 反應(yīng)在沸騰下進(jìn)行或蒸發(fā)量大的場(chǎng)合。冷凝反應(yīng)在沸騰下進(jìn)行或蒸發(fā)量大的場(chǎng)合。冷凝的方式散熱，可以得到很高的傳熱系數(shù)。的方式散熱，可以得到很高的傳熱系數(shù)。(二)換熱介質(zhì)的選擇 一般的低壓飽和水蒸汽加熱時(shí)最高只能達(dá)一般的低壓飽和水蒸汽加熱時(shí)最高只能達(dá)到到150-160150-160，需要更高溫度時(shí)則需考慮高，需要更高溫度時(shí)則需考慮高溫?zé)嵩吹倪x擇問(wèn)題。溫?zé)嵩吹倪x擇問(wèn)題。1.1.高溫?zé)嵩从幸韵聨追N高溫?zé)嵩从幸韵聨追N (1)(1)壓力高的飽和水蒸汽壓力高的飽和水蒸汽 壓力可達(dá)一至數(shù)壓力可達(dá)一至數(shù)MPaMPa，來(lái)源有高壓蒸汽鍋，來(lái)源有高壓蒸汽

24、鍋爐、利用反應(yīng)熱的廢熱鍋爐或熱電站的蒸汽爐、利用反應(yīng)熱的廢熱鍋爐或熱電站的蒸汽透平。透平。 缺點(diǎn)缺點(diǎn): :需高壓管道輸送蒸汽，費(fèi)用高，且需高壓管道輸送蒸汽，費(fèi)用高，且遠(yuǎn)距離輸送時(shí)熱損失大。遠(yuǎn)距離輸送時(shí)熱損失大。 ( (2)2)高壓汽水混合物（圖高壓汽水混合物（圖2-282-28） 個(gè)別設(shè)備需高溫加熱時(shí)，較經(jīng)濟(jì)可個(gè)別設(shè)備需高溫加熱時(shí)，較經(jīng)濟(jì)可行，是一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)，管內(nèi)充行，是一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)，管內(nèi)充滿(mǎn)滿(mǎn)70%70%的水和的水和30%30%的蒸汽，形成汽水混的蒸汽，形成汽水混合物?？捎糜跍囟葹楹衔??？捎糜跍囟葹?00-250200-250的加熱的加熱要求。要求。(3)(3)有機(jī)載熱體有機(jī)載熱

25、體 聯(lián)苯聯(lián)苯26.5%26.5%與聯(lián)苯醚與聯(lián)苯醚73.5%73.5%的低共沸點(diǎn)混的低共沸點(diǎn)混合物以及以烷基萘為主的石油餾分。合物以及以烷基萘為主的石油餾分。 利用其常壓利用其常壓沸點(diǎn)高、熔點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性沸點(diǎn)高、熔點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性好好等特點(diǎn)可提供高溫的熱源。等特點(diǎn)可提供高溫的熱源。 優(yōu)點(diǎn)：能在較低的壓力下得到較高的加優(yōu)點(diǎn)：能在較低的壓力下得到較高的加熱溫度。熱溫度。 溫度范圍：能用于溫度范圍：能用于200200350350的范圍。的范圍。(4)(4)熔鹽熔鹽 硝酸鉀，硝酸鈉及亞硝酸鈉的混硝酸鉀，硝酸鈉及亞硝酸鈉的混合物，可用于合物，可用于300300400400的情況。的情況。 (5)(5)電加熱

26、電加熱操作方便、熱效率高、便于實(shí)現(xiàn)操作方便、熱效率高、便于實(shí)現(xiàn)自控和遙控的一種高溫加熱方法。自控和遙控的一種高溫加熱方法。 電加熱法有以下三種：電加熱法有以下三種：a.a.電阻加熱法：根據(jù)結(jié)構(gòu)型式分為電阻加熱法：根據(jù)結(jié)構(gòu)型式分為輻射加熱，電阻夾布加熱，插入式輻射加熱，電阻夾布加熱，插入式加熱法。加熱法。b.b.感應(yīng)電流加熱法、感應(yīng)電流加熱法、c.c.短路電流加熱法短路電流加熱法( (6)6)煙道氣加熱煙道氣加熱 用煤氣、天然氣、石油加工用煤氣、天然氣、石油加工廢氣或燃料油等燃燒時(shí)產(chǎn)生的廢氣或燃料油等燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫?zé)煹罋庾鳠嵩醇訜嵩O(shè)備。高溫?zé)煹罋庾鳠嵩醇訜嵩O(shè)備。 缺點(diǎn)缺點(diǎn): :是熱效率低，給熱

27、系是熱效率低，給熱系數(shù)小，溫度不易控制。數(shù)小，溫度不易控制。 可用于可用于3 30000以上的高溫加熱。以上的高溫加熱。2.2.低溫冷源的選擇低溫冷源的選擇(1)(1)冷卻用水：冷卻效果好，也最為常用，常溫，出水溫冷卻用水：冷卻效果好，也最為常用，常溫，出水溫度不超過(guò)度不超過(guò)6060。(2)(2)空氣：常溫，水資源缺乏地，但傳熱系數(shù)低?？諝猓撼?，水資源缺乏地，但傳熱系數(shù)低。(3)(3)低溫冷卻劑低溫冷卻劑直接冷卻方式：利用制冷劑的蒸發(fā)直接冷卻，制冷劑：直接冷卻方式：利用制冷劑的蒸發(fā)直接冷卻，制冷劑：液氨，液氮等，但成本較高。液氨，液氮等，但成本較高。間接冷卻方式：被冷卻對(duì)象的熱量通過(guò)中間介質(zhì)

28、傳送給間接冷卻方式：被冷卻對(duì)象的熱量通過(guò)中間介質(zhì)傳送給在蒸發(fā)器中蒸發(fā)的制冷劑。中間介質(zhì)為載冷劑：水、在蒸發(fā)器中蒸發(fā)的制冷劑。中間介質(zhì)為載冷劑：水、鹽水及有機(jī)載冷劑。鹽水及有機(jī)載冷劑。 水：比熱大，傳熱性能好，只能水：比熱大，傳熱性能好，只能00以上以上 鹽水，最低可鹽水，最低可5555，氯化鈉及氯化鈣等鹽的水溶液，氯化鈉及氯化鈣等鹽的水溶液，冷凍鹽水，加入緩蝕劑，調(diào)節(jié)冷凍鹽水，加入緩蝕劑，調(diào)節(jié)PHPH到到7.0-8.5.7.0-8.5. 有機(jī)載冷劑：適用于比較低的溫度，乙二醇、丙二醇、有機(jī)載冷劑：適用于比較低的溫度，乙二醇、丙二醇、甲醇（最便宜）、乙醇水溶液等甲醇（最便宜）、乙醇水溶液等 需用

29、制冷機(jī)制冷。需用制冷機(jī)制冷。 任務(wù)4 連續(xù)操作管式反應(yīng)器(PFR)的計(jì)算簡(jiǎn)介：連續(xù)理想管式反應(yīng)器這種反應(yīng)器又稱(chēng)平推流反簡(jiǎn)介：連續(xù)理想管式反應(yīng)器這種反應(yīng)器又稱(chēng)平推流反應(yīng)器，活塞流反應(yīng)器或反應(yīng)管（應(yīng)器，活塞流反應(yīng)器或反應(yīng)管（Plug Flow Reactor),Plug Flow Reactor),以以PFRPFR表示。表示。工作任務(wù) 根據(jù)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)條件和工藝要求進(jìn)行連續(xù)操根據(jù)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)條件和工藝要求進(jìn)行連續(xù)操作管式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算。作管式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算。 技術(shù)理論連續(xù)操作管徑比較大的管式反應(yīng)器可以近似看成理想置換流動(dòng)反應(yīng)器。即適用于液相也適用于氣相反應(yīng)，液相及氣相反應(yīng)無(wú)摩爾數(shù)變化的

30、可視為恒容過(guò)程。熱效應(yīng)不大，反應(yīng)的選擇性受溫度的影響較小時(shí)，可采用沒(méi)有換熱措施的絕熱操作。多數(shù)采用連續(xù)操作，少數(shù)采用半連續(xù)操作，只討論連續(xù)操作。PFRPFR特點(diǎn)特點(diǎn) 連續(xù)定態(tài)下，各處截面上的各種參數(shù)只是位置的連續(xù)定態(tài)下，各處截面上的各種參數(shù)只是位置的函數(shù)，不隨時(shí)間而變化；函數(shù)，不隨時(shí)間而變化；濃度、溫度等參數(shù)隨軸向位置變化，故反應(yīng)速率隨濃度、溫度等參數(shù)隨軸向位置變化，故反應(yīng)速率隨軸向位置變化。軸向位置變化。 徑向速度均勻分布，也就是在徑向不存在濃度分徑向速度均勻分布，也就是在徑向不存在濃度分布；布； 反應(yīng)物料具有相同的停留時(shí)間。反應(yīng)物料具有相同的停留時(shí)間。一、基礎(chǔ)計(jì)算方程式三、恒溫變?nèi)莨苁椒磻?yīng)

31、器的計(jì)算分析：反應(yīng)溫度變化，引起物料密度改變或物料的分子總數(shù)改變，導(dǎo)致物料的體積發(fā)生變化。因此一起的容積、濃度變化在計(jì)算時(shí)要考慮進(jìn)去。例題：2-14（理解）四、絕熱連續(xù)操作管式反應(yīng)器的計(jì)算理論分析：1、絕熱式反應(yīng)器2、絕熱 ，反應(yīng)器的特點(diǎn)：因?yàn)楣芙孛嫔细鼽c(diǎn)的溫度不同，所以反應(yīng)速率不僅與轉(zhuǎn)化率有關(guān)，且也是溫度的函數(shù)，需對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)列出熱量衡算式，然后與物料衡算式、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程聯(lián)立求解。計(jì)算（了解）就反應(yīng)過(guò)程而言，就反應(yīng)過(guò)程而言，PFRPFR和和BRBR兩種反應(yīng)器具有相同的效兩種反應(yīng)器具有相同的效率。因率。因BRBR是間歇過(guò)程，存在非生產(chǎn)時(shí)間，其生產(chǎn)能力是間歇過(guò)程，存在非生產(chǎn)時(shí)間，其生產(chǎn)能力低于低

32、于PFRPFR。 PFRPFR的優(yōu)缺點(diǎn)：的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：具有容積小、比表面大、返混少、反應(yīng)參數(shù)：具有容積小、比表面大、返混少、反應(yīng)參數(shù)連續(xù)變化、易于控制的優(yōu)點(diǎn)，連續(xù)變化、易于控制的優(yōu)點(diǎn)， 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：對(duì)于慢速反應(yīng)，則有需要管子長(zhǎng)，壓降大的：對(duì)于慢速反應(yīng)，則有需要管子長(zhǎng)，壓降大的不足。不足。 適用適用：液相反應(yīng)和氣相反應(yīng)。由于：液相反應(yīng)和氣相反應(yīng)。由于PFRPFR能承受較高能承受較高的壓力，用于加壓反應(yīng)尤為合適。的壓力，用于加壓反應(yīng)尤為合適。 任務(wù)5 反應(yīng)器計(jì)算與操作的優(yōu)化工作任務(wù)：工作任務(wù)： 根據(jù)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)條件和工藝要求進(jìn)根據(jù)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)條件和工藝要求進(jìn)行間歇操作釜式反應(yīng)器、連續(xù)操作釜

33、式反行間歇操作釜式反應(yīng)器、連續(xù)操作釜式反應(yīng)器和連續(xù)操作管式反應(yīng)器計(jì)算與操作的應(yīng)器和連續(xù)操作管式反應(yīng)器計(jì)算與操作的優(yōu)化。優(yōu)化。技術(shù)理論技術(shù)理論：化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的優(yōu)化包括化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的優(yōu)化包括設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算優(yōu)化和優(yōu)化和操作優(yōu)化操作優(yōu)化兩種類(lèi)型。兩種類(lèi)型?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程的技術(shù)目標(biāo)有：化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的技術(shù)目標(biāo)有：反應(yīng)速率（生產(chǎn)能力）反應(yīng)速率（生產(chǎn)能力）涉及設(shè)備尺寸，亦即設(shè)備投涉及設(shè)備尺寸，亦即設(shè)備投資費(fèi)用。資費(fèi)用。選擇性選擇性涉及生產(chǎn)過(guò)程的原料消耗費(fèi)用。涉及生產(chǎn)過(guò)程的原料消耗費(fèi)用。能量消耗能量消耗生產(chǎn)過(guò)程操作費(fèi)用的重要組成部分。生產(chǎn)過(guò)程操作費(fèi)用的重要組成部分。 不同類(lèi)型反應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)：不同類(lèi)型反應(yīng)的優(yōu)化目

34、標(biāo)：對(duì)簡(jiǎn)單反應(yīng)：只需考慮反應(yīng)速率；對(duì)簡(jiǎn)單反應(yīng)：只需考慮反應(yīng)速率；對(duì)復(fù)雜反應(yīng)：優(yōu)先考慮選擇性。（所占比重可達(dá)對(duì)復(fù)雜反應(yīng)：優(yōu)先考慮選擇性。（所占比重可達(dá)70%70%）選擇性的本質(zhì)：主反應(yīng)速率與副反應(yīng)速率的相對(duì)比重。選擇性的本質(zhì)：主反應(yīng)速率與副反應(yīng)速率的相對(duì)比重。技術(shù)理論技術(shù)理論：1 1、從工程的角度看，優(yōu)化就是如何進(jìn)行反應(yīng)器類(lèi)型、從工程的角度看，優(yōu)化就是如何進(jìn)行反應(yīng)器類(lèi)型、操作方式和操作條件的選擇并從工程上予以實(shí)施。操作方式和操作條件的選擇并從工程上予以實(shí)施。2 2、反應(yīng)器類(lèi)型：管式、釜式及返混特性、反應(yīng)器類(lèi)型：管式、釜式及返混特性操作條件：物料的初始濃度，轉(zhuǎn)化率（即最終濃度），操作條件：物料的初

35、始濃度，轉(zhuǎn)化率（即最終濃度），反應(yīng)溫度或溫度分布反應(yīng)溫度或溫度分布操作方式：間歇、連續(xù)、半間歇及加料方間歇、連續(xù)、操作方式：間歇、連續(xù)、半間歇及加料方間歇、連續(xù)、半間歇及加料方式的分批或分段加料等。半間歇及加料方式的分批或分段加料等。優(yōu)化的優(yōu)化的核心核心是是化學(xué)化學(xué)因素和因素和工程工程因素的最優(yōu)結(jié)合。因素的最優(yōu)結(jié)合?；瘜W(xué)因素包括反應(yīng)類(lèi)型及動(dòng)力學(xué)特性化學(xué)因素包括反應(yīng)類(lèi)型及動(dòng)力學(xué)特性一、簡(jiǎn)單反應(yīng)的反應(yīng)器生產(chǎn)能力的比較簡(jiǎn)單反應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)簡(jiǎn)單反應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)只需考慮反應(yīng)速率。只需考慮反應(yīng)速率。即：對(duì)同一簡(jiǎn)單反應(yīng)，在相同操作條件下，為達(dá)到相即：對(duì)同一簡(jiǎn)單反應(yīng)，在相同操作條件下，為達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率，要求反應(yīng)器

36、有效體積最小。同轉(zhuǎn)化率，要求反應(yīng)器有效體積最小。 換句話(huà)說(shuō)，若反應(yīng)器體積相同，反應(yīng)器所達(dá)到的換句話(huà)說(shuō)，若反應(yīng)器體積相同，反應(yīng)器所達(dá)到的轉(zhuǎn)化率更高。轉(zhuǎn)化率更高。比較三種反應(yīng)器的返混程度比較三種反應(yīng)器的返混程度: :間歇操作釜式反應(yīng)器，間歇操作釜式反應(yīng)器，連續(xù)操作釜式反應(yīng)器和連續(xù)操作管式反應(yīng)器。連續(xù)操作釜式反應(yīng)器和連續(xù)操作管式反應(yīng)器。( (一一) )單個(gè)反應(yīng)器（看書(shū)中公式和圖片進(jìn)行對(duì)比分析）單個(gè)反應(yīng)器（看書(shū)中公式和圖片進(jìn)行對(duì)比分析）1.1.間歇操作釜式反應(yīng)器和連續(xù)操作管式反應(yīng)器的比較間歇操作釜式反應(yīng)器和連續(xù)操作管式反應(yīng)器的比較 比較書(shū)中公式（比較書(shū)中公式（2-832-83）和（）和（2-842-8

37、4） 僅從反應(yīng)時(shí)間而言，在間歇操作釜式反應(yīng)器和連續(xù)僅從反應(yīng)時(shí)間而言，在間歇操作釜式反應(yīng)器和連續(xù)操作管式反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，所需反應(yīng)時(shí)間是相同的。但操作管式反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，所需反應(yīng)時(shí)間是相同的。但由于間歇操作需要輔助時(shí)間，需要的反應(yīng)器體積比連續(xù)由于間歇操作需要輔助時(shí)間，需要的反應(yīng)器體積比連續(xù)操作管式反應(yīng)器的體積要大。操作管式反應(yīng)器的體積要大。2.2.連續(xù)操作釜式反應(yīng)器和連續(xù)操作管式反應(yīng)器比較連續(xù)操作釜式反應(yīng)器和連續(xù)操作管式反應(yīng)器比較 若干重要影響因素：（圖若干重要影響因素：（圖2-332-33，2-342-34）（a a）轉(zhuǎn)化率：轉(zhuǎn)化率越高，體積差別越大）轉(zhuǎn)化率：轉(zhuǎn)化率越高，體積差別越大（b b）反應(yīng)級(jí)數(shù)：級(jí)數(shù)越高，體積差別越大）反應(yīng)級(jí)數(shù)：級(jí)數(shù)越高，體積差別越大（c c）串聯(lián)級(jí)數(shù)：級(jí)數(shù)越多，體積差別越?。┐?lián)級(jí)數(shù)：級(jí)數(shù)越多，體積差別越小Af10XAXAfDBCARPRMVV RPRMVV 與相同條