第一章釜式反应器

精细化工过程及设备主讲熊小京第一篇反应过程及设备一、进行化学过程或化学变化的设备，统称反应设备二、进行物理过程的设备，如蒸发、蒸馏、过滤、干燥、结晶、萃取和吸收等过程的设备。设备分类一、讨论精细化工生产中常遇到而又较为重要的化工过程及设备。二、分析生产过程对设备型，讲述有关反应设备和各种过程所用设备的类型、构造及工艺计算。主要内容设备设计应考虑的要点（1）准确掌握过程对设备的要求，正确地选择设备类型，能使过程顺利和快速地进行，保证设备的高生产能力，减少了副反应，因而选择好生产过程所用设备的类型非常重要。（2）各种化学反应过程的实现均与过程进行中的热量传递有关，热量的传递也影响过程进行的速度，因此过程的热效应和设备的热量衡算亦成为计算中一个重要的部分。（3）设备的构造取决于所处理物料的特性和实现过程的条件，其中传热强度和搅拌强度为最主要因素。决定设备构造的因素一、物料的聚集状态和混合物的稠度二、混合强度三、温度和压力四、热效应和传热强度五、物料的化学性质六、操作方式（间歇、半或全连续）第一章釜式反应器第一节概述精细化工生产中常用的是气-液、液-液和液-固相反应，最为广泛应用的反应设备是釜式反应器。釜式反应器通常做成圆筒形，装有球面形的盖和底，封头与筒体的连接处有垫圈，以保证釜内具有密闭性，一般设计到能承受3×105～4×105Pa。设计要点1.多数化学与物理过程均有热效应，所以反应器内大多附有表面能传热的构件，一般是夹套、蛇管、列管。2.反应器的盖上布置有若干个直径相同的连管，连管截面积按15～30min内能将锅内全部物料取尽的原则设计。3.以下的反应器，连管直径可选为50～60mm；容积3000～6000L的反应器，连管直径可取为75mm。用来加入液体物料的连管上装有加料管，其下口截成与水平成45°的角，以防止液体流散在封头内表面、釜与封头突缘间的垫圈里和溅落在釜壁上。4.加料管直径可按管道中允许流速为0.75～1.5m/s计算。对利用压缩空气将液态物料从釜中压出时用的压出管，装入反应器内时，下端应落至器底中心，下口被截成45°角，或管端焊闭，另开半椭圆形入口。有时亦用搅拌器轴作压出管。设计要点5.将计量反应器内测物料温度的长温度计或热电偶，插在一端封闭的温度计套管中，管内注有机油或高沸点液体，以形成良好的传热条件。6.盖上还装有压力表和防爆膜，膜片所能承受的压力应低于设备自身承受的压力；盖上的人孔多为圆形或椭圆形，尺寸为300～400mm，可用来加料及检修。7.装有各种类型的搅拌装置，用于搅拌液体或不太稠的悬浮液。使搅拌器轴从釜内通至外部的附件称为密气装置，它由垫料函、密气轴套和底轴衬组成。其作用是使搅拌器的轴既可自由旋转，而又不让器内气体泄漏。第二节反应器的计算由给定的生产任务，在一定条件下，计算反应设备的体积，并以此确定反应器的台数和主要尺寸。计算中所应用的基本方程式是物料衡算式、热量衡算式和反应动力学方程式。一、物料衡算物料衡算的方法可按照某一批物料，或按照每昼夜、每小时、每秒钟所处理物料的量，也可按照单位质量产品来进行。通常连续生产时采用以单位时间内所处理物料的量作为进行物料衡算的基准，间歇生产时以每昼夜生产能力为基准。二、工艺计算内容包含设备的生产能力、主要尺寸和设备台数等计算，其方法取决于被计算反应设备的类型和进行过程的操作方式。反应设备的类型有：1.容积型设备，其生产能力决定于反应容积的大小和过程的持续时间；2.传热型设备，其生产能力决定于传热面积大小和传热速度属于传热控制设备；3.生产能力按反应物料间相际接触面积的大小决定。一、连续操作型设备在其中进行的过程，其所有阶段都是在不同位置而在同一时间内完成。此操作方式便于实现对生产过程的自动控制，缩短非生产时间，提高产品质量，扩大生产能力和降低成本，适宜于大规模生产。水中悬浮物质和胶体物质的去除二、间歇操作型设备在其中进行的过程，其所有阶段都在同一地点完成，过程的周期一般大于或等于过程的持续时间。在精细化工生产中此操作方式约占80％以上。若算出的设备尺寸从安装和构造上考虑不合适时，需选用m台设备，依据每秒所处理体积为Vs／M计算三、热量衡算热量衡算是要确定输入或输出的热量，并由此确定加热剂或致冷剂的耗量及计算所需传热面积。1．热量衡算工业上多在稳态下进行操作，在此讨论稳态下的热量衡算关系。主要确定过程所需传递的热量，化学过程热量衡算方程式一般表示为：有机化合物在非液态时的燃烧热的计算，须加上熔化热、蒸发热和溶解热等校正值。①按照克劳齐乌斯一克莱普朗方程蒸发热q蒸的计算式：2．换热剂消耗量计算换热剂的消耗量是为实现此过程所需消耗的热量值，其大小可由热量衡算中的Q2得到。据反应温度要求，通常所用的加热剂，可以是热水，低压与高压饱和水蒸气、道生、导热油、熔盐、烟气或电，冷却剂是水、冷冻盐水和空气等。斜板斜管沉淀池3．传热过程计算通过设备表面传递热量确定传热面积，传热方程式：本章的习题1.设备设计时应考虑的因素。2.釜式反应器的设计要点。3.化学过程热量衡算的要求考虑的因素。4.影响传热系数的主要因素。