• 四、釜式反应器结构
• 图1一1是一种典型的釜式反应器，它由钢板卷焊制成圆筒体，再焊接 上由钢板压制的标准釜底，并配上釜盖、夹套、搅拌器等部件。由图 可见其结构主要由以下几部分组成:壳体结构、搅拌装置、密封装置 和换热装置。
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任务1 釜式反应器的选择
• 1.釜式反应器壳体结构 • (1)罐体。 • 釜式反应器的壳体结构包括筒体、底、盖(或称封头)、手孔或入孔、
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• (7)反应釜支架。 • 反应釜支架有两种:悬吊式支架和支承式支架。悬吊式支架是可以将
反应釜固定在操作平台上，而支承式支架则是安放在地面上，如图1 一10所示。 • 2.釜式反应器的搅拌装置 • (1)搅拌器的形式及结构。 • 精细化学工艺的许多过程都是在有搅拌装置的釜式反应器中实现的。 搅拌的目的是: • ①使互溶的两种或两种以上液体混合均匀。 • ②形成乳浊液或悬浮液。 • ③促进化学反应和加速物理变化过程，如促进溶解、吸收、吸附、萃 取、传热等过程。一也能刮除沉积在器壁上的附着物，提高传热效率。
• ②活化能E不能独立预示反应速率的大小，它只表明反应速率对温度 的敏感程度。E越大，温度对反应速率的影响越大。除了个别的反应 外，一般反应速率均随温度的上升而加快。E越大，反应速率随温度 的上升而增加得越快。
• ③对于同一反应，即当活化能E一定时，反应速率对温度的敏感程度 随着温度的升高而降低。
• 在均相反应系统中如只进行如下不可逆化学反应:
• 1.均相反应速率 • 化学反应速率是指单位时间、单位体积的物料数量的变化量。物料指
反应物或产物。因此，均相反应速率定义式为:
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• 2.均相反应动力学方程 • 反应动力学方程一般式为:
• 在一般情况下，反应速率常数k与热力学温度T之间的关系可以用 Arrhe-nins经验方程表示，即:
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• 压料管:它是利用压缩空气或其他气体从反应釜中将全部液态物料压 出时所用的管子。并不是每一个反应釜都必须有这样一根压料管，只 有在这一反应釜内的物料要输送到位置更高或并列到另一设备中去， 才考虑安装压料管。压料管的位置一般贴着釜壁安装，如图1一8所示。
往采用多级减速器。
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• (3)搅拌器的工作原理与选型。 • 实现搅拌操作的主要部件是叶轮，针对不同的物料系统和不同的搅拌
目的，制成了不同结构类型的叶轮。它的作用是通过其自身的旋转将 机械能传送给液体，使叶轮附近区域的流体湍动同时所产生的高射流 推动全部液体在反应釜内沿一定途径做循环流动。 • 3.釜式反应器的密封装置 • 在装有搅拌器的反应釜中，搅拌轴要从釜盖穿出，以便和传动装置相 连。同时还要保证轴能够转动。而设备内的物料蒸汽或气体一也就有 可能沿釜盖的轴孔逸出。这不但造成物料的损失，而且由于许多物料 是易燃、易爆和有毒的，容易发生危险。此外，在某些情况下釜内需 要造成压力或真空，而轴孔的存在一也会对加压和真空造成一定的困 难。于是就产生了轴的转动和反应设备密闭之间的矛盾。填料箱就是 解决这个矛盾的一个部件。它既不妨害轴的转动，而且也可以使设备 保持很大程度的密闭。
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• 三、釜式反应器分类
• 1.按操作方式分类 • 按操作方式分类可分为间歇釜式反应器、连续釜式反应器和半连续釜
式反应器。 • (1)间歇釜式反应器，一也称间歇釜。 • 间歇操作反应器系将原料按一定配比一次加入反应器，待反应达到一
定要求后，一次卸出物料。间歇釜式反应器的优点是设备简单，操作 灵活，同一设备可用于生产多种产品，易于适应不同操作条件和产品 品种的生产，尤其适合于医药、染料等工业部门小批量、多品种、反 应时间较长的产品生产。
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• (2)连续釜式反应器，一也称连续釜。 • 连续操作反应器系连续加入原料，连续排出反应产物。当操作达到定
态时，反应器内任何位置上物料的组成、温度等状态参数不随时间而 变化。 • (3)半连续釜式反应器。 • 半连续操作釜式反应器一也称为半间歇操作釜式反应器，介于上述两 者之间，通常是将一种反应物一次加入，然后另一种原料连续加入的 反应器。反应达到一定要求后，停止操作并卸出物料。半连续操作釜 式反应器特别适用于要求一种反应物的浓度高而另一种反应物的浓度 低的化学反应，适用于可以通过调节加料速度来控制反应温度的反应。 其特性介于间歇釜和连续釜之间。
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• 2.按材质分类 • 按材质釜式反应器可分为钢制反应器、铸铁反应器和搪玻璃反应器。 • (1)钢制反应器。 • 钢制反应器特点是制造工艺简单，造价费用低，设备维护检修方便，
使用范围广泛，在化工生产中普遍使用。
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• (2)高压釜。 • 高压釜在高压条件下，动密封往往难以保证不泄漏，所以常常采用磁
力搅拌，其特点是以静密封代替填料密封或机械密封，从而实现反应 釜在全密封状态下工作，保证一定压力。因此高压釜适用于各种极毒、 易燃易爆以及渗透力极强的化工工艺过程，是石油化工、有机合成、 食品、药品制备等工业的理想设备。
• (2)铸铁反应器。 • 铸铁是含碳量大于2. 1%的铁碳合金，铸铁是经过二次加工的产品，
所以比生铁耐磨，具有良好的化学稳定性，而且价格低。所以铸铁反 应器在氯化、磺化、硝化等重要的化学反应中使用较多。 • (3)搪玻璃反应器。 • 搪玻璃反应器俗称搪瓷锅或搪瓷釜。是在碳钢釜的内表面涂上二氧化 硅玻璃釉，经过1 173 K左右的高温焙烧，形成玻璃搪层。 • 3.按操作压力分类 • 按操作压力釜式反应器可分为低压釜和高压釜。 • (1)低压釜。 • 低压釜是最常见的搅拌釜式反应器。在搅拌轴与壳体之间采用动密封 结构，在低压(1. 6 MPa以下)条件下能够防止物料泄漏。
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• 下面介绍几种常用的搅拌器: • ①桨式搅拌器。 • 如图1一11所示，可以用钢制，一也可以用术板或高分子材料制成。 • ②框式搅拌器。 • 如图1一12所示，用扁钢、木材或高分子材料制成，框式搅拌器可以
看做是桨式搅拌器的变形，二者的区别在于框式搅拌器可使物料做不 大剧烈的上下混合。 • ③锚式搅拌器。 • 如图1一13所示，可看成是一种特殊的框式搅拌器，过去由铸铁浇铸 而成，现在可以由不锈钢、高分子材料和在无缝钢管外面涂以搪玻璃 材料而制成。
• 反应活化能是为使反应物分子“激发”所需给予的能量。活化能的大 小是表征化学反应进行难易程度的标志。活化能高，反应难于进行; 活化能低，则容易进行。但是活化能E不是决定反应难易程度的唯一 因素，它与频率因子A0，共同决定反应速率。应当注意:
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• ①活化能E不同于反应的热效应，它不表示反应过程中吸收或放出的 热量，而只表示使反应分子达到活化态所需的能量，故与反应热效应 并无直接的关系。
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• ④推进器式搅拌器。 • 如图1一14所示，一般用不锈钢制成，用于对所处理的物料做剧烈的
混合，它可以搅拌钻度在6 000 cP以上的液体，它可以使易分层的液 体形成乳浊液或保持物料在悬浮状态。 • ⑤涡轮式搅拌器。 • 如图1一15所示，这类搅拌器能保证被处理物料做最剧烈的混合，用 以混合几种比重不同的钻稠液体形成乳浊液是最有效的，它是由拧紧 在轴上的涡轮组成。在涡轮旋转时被混合液体从中心被吸入，在离心 力的作用下向四面喷散。 • (2)搅拌器的传动装置。 • 将运动由电动机传给搅拌轴的整个机构称为搅拌器的传动装置。由电 动机通过齿轮或蜗杆传动装置来带动搅拌器的轴，并直接与电动机相 连，这样的传动装置称为个别传动。它的优点是:
视镜及各种工艺接管口等。釜式反应器的筒体皆制成圆筒形。釜底和 釜盖常用的形状有碟形、平面形、球形和椭圆形，釜底一也有锥形， 如图1一2所示。 • (2)底和盖。 • 底和盖可以有各种不同的式样，常用的有折边椭圆形、折边球形、平 面形和蝶形，有时一也用锥形，如图1一3所示。各种底和盖式样的选 择是根据设备的操作条件来决定的。
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• (3)法兰。 • 罐体的上端和顶盖上均焊以成对的法兰，法兰之间安放填料，然后借
螺钉将其拧紧，以保证反应设备的密闭。法兰可由钢板切成(适用于 罐体直径不大的情况)，或由扁钢或角钢圈制，或用钢铸制，或者锻 制。关于法兰的直径、厚度、螺钉的规格、数量等均在国家标准中有 具体规定，法兰的常见种类如图1一4所示。 • (4)入孔。 • 在大多数反应釜的盖上都有入孔(或手孔)，入孔(或手孔)被用来加 • 人固态物料和清理、检修反应釜内部。入孔的直径为400Illtll(圆形的) 或300mmX 400mm(椭圆形的)，大部分入孔是圆形的。入孔(HG 2152821535一95)或手孔(HG 21515一21527 - 95)已有标准，设计时 根据设备的公称压力、工作温度以及所用材料上按标准直接选用，其 示意图如图1 -5所示。
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• ①紧凑，容易照看，安全。 • ②传动效率高。 • ③功率系数大。 • ④操作方便。 • 个别传动装置的两种形式: • ①齿轮减速器:齿轮减速器的速比不能很大，应用于搅拌器转速较高
的场合，100一400 r/min，如图1一16所示的是齿轮减速器装置。 • ②涡轮减速器:其速比可以较大，应用于需要低速搅拌的场合，20 • 120 r/min，如图1一17所示。对于转速小于20 r/min的搅拌器，则往
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