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连续搅拌釜式反应器的特征与优点是什么?


实验室k / 2019-02-14

       这种反应器是一个充分搅拌的反应釜,反应原料连续流入反应釜,(部分地)反应了的产物则连续地从釜中排出。由于这种反应器的形状大多是矮而大的(例如宽度与高度相同的筒形容器),故必须使其中的物料搅拌良好,否则,在进口与出口之间,就可能会出现流体的短路流动,而使反应器的大量容积基本上成为死角。

       连续搅拌釜式反应器的重要特征是搅拌。对其性能最恰当的初步近似估算,是基于这样的假设,即反应器内的物料完全混和,从而流出料液和器内的物料具有相同的组成,这是连续搅拌釜式反应器和管式反应器之间的重要区别。图4以图形表明了四种常见反应器型式间的差别。


       只要流体不太粘,完全混和这一近似假定,在连续搅拌釜式反应器内并不难达到。一般说来,若注入一物料微元(如注射入染料),当它比物料在釜内的平均逗留时间短得多的时间内就能在釜内均匀分布时,该反应釜就可认为是“完全混和”的。

       以后还可以看到,把几个连续搅拌釜式反应器串联起来,使反应物料从一个釜流向下一个釜,这样做常是有利的。其结果是使料液的组成自一个釜到一个釜发生逐级的变化。但这亦会引起短路流失:即某一分子一进入反应釜,有相当的机率,几乎立即窜入出口的液流中去。这也就是为什么通常需要把儿个反应釜串联使用的缘故,尤其在需要获得高转化率时。倘若只有一个或两个反应釜,未反应物料的流失就会很可观。虽然从某种意义上说,这种流失是搅拌的结果,但是,如果没有搅拌的话,则由于进口与出口间的主体物料流动,通常将会有更多的流失。

       浓度逐级变化的一般结果,将是使反应的平均速率,低于同样进料浓度时管式反应器的反应速率(但是,某些特殊类型的动力学,特別是自催化反应,在连续搅拌釜式反应器中,反而可能获得比管式反应器更高的反应速率。这些反应出现在某些生物化学过程中)。因此,在同样产量时,采用多级反应釜,其容积就要大很多,这在设计时是必须加以考虑的。比较缓慢的液相反应,广为采用这种连续搅拌釜式反应器,这从上述观点来看,似乎是不合理的,但是,由于和管式反应器相比,这种结构造价低廉,因此还是采用它。只要反应釜是在常压下操作且是用低碳钢之类廉价材料制作的,在任何情况下,从经济上考虑并不是重要的因素。

       除结构简单外,连续搅拌釜式反应器的另一优点就是容易控制温度。反应物在进入第一只反应釜之后,立即混和到容积很大且已经部分反应了的流体之中,又由于搅拌作用,就不致发生局部过热点。而且,连续搅拌釜式反应器的各釜,还提供了很大的冷却表面积。除去容器各自的外部传热表面外,还可由浸没冷却盘管的形式,提供巨大的内冷却表面。有时也可用排管代替盘管,如生产硝化甘油的施米特(Schmid)硝化器即是一例。

       连续搅拌釜式反应器与管式反应器相比,尚具有结构的可开启式这一优点,这使得它便于清洗内部表面,对那些易有固体物质沉积在表面的反应来说,这是很重要的。例如聚合反应过程以及那些会生成胶状副产物的反应。

       由于以上各种原因,连续搅拌釜式反应器的典型应用范固有:磺化、硝化及聚合等连续过程,它被十分广泛地应用于有机化学工业,尤其是塑料、炸药、合成橡胶生产等方面。连续搅拌釜式反应器还用于特别需要搅拌的场合:例如,为了使气泡或固体颗粒在液相内保持悬浮;或者,像苯或甲苯的硝化反应,要使一种液体的液滴在另一种液体中保持悬浮。这些反应的反应速率与悬浮液的分散程度,也就是与搅拌的强烈程度密切有关。

       某些气相反应,如燃烧、气态烃的氯化等,即使不用任何机械搅拌,但有时亦可使之如同在单级的连续搅拌釜式反应器中进行,反应器形状和气体入口喷嘴(例如切向进口)的位置,应力求使反应气体达到充分混和,避免在反应器内出现热点。


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