管式連續(xù)結(jié)晶反應(yīng)器

制藥工藝連續(xù)結(jié)晶過程的實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制優(yōu)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過該實(shí)驗(yàn)裝置研究連續(xù)結(jié)晶過程的控制新理論與應(yīng)用方法、帶約束多目標(biāo)優(yōu)化方法。 2100433B

管式結(jié)晶器容量: 2.5 升, 管長(zhǎng)12米。

連續(xù)換熱研究背景

反應(yīng)器是食品添加劑、芳香除臭劑、脂肪酸及其衍生物等行業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，是生產(chǎn)過程中一系列設(shè)備中的核心設(shè)備，反應(yīng)器的型式、尺寸大小等，在很大程度上決定著產(chǎn)量和質(zhì)量，因此反應(yīng)器的選型、設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇最優(yōu)化的操作條件，是化工生產(chǎn)中極為重要的課題。

反應(yīng)器多種多樣，根據(jù)結(jié)構(gòu)型式可分為塔式反應(yīng)器、管式反應(yīng)器和釜式反應(yīng)器。根據(jù)操作方式可分為間歇、連續(xù)、半連續(xù)(或半間歇)三種方式。管式反應(yīng)器是應(yīng)用較多的一種連續(xù)操作反應(yīng)器，常用的管式反應(yīng)器有水平管式反應(yīng)器、立管式反應(yīng)器、盤管式反應(yīng)器和U形管式反應(yīng)器等型式。由于管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方、便耐高壓、傳熱面積大，特別適用于強(qiáng)烈放熱和加壓下的反應(yīng)，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、節(jié)省動(dòng)力、生產(chǎn)能力高等特點(diǎn)，因此廣泛用于氣相、均液相、非均液相、氣液相、氣固相、固相等反應(yīng)。為保證式反應(yīng)器內(nèi)具有良好的傳熱與傳質(zhì)條件，使之接近于理想置換反應(yīng)器，一般要求流體在管內(nèi)作高速湍流運(yùn)動(dòng)。管式連續(xù)換熱催化反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容是：選擇合適的反應(yīng)器型式；確定最佳的工藝條件；計(jì)算需要的反應(yīng)器體積。設(shè)計(jì)計(jì)算中所應(yīng)用的基本方程式是物料衡算式、熱量衡算式和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式，反應(yīng)過程如有較大的壓力降并影響反應(yīng)速度時(shí)，還要加上動(dòng)量衡算式。管式連續(xù)換熱催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算也就是上述方程組的求解。

連續(xù)換熱物料衡算

由于反應(yīng)器內(nèi)溫度和反應(yīng)物濃度等參數(shù)隨空間或時(shí)間而變，化學(xué)反應(yīng)速度也隨之改變，因而必須選取上述參數(shù)不變的微元體積和微元時(shí)間作為物料衡算的空間基準(zhǔn)和時(shí)間基準(zhǔn)。

對(duì)理想管式流動(dòng)反應(yīng)器建立物料衡算式，可以得到理想管式流動(dòng)反應(yīng)器的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方程式。物料在管式流動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行理想置換流動(dòng)時(shí)，物料衡算式有如下特點(diǎn)：

（1）物料流動(dòng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，反應(yīng)器內(nèi)各點(diǎn)物料濃度、溫度和反應(yīng)速度均不隨時(shí)間而變，故可取任意時(shí)間間隔進(jìn)行衡算。

（2）沿流動(dòng)方向物料濃度、溫度和反應(yīng)速度的改變。

（3）穩(wěn)定狀態(tài)下，微元時(shí)間、微元體積內(nèi)反應(yīng)物的積累量為零。

物料衡算式給出了反應(yīng)物濃度或轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)器內(nèi)位置或時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系。

連續(xù)換熱熱量衡算

反應(yīng)均有顯著的熱效應(yīng)，因此隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，物系的溫度也有所變化，而溫度變化又會(huì)影響反應(yīng)速度，必須通過熱量衡算計(jì)算反應(yīng)器內(nèi)各點(diǎn)溫度(或各個(gè)時(shí)間的溫度)，進(jìn)而確定該點(diǎn)(或該時(shí)間)的化學(xué)反應(yīng)速度。

與物料衡算一樣，應(yīng)選取溫度和濃度等參數(shù)不變的微元時(shí)間和微元體積為基準(zhǔn)。計(jì)算熱量時(shí)，同一熱量衡算式內(nèi)各項(xiàng)熱量應(yīng)取同一基準(zhǔn)溫度。

熱量衡算式給出了溫度隨反應(yīng)器內(nèi)位置或時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系式。物料衡算式、熱量衡算式和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式是相互依存、緊密聯(lián)系的。在物料衡算和熱量衡算聯(lián)立方程時(shí)，必須知道反應(yīng)器內(nèi)物料流動(dòng)混合狀況，因?yàn)?

流動(dòng)混合狀況影響著反應(yīng)器內(nèi)的濃度和溫度分布。生產(chǎn)實(shí)際中，細(xì)長(zhǎng)型的管式流動(dòng)反應(yīng)器，可以近似地看成理想置換反應(yīng)器。

連續(xù)換熱研究結(jié)論

進(jìn)行一個(gè)特定的化學(xué)反應(yīng)，采用數(shù)學(xué)模擬法完成反應(yīng)器的放大設(shè)計(jì)后，還需結(jié)合反應(yīng)特點(diǎn)通過對(duì)反應(yīng)器的性能進(jìn)行比較而選擇適宜的反應(yīng)器型式和操作方式。比較的依據(jù)為：第一，生產(chǎn)能力，即單位時(shí)間單位體積反應(yīng)器所能得到的產(chǎn)物量，也就是在得到同等產(chǎn)物量時(shí)所需反應(yīng)器體積大小的比較。第二，反應(yīng)的選擇性，即主副反應(yīng)產(chǎn)物的比例。副產(chǎn)物的多少影響著原料的消耗量、分離流程的選擇及分離設(shè)備的大小，因此應(yīng)選擇能提高主反應(yīng)產(chǎn)物的操作方式。反應(yīng)的選擇性往往是復(fù)雜反應(yīng)的主要矛盾，采用數(shù)學(xué)模擬法可使這一反復(fù)過程變得相對(duì)簡(jiǎn)單些。 必須指出，采用數(shù)學(xué)模擬法并不是說可以完全脫離實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，相反，它需要更為精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模擬計(jì)算過程和結(jié)果正確性，只是需要的實(shí)驗(yàn)量較小。 2100433B

管式爐按爐型分為：立式爐、圓筒爐、大型方爐；

按用途分為：化學(xué)反應(yīng)爐、加熱液體的爐子、氣體加熱爐、加熱混合相流的爐子。

管式爐分：

1、真空管式爐、氣氛管式爐

2、普通管式爐、旋轉(zhuǎn)管式爐、多工位管式爐

3、分體管式爐、一體管式爐、立式管式爐、臥式管式爐

4、單溫區(qū)管式爐、雙溫區(qū)管式爐、三溫區(qū)(多溫區(qū))管式爐

連續(xù)鑄造在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)被廣泛采用，如連續(xù)鑄錠（鋼或有色金屬錠），連續(xù)鑄管等。連續(xù)鑄造和普通鑄造比較有下述優(yōu)點(diǎn)：

1、由于金屬被迅速冷卻，結(jié)晶致密，組織均勻，機(jī)械性能較好；

2、連續(xù)鑄造時(shí)，鑄件上沒有澆注系統(tǒng)的冒口，故連續(xù)鑄錠在軋制時(shí)不用切頭去尾，節(jié)約了金屬，提高了收得率；

3、簡(jiǎn)化了工序，免除造型及其它工序，因而減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度；所需生產(chǎn)面積也大為減少；

4、連續(xù)鑄造生產(chǎn)易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，鑄錠時(shí)還能實(shí)現(xiàn)連鑄連軋，大大提高了生產(chǎn)效率 。