化学反应工程-第章均相反应器课件

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1、第3章均相反应过程第一讲雷泽zelei@home.ipe.ac.cn本章要求：•掌握均相反应器设计计算的基本原理和方法；•熟悉各种均相反应器的性能特征，并能结合反应的特点选择反应器形式和操作方式。几种典型简单反应器V,CA0•分批操作釜式（完全混合）反应器（BR）VBatchReactor------间歇反应器•半分批操作釜式反应器（SBR）SemibatchReactor成分A•连续操作平推流反应器（PFR）成分BPlugFlowReactor•连续操作釜式反应器（CSTR）ContinuousStirredTankreactorCAV,CA生成物R反应器开发的任务：•根据反应动力学特性来

2、选择合适的反应器型式；•结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化操作设计；•根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器的几何尺寸并进行某些经济评价。3.1物料在反应器内的流动模型•流动模型为研究反应器内流体的实际流动型态，在不改变其实际性质的前提下，对流体流经反应器时的实际流动和混合状况的本质规律加以适当的理想化的描述。这种适当理想化的流动形态称为流动模型。理想置换理想流动模型理想混合（本节讨论）流动模型非理想流动模型轴向分散模型多级串联模型3.1.1平推流模型（或活塞流、或理想置换）•反应物料按一定的流率定态操作条件下进入反应器，并且以一致的方向向前移动，在整个截面上各处的流

3、速完全相等。T、c、p、u相等•特征：流体所有粒子在反应器中的停留时间相同，并且等于流体通过该反应器所需的时间。管式反应器中流体的流动型式基本上是理想置换。3.1.2全混流模型（理想混合、完全混合）•流体以定态流率进入反应器后，刚进入反应器的新鲜物料粒子与存留在反应器中的粒子能在瞬间发生完全混合（新旧混合时间t=0）。•基本特征：T,C∞T,C整个反应器中1.釜内各点的T、C都相同；2.釜内各点的T、C=出口处的物料的T、C。Ø时间（1）反应时间tr反应物料从开始反应至达到某一要求转化率所持续的时间。（2）停留时间t和平均停留时间t–停留时间t：物料质点进入反应器至离开反应器所经历的时间；–

4、平均停留时间t：物料流中各质点在反应器中t=Võ的停留时间的平均值。流体在反应器内的体积流量（1）空时ô在连续流动反应器中，反应体积V与指定状态下进料流体的体积流量õ0之比，称为空间时间，简称空时。ô=V反应器体积=[s]í0进料的体积流量空时的物理意义：在指定状态下，反应器处理与反应体积相等量的物料所需的时间。（2）空速SV•在连续流动反应器中，指定状态下进料流体的体积流量õ0与反应体积V之比，称为空间速度，简称空速。SV=õ0/V=1/ô[S-1]（3-4-2）空速的物理意义：在指定状态下，单位时间、单位反应体积内所能处理的物料体积。Ø混合与返混•同龄混合——一般意义上的混合。•非同

5、龄混合——返混–完全不返混——活塞流模型–完全返混——全混流模型–部分返混•微观混合——分子尺度上的混合•宏观混合——分子微团上的混合A→P恒容反3.2简单反应器3.2.1间歇反应器应，取一小滴液即代表全釜。求达到规定的转化率物料在反应器内所需的反应时间。作微元时间dt内的物料衡算：dt时间内dt时间内dt时间内进入反应排出反应由于反应=++器中物料器的物料而消失的A的量A的量A的量0=0+(-rAV)·dt+dt时间内反应器的物料A的累积量dnA(−rA)V⋅dt+dnA=0(−rA)V=−−dnA0(1−xA)dnAQ−=−=nA0dtdt⇒dnAdtdxAdtdxAdtdxAxAt

6、=nA0∫分离变量，积分⇒0V(−rA)dxAt=cA0∫恒容时，0cA0−cA(−rA)dcA（3-2-1）xA=将cA0cAt=−∫⇒dxA=−代入式（3-2-1），得：cA0dcA（3-2-2）cA0(−r)A分批式操作反应器的基本设计方程式将不同级数反应的(-rA)表达式代入设计方程可得到不同级数反应的反应时间和转化率计算式：以一级反应为例，(−rA)=kcA1cA0t=−∫cA0(−r)AdxAxAt=cA0∫=−∫AcA0kcA=cA0∫=lnkcAcA0dxAxA∫=A(−rA)cA0(1−xA)k0A1=ln1k1−xA式（3-2-1）和式（3-2-2）也可采用图

7、解积分求解。dcAt=−∫cA0(−r)(−rA)A1-rA面积=t/cA00xA1-rA面积=t0cAcA0图3-2-1恒容情况下分批式操作反应器的图解计算Ø计算反应器体积对连续操作的釜式反应器，处理一定量的物料所需反应器占有时间=反应时间（t）+辅助时间（t’）反应器有效容积（反应体积）;(日处理量V=×t+t'24()=õ0t+t'每小时处理的物料的体积)Ø计算反应器的体积•反应器的实际