化学反应工程课件第三章釜式及均相管式反应器.ppt

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1、第三章釜式及均相管式反应器第三章釜式及均相管式反应器第二节连续流动均相管式反应器第一节间歇釜式反应器第三节连续流动釜式反应器第四节理想流动反应器的组合和比较第五节多重反应的选择率第六节半间歇釜式反应器第七节釜式反应器中进行的多相反应第一节间歇釜式反应器一、釜式反应器的特征釜式或槽式反应器都设置搅拌装置。釜式反应器大都用于完全互溶的液相或呈两相的液-液相及液-固相反应物系在间歇状态下操作。与化学实验室内装有电动搅拌器的玻璃三口烧瓶极为类似。间歇操作时，反应物料按一定配料比一次加入反应器中，容器的顶部有一可拆

2、卸的顶盖，以供清洗和维修用。在容器内部设置搅拌装置，经过一定的时间，反应达到规定的转化率后，停止反应并将物料排出反应器，完成一个生产周期。反应器内液相均相和气-液相反应的物料浓度处处相等。反应器内具有足够强的传热条件，无需考虑反应物料内的热量传递问题。反应器内物料同时开始和停止反应，所有物料具有相同的反应时间。间歇反应器的优点操作灵活，适应不同操作条件与不同产品品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。间歇反应器缺点装料、卸料等辅助操作要耗费一定的时间。连续操作的釜式反应器反应物料连续地加入和排

3、出，反应器内物料混合均匀，物料组成和温度相同，但一般进口处反应物料的温度低于反应器内的物料温度。可以根据需要利用传热装置调节反应器内物料的温度，连续操作的釜式反应器可以处于等温或绝热情况下操作。间歇及连续流动釜式反应器广泛用于含液相反应物料的系统精细合成中的液相反应及液-液非均相反应；有色冶金及化学矿加工中的液-固相反应；生物反应中的微生物发酵反应；聚合物生产中的乳液及悬浮液聚合；气-液-固非催化及催化的三相反应；油脂加氢或有机物氧化的气-液相反应；气-液相络合催化反应等过程。釜式反应器也可以在半间歇状态

4、下操作，属于非定态过程。二、间歇釜式反应器的数学模型单一反应关键反应组分A的物料衡算式可写成整理积分，可得：该式是液相单一反应达到一定转化率所需反应时间的数学模型。若反应过程为等容过程，则1/(rA)VxAxA0xAft/cA01/(rA)VcAcAfcA0t图3-3等温间歇液相反应过程反应时间的图解积分图3-2等温间歇液相反应过程的参数积分等温等容液相单一反应体积VR不变，以零级、一级和二级不可逆反应的本征速率方程代入：由于等容过程中，在计算中采用转化率和残余浓度两种形式表示反应要求。若要求达到规定转化

5、率，即着眼于反应物料的利用率，或着眼于减轻反应后的分离任务。另一种要求是达到规定的残余浓度，这完全是为了适应后续工序的要求，如有害杂质的除去即属此类。反应级数反应速率残余浓度式转化率式n=0n=1n=2n级n≠1表3－1间歇反应器中等温等容液相单一不可逆反应的动力学计算结果反应级数反应速率残余浓度式转化率式n=0n=1n=2n级n≠1表3－1间歇反应器中等温等容液相单一不可逆反应的动力学计算结果由表中所列结果，可以得出以下几点结论：对于任何级数的反应，当CA0、xAf或CAf确定后，kt即为定值：当k↗，

6、t↘；当k↘，t↗。对于任何级数反应都是如此。当转化率xAf确定后，反应时间与初始浓度的关系和反应级数有关。0级反应：，t和CA0成正比1级反应：，t和CA0无关2级反应：，t和CA0成反比比较不同反应级数的残余浓度和反应时间，可以发现：0级反应：，CA随t直线下降1级反应：，CA随t较缓慢下降2级反应：，CA随t缓慢下降对于一级或二级不可逆反应，在反应后期CA的下降速率，即xA的上升速率相当缓慢，若追求过高的转化率或过低的残余浓度，则在反应后期要花费大量的反应时间。三、间歇釜式反应器的工程放大及操作优化

7、工程放大反应体积VR—由反应物料的处理量决定反应器体积Vt>VR填充系数f=VR/Vt沸腾或鼓泡的液体物料，f取0.4~0.6不沸腾或不鼓泡的液体物料，f取0.7~0.85反应时间的优化以单位时间产物产量最大为目标对于反应：A→R，某时刻R的浓度为CR；单位操作时间的产品产量为：CRt0t0t+t0CRt以生产费用最低为目标设单位时间内反应操作费用为a，辅助操作费用为a0，固定费用为af，单位质量产品的总费用为：CRt0(a0t0+af)/at+(a0t0+af)/aCR(a0t0+af)/at配料比m=

8、CB0/CA0若有二级反应：A+B→P+S，，A昂贵，B价廉，使B过量。m越大，t越短；在高转化率下，m对反应时间的影响较明显。m很大时，B的消耗可忽略不计，使反应成为一级反应。代价：①反应器容积的利用率降低。②增加反应B组分回收利用的生产负担。4.反应温度对于简单反应，随着转化率增高，反应物浓度降低，此时可逐渐升高温度以补充浓度对反应速率的负面影响。对于复杂反应，要根据主、副反应的活化能相对大小来判断反应温度的高低，确定高选