化学反应工程 第3章均相反应过程课件.ppt

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1、第3章　均相反应过程3.1概述目的：介绍工业均相反应过程开发及均相反应器设计计算中有关的基本原理和方法需解决的问题：（1）如何通过实验建立反应的动力学方程并加以应用；（2）如何根据反应的特点与反应器的性能特征选择反应器型式及操作方式；（3）如何计算等温与非等温过程的反应器大小及其生产能力。分类：按照操作方式，可以分为间歇过程和连续过程，相应的反应器为间歇反应器和流动反应器。第3章　均相反应过程反应器开发的任务：（1）选择合适的反应器；（2）确定操作方式的优化设计；（3）确定反应器尺寸和进行经济评价。反应器的特性：流动状态混合状态传热特性这些特性因反应器的几何结构及几何尺寸而异3.1概述1.间歇

2、反应器物料一次性加入，反应一定时间后把产物一次性取出，反应是分批进行的。物料在反应器内的温度和浓度是均一的。温度与温度都是均一的处处相等。物料不断地加入反应器，又不断地离开反应器。物料在反应器内的流动过程不同。有的物料正常的通过反应器，有的物料进入反应器的死角，有的物料短路（即近路）通过反应器，有的物料在反应器内回流。停留时间不同的流体颗粒之间的混合，称为“返混”将导致反应效率的降低。2.流动反应器在流动反应器中物料的流动过程不相同，造成物料浓度不均匀，经历的反应时间不相同，直接影响反应结果。我们采用流动模型来描述物料在反应器内的流动状况。平推流反应器全混流反应器：其特点返混无穷大平推流反应器

3、：其特点是反应器无返混全混流反应器流动模型分类如下：理想流动模型流动模型非理想流动模型流动模型是专指流动反应器而言的。对于流动反应器，必须考虑物料在反应器内的流动状况。平推流模型全混流模型平推流反应器（活塞流或理想排挤流等）平推流反应器是指其中物料的流动状况满足平推流的假定。平均停留时间相等，无返混。也即某一时刻进入反应器的流体，到某一时刻同时流出反应器。全混流反应器（也称完全混合流或理想混合流）全混流反应器，是指反应器中的流动状况满足全混流的假定的反应器。返混无穷大的含义，指新鲜的物料，进入反应器，即于反应器内原有的物料达到充分完全的混合，意味着反应器中的温度和浓度处处相等。出口的温度、浓度

4、同反应器内。温度和浓度不随时间变化，反应速率处处相等并保持恒定。平均停留时间：进入反应器的物料颗粒在反应器中的停留时间可能有长有短，形成一个时间分布，称为停留时间分布，常用平均停留时间来描述。平推流和全混流都是理想的连续流动反应器。实际反应器中的流动状况，介于这两种理想流动之间。之所以研究理想反应器是为把问题简化，把接近于理想流动的过程当作该种理想流动来处理。空速：在规定条件下，单位时间内进入反应器的物料体积相当于几个反应器的容积，或单位时间内通过单位反应器容积的物料体积。空时：进入反应器的物料通过反应器体积所需的时间τ。年龄反应物料质点从进入反应器算起已经停留的时间；是对仍留在反应器中的物料

5、质点而言的。寿命反应物料质点从进入反应器到离开反应器的时间；是对已经离开反应器的物料质点而言的。返混又称逆向返混，不同年龄的质点之间的混合。是时间概念上的混合3.2简单反应器理想反应器理想间歇式反应器简称间歇式反应器理想平推流反应器简称平推流反应器理想全混流反应器简称全混流反应器理想反应器的分类反应消耗累积流入流出反应单元间歇式反应器中的物料平衡：1、间歇式反应器1、间歇式反应器间歇反应器的性能方程首先进行物料平衡单位时间反应器A的累积量单位时间流出反应器A的量单位时间反应消失的A的量单位时间进入反应器A的量=单位时间反应消失的A的量＝（-rA）V物料平衡：流入＝流出＋反应＋累积0＝0+（-r

6、A）V+d(VcA)/dt若反应为恒容也可以这样写(对于恒容反应)(一般式)(恒容)从而得出反应时间和转化率关系的理想反应的间歇式反应器性能方程一级不可逆反应在一间歇式反应器中进行，求在50℃反应转化率达70%所需的时间。已知：例题：计算反应时间据已知条件分析：1）一级不可逆反应就可写出速率方程；2）间歇式反应器，50℃反应转化率达70%指由0－70%需要的时间，可应用间歇式反应器性能方程；3）由AR可知是等摩尔反应，无论是否液相反应都是恒容的；4）据k的值，可推知活化能E和指前因子5）反应温度50℃转换为绝对温度解：50℃的反应速率常数反应时间-7448.4/(273.15+50)计算结

7、果t仅为反应时间间歇式反应器的操作周期中还包括非反应时间，反应前的升温（或降温）、反应器的清洗等非反应过程间歇式反应器的特点:1）结构简单；2）操作灵活；3）适合小品种、多批次生产；4）非反应时间的延长，使得生产效率低；5）难于控制每批生产的条件，故质量不稳定。3.2简单反应器2、平推流反应器单位时间进入反应器划定体积微元的A的摩尔数单位时间流出反应器划定体积微元的A的摩尔数单位时间划定体积微元反