理想反应器整章教案免费

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1、齐齐哈尔大学化学反应工程教案第三章理想反应器（IdealReactor）所谓反应器的特性主要是指器内反应流体的流动状态、混合状态以及器内的传热性能等，它们又将随反应器的几何结构和几何尺寸而异。反应器内不仅存在浓度和温度分布，还存在流速分布。理想反应器有两类：理想混合（完全混合）反应器和平推流（活塞流或挤出流）反应器。完全混合反应器是指器内反应流体处于完全混合状态，在反应器内的混合是瞬间完成的，以致在整个反应器内各处物料的浓度和温度完全相同。且等于反应器出口处物料浓度和温度，返混达最大限度。平推流反应器是指器内反应物料以

2、相同的流速和一致的方向进行移动，完全不存在不同停留时间的物料的混合。不存在返混。具有良好搅拌装置的釜式反应器近似按完全混合反应器处理，而管径小，管子较长和流速大的管式反应器按平推流反应器处理。3.1分批式操作的完全混合反应器所谓分批式（又称间歇）操作，是指反应物料一次投入反应器内，而在反应过程中不再向反应器投料，也不向外排出反应物，待反应达到要求的转化率后再全部放出反应产物。分批式操作的缺点：非生产性的操作时间长（即每次投料、放料、清釜和加热的时间），产物的损失较大且控制费用较大。——=00（-r）V可得A的衡算式：写

3、成转化率的形式x：=（-r）V-39-齐齐哈尔大学化学反应工程教案积分得：或t==－(V恒定)t为使A反应达到所要求转化率x所需时间，非生产时间t,每批操作所需时间为t+t。对于等温分批式操作直接将－r代入积分可得t。但大多数是非等温操作（绝热操作和变温操作）。3.1－1变温操作用夹套内蒸汽加热，用冷却盘管放热。反应器内热量衡算：＋＝UA（T－T）(-H)(-r)V即UA（T－T）+(-H)(-r)V=式中：U为总括传热系数，A为传热面积，c和为反应流体的定容比热和密度，H反应的焓变，T冷却（或加热）介质的温度。对于恒

4、容过程，将=-rV代入上式＝＋（T－T）式中（－H）-39-齐齐哈尔大学化学反应工程教案上式为变温操作热量衡算式，要求反应时间要将t==－联立求解。3.1－2绝热操作(-H)(-r)V=对于恒容过程有＝或＝（（－H））t=0,T=T,=。积分得T=T=（-）注：当原始物料中不含产物则=0，如含有产物p（若为）,则须按计量系数换算。=式中为原始物料中A的浓度，=+表示当原料按无产物基准来换算的组分。利用T=T+（-）代入t==－求所需时间t。例1.一级不可逆液相反应A=2R其中：k=9.52×10exp(h)，已知：H=

5、，A（吸热反应）；=反应物料=0,R的分子量M=60，=2.30要求反应终了A的转化率x为0.7，装置生产能力为50000kg产物R／天。所提供的加热蒸汽可在所不惜110℃至180℃之间调节。根据估算t=0.75h，试求：-39-齐齐哈尔大学化学反应工程教案1）50℃下进行等温操作所需的有效容积？传热系数为1799.2kJ/mh℃。2）温操作所需的容积？初温50℃，最高温超过65℃，相应的传热面积？解：1）等温操作(i)反应时间t的计算t===lnk=0.92t==1.13h每批操作时间为（t+t）=1.31+0.75

6、=2.06h(ii)反应器容积确定：终了时的浓度，C=2x=3.22=V==22.2m(iii)加热面积和蒸汽湿度控制反应初期C最大，传热速率应最大，开始采用180℃蒸汽加热，＝0，即A＝（－r）为C＝C＝2.3kmol/m时的速率。A＝＝10.25m反应速率渐小，蒸汽温度也下降，最低110℃，首先确定T＝110℃，A＝10.25m的条件下仍在50℃的转化率x,(1--39-齐齐哈尔大学化学反应工程教案=1=0.46当反应进行到x=0.46时，温度降至下限，只能靠降低传热面积。=6.653.1-3分批式操作的优化分析用

7、两种目标进行优化:1.着眼于反应器的平均生产速率Y为最大的优化上式对t求导:也可以可用图解法求得使反应器平均生产率最大时的转化率和反应时间。例:计算上题中等温操作反应器的平均生产速率为最大时的转化率和反应时间。解:微分得或用试差法解满足Y为最大的=1.066h.-39-齐齐哈尔大学化学反应工程教案平均生产速率2.以生产经费最低为目标的优化若以a表示反应时的操作费用(元/小时)；a为非生产费用(元/小时)，a固定消费(元)，单位生产量的总费用T.C.为:T.C.=用上式可求满足生产费用最小的条件。例:P48页C解:(i)

8、反应容积t==利用表中数据t=1.79hV===51.4m(ii)计算Y最大的反应时间计算所得x标绘，t=的点对x曲线作切线，该切点x和t即为和。=0.31=1.6h(iii)由横坐标的点向x-t曲线引切线，相应的切点的时间即为所要求的最优时间。=0.42=2.9h(T,C)最小=元/Rmol.R3.2半分批式操作的釜式反应器-3