釜式及均相管式反应器

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1、第三章釜式及均相管式反应器本章授课内容第一节间歇釜式反应器第二节连续流动均相管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上次课相关内容回顾全混流反应器的特点和数学模型特点：反应器内各点参数相同，且不随时间而变，与出口处参数也相同。数学模型：全混流反应器易于实现自动控制，但反应器的生产能力较低。多级全混流反应器的串联数学模型：计算方法：解析计算、图解计算。在总体积一定的条件下，串联级数越多，组合反应器的总体性能越好。但是，工程上一般不超过4级。上次课相关内容回顾3.多级全混流反应器串联的优化分为

2、设计优化和操作优化两类：设计优化物料处理量、进料组成、最终转化率由生产工艺规定，串联级数通过综合分析确定，优化的目标是：通过合理分配各级转化率，使所需反应器总体积最小。现以一级不可逆等容反应，各级温度相同为例，讨论多级串联全混流反应器设计优化问题。根据全混流反应器的设计方程，总体积为为使VR最小，可将上式分别对xA1、xA2……、xAm-1求偏导数，则为使VR最小，必须满足：　　　　　　，=VRi=VRi+1即化简得：两边同乘以　，得：即：对一级不可逆等容反应，各级反应釜的温度均相同，采用多级全混釜串联时，要保证总的反应体积最小，必需的条件是各釜的反应体积相等。对于其他级数的反应，可仿照上述

3、办法求得最佳转化率的分配。上面的讨论是建立在各级温度相等的前提下来考虑的，若考虑各釜不等温，还存在着各釜最佳温度分布的问题。结果分析讨论3.多级全混流反应器串联的优化操作优化多级全混流反应器的操作优化是指串联级数和各级反应器体积确定的条件下，优化操作参数，使目标函数最大。目标函数：产量最大，转化率最高，原料单耗最小，单位成本最小等。操作参数：反应温度、进料流量、进料组成、催化剂及用量等。参考资料：朱开宏主编，化学反应工程分析，高等教育出版社H.斯科特•福格勒主编，《ElementsofChemicalReactionEngineering》（影印版），化学工业出版社三、全混流反应器的热稳定性

4、物体的稳定性：1.热稳定性的概念平衡状态平衡状态干扰后干扰后稳定平衡不稳平衡AB反应器的热稳定性：当反应器处于热平衡时（放热速率＝移热速率），干扰因素使反应器内的温度发生微小的变化（偏离平衡），若反应温度会自动返回原来的平衡状态，此时称该反应器是热稳定的；若反应温度不能返回原来的平衡状态，此时称该反应器是热不稳定的。反应器为什么存在热稳定性问题？对于放热反应，当干扰因素使得反应温度升高时，反应速率随之加快，放热速率也随之加快，若移热速率增加较慢，则反应温度进一步上升，因而出现恶性循环，反应器将出现热不稳定的情况。对于放热反应，当干扰因素使得反应温度降低，结果又会怎样呢？对于吸热反应，反应器是

5、否存在热稳定性问题？一般换热过程呢？2.全混流反应器的热稳定性以一级不可逆等容放热反应为例。对于一级不可逆等容反应：该式表示了放热速率QR与反应温度T之间的关系。放热速率：所以放热速率：QTQRK：总传热系数F：传热面积Tc：冷却介质温度T0：进料温度该式表示了移热速率QC与反应温度T之间的关系，它们之间是线性关系。移热速率：将移热速率以下式表示：QTQR123QC分析“1”、“2”、“3”各点的平衡性和热稳定性？QTQR123QC对于“1”点：稳定点T降低，QC＜QR，T回升。T升高，QC＞QR，T回落；QTQR123QC对于“3”点：稳定点T升高，QC＞QR，T回落；T降低，QC＜QR，

6、T回升。QTQR123QC对于“2”点：不稳定点T升高，QC＜QR，T继续升高;T降低，QC＞QR，T继续降低。QTQR123QC分析“4”、“5”、“6”、“7”各点的平衡性和热稳定性？4567熄火点着火点全混流反应器各操作点热稳定性判据：稳定条件：平衡条件：3.全混流反应器热稳定性的影响因素进料温度T0只改变QC的截距，不改变QC的斜率，也不改变QR。（1）物料进口温度QTQR123QC456789ABCDE通过进料温度T0的改变，可选择合适的操作点；可进行平稳的开、停车操作。进料流量V0的变化，可改变QC的截距和斜率，也改变QR曲线的形状。（2）物料进料流量“9”、“8”、“7”点为热

7、稳定的操作点；“6”点为不稳定的操作点，反应容易被“熄火”。（3）冷却介质温度TcQT123456789ABCDETc逐渐提高（4）换热面积F增大换热面积，可提高反应器的热稳定性。（5）总传热系数K增大总传热系数，可提高反应器的热稳定性。（6）进料浓度CA0增大进料浓度，将降低反应器的热稳定性。参数的灵敏性：各因素对反应器热稳定性的影响程度是不一样的。4.最大允许温差最大允许温差是指热稳定条件下，反应温度与换