理想均相反应器计算

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1、第二节理想均相反应器计算反应器的开发大致包括:根据化学反应动力学特性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条件;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一反应器设计基础在工业上发生化学反应过程的装置称反应器;反应器的形式和操作操作方式有很大差异;本质上,反应器的类型不影响化学反应动力学;但是不同类型的反应器物料在其中的流动状况不同,物料在反应器中的流动会引起物料之间的混合;简单混合不影响化学反应过程的进行;存在返混时,反应器内物料的组成将受影响;若是处于不同进料时间的两股物料之间发生混合,由于物料在反应器内停留时间不同,反应程度不同,化

2、学反应速率也将发生变化.尽管反应动力学方程不发生变化,但组成的变化将影响反应速率,因而影响整个反应器内的反映情况.按物料在反应器中返混情况作为反应器分类的依据将能更好的反映出其本质上的差异。（1）间歇反应器：反应器内物料被充分混合，由于物料为同一时间进料，物料间的混合过程为简单混合，不存在返混；（2）理想置换反应器（平推流或活塞流反应器）：在反应器内物料允许做径向混合（简单混合）但不存在轴向混合（无返混）。（3）连续操作的充分搅拌反应器（全混流反应器）该反应器种物料返混达到最大。（4）非理想流反应器介于平推流反应器和全混流反应器之间，存在部分返混。（1-3）为理想流动反应器二反应器设计的基

3、础方程反应器的设计包括：在确定的生产任务条件下，即已知原料量、原料组成和对产品要求，通过设计计算，确定反应器的工艺尺寸（反应器直径、高度等）。反应器的校核计算已有一给定的反应器（已知反应器大小），确定产品达到一定质量要求的前提下，能否完成产量；或保持一定产量时，质量是否合格。反应器设计计算设计的基础方程式：动力学方程式、物料恒算方程式和热量恒算方程式。1.物料衡算（1）物料衡算是针对一具体的体系（体积元）。该体积元有确定的边界，由这些边界围住的体积称为系统体积。在体积元内进行物料衡算：间歇操作中，物料分批加入或输出，所以1、2相为0；连续操作，4相等于02.热量衡算化学反应速率和温度密切相

4、关，温度条件取决于反应放出或吸收的热量和换热条件，必须将物料和热量衡算方程结合处理。间歇操作：1、2项为零；连续流动反应器5为0；根据物料和热量衡算得到反应器的基本设计方程式，结合动力学方程可计算反应器的体积。三几个时间概念（1）反应持续时间（反应时间）指反应物料进行反应达到所要求的转化率所需要的时间。主要用于间歇反应器，不包括装料、卸料、升温、降温等非反应的辅助时间。（2）停留时间（接触时间）和平均停留时间流体微元从反应器入口到出口经历的时间。主要用于连续流动反应器。由于流动状态和化学反应的不同，物料微元体在反应器中的停留时间是各不相同的，存在一个分布，称为停留时间分布。各流体微元从反应

5、器入口到出口所经历的平均时间称为平均停留时间。（3）空间时间反应器有效容积与流体特征体积流率的比值。流体特征体积流率是在反应器入口温度和压力下，转化率为0时的体积流率。表示在规定条件下，进入反应器的物料通过反应器所需要的时间。反映了连续流动反应器的生产强度。（4）空间速度（空速）在单位时间内投入单位有效反应器容积内的物料标准体积。对于气固相催化反应，空间速度为在单位时间内通过单位催化剂体积体积（质量）的物料标准体积流率。通常用于比较设备生产能力的大小。四间歇反应器（BatchReactor,简称BR）常见的是带有搅拌器的釜式反应器，通常设置有夹套或盘管以加热或冷却反应，控制反应温度。通常用

6、于产值高、批量小的产物生产。1特点：（1）反应器内有效空间中各位置的物料温度和浓度相同；（2）物料停留时间相同，不存在不同停留时间物料的混合，无返混现象；（3）出料组成和反应器内物料的最终组成相同；（4）为间歇操作，有辅助时间。一个生产周期包括：反应时间、加料时间、出料时间、清洗时间、加热（冷却）时间等。2.确定反应时间求取达到规定的转化率物料在反应器中所需的反应时间。对整个反应器在微元时间内进行衡算：间歇反应器基本设计方程式讨论：达到规定转化率需要的反应时间取决于cA,0和rA,与反应体积无关。在设计时，只要cA,0和rA相同，所需反应时间相同。动力学方程通常在间歇反应器内测定。在间歇反

7、应器放大时，只要保证大、小反应器的温度和混合条件相同，可根据小试结果直接设计和放大反应装置。3.计算反应器体积对于给定的生产任务，即单位时间处理的原料量和原料组成，以及达到的产品要求和辅助时间，动力学等均作为给定的条件，要求计算出间歇反应器的体积。例在343K,等摩尔比的己二酸和己二醇以硫酸为催化剂，在间歇操作搅拌釜式反应器中进行缩聚反应生产醇酸树脂。以己二酸为关键组分的反应动力学公式-rA=kcA2,cA0=4*10-