6 第3章 理想流动均相反应器

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1、第3章理想流动均相反应器设计河北科技大学化学与制药工程学院张向京•3.1间歇釜式反应器(BSTR)•3.2稳态全混流反应器(CSTR)•3.3平推流管式反应器(PFR)•3.4反应器类型、操作方式及过程优化反应器设计的基本方程化学动力学方程第2章中讲过物料衡算方程计算反应体积热量衡算方程计算温度变化动量衡算方程计算压力变化物料衡算方程某组分流入量=某组分流出量+某组分反应消耗量+某组分累积量反应单元流入反应消耗流出累积反应器反应单元流入量流出量反应量累积量间歇釜式整个反应器00√√平推流(稳态)微元长度√√√0全混釜(稳态)整个反应器√√√0非稳态√√√√3.1间

2、歇釜式反应器一、釜式反应器的特征基本结构3.1间歇釜式反应器操作状态3.1间歇釜式反应器特点:1由于剧烈搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度上的均匀，且反应器内浓度处处相等，因而排除了物质传递对反应的影响；2具有足够强的传热条件，温度始终相等，无需考虑器内的热量传递问题；3物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相同的反应时间。优点：操作灵活，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产精细化工产品的生产缺点：装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量不稳定3.1间歇釜式反应器二、间歇釜的一般设计方程温度均一对整个反应器进行物料衡算浓度00流入量=流出量+反应量+累积量单位

3、时间内反应量=单位时间内消失量dnArVARdt3.1间歇釜式反应器由于nn(1x)AA0AdnxA0(1A)dxArVnARA0ddtt分离变量并积分nxxAfdxAfdxA0AAtcA0V00rrRAA入口物料中不含产物的情况3.1间歇釜式反应器等容过程，液相反应cAcA01－xAdcddccxdxAAA0AAcA0xcAfdxAfdcAAtcA00rrcA0AA以转化率表示，主要是着眼于原料的利用率，或是减轻反应后的分离任务。以残余浓度表示，主要是为了适应后续工序的要求，如有害杂质的去除。3.1间歇釜式反应

4、器图解积分xAfdxcAfdcAAtctA00rcA0rAAtxAf1cA01dxtcd0AcAcrAfrAA0A)V)VrArA((1/1/t/ctA0xcccA0xAfxAfA0A1/rA－xAt/cA01/rA-cAt3.1间歇釜式反应器等温等容过程的积分结果反应级数反应速率残余浓度式转化率式ktccktcxA0AA0An=0rkktAcAcA0ktxAcA0c1A0ktlnktlnc1xn=1rkcAAAAccekt1ktAA0xeA111xAktkt2cccxA01An=2rkcAA0cckt

5、AAA0cA0xAA1ckt1cktA0A0n级111nnnkt()cc11－nnrkcAA0（1－xA）1(n1)cktA0n≠1AAn13.1间歇釜式反应器由表中所列结果，可以得出以下几点结论：(1)对于任一级反应，当cA0、xA或cA确定后，kt即为定值：当k↗，t↘；当k↘，t↗。(2)当转化率xA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：ktcxA0A，tc与A0成正比11级反应：ktln，tc与无关1xA0A1x2级反应：ktA，tc与成反比A0cx1A0A利用上述的反应特性，可以定性判别反应级数，例

6、如确定xA，然后测定tc与A0的关系，判别反应级数。3.1间歇釜式反应器(3)残余浓度和反应时间的关系（转化率和反应时间的关系）与反应级数有关。0级反应：cAcA0kt，ctA随直线下降kt1级反应：cAceA0，ctA随较缓慢下降ccA0ct随2级反应：A，A缓慢下降1cktA0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。3.1间歇釜式反应器三、间歇釜的热量衡算蛇管3.1间歇釜式反应器电加热外盘管3.1间歇釜式反应器反应等温进行时：[单位时间内由反应

7、产生的热量]=[单位时间内通过冷却面传出的总热量]=[单位时间内由冷却介质带走的总热量]r(-H)VKAT-T()CVTAArqWapvWW3.1间歇釜式反应器四、间歇釜式反应器的工程放大及操作优化1工程放大反应物达到一定的转化率所需的反xAfdx应时间，只取决于过程的反应速率，AtcA00r与反应器的大小无关，反应器的大A小由反应物料的处理量决定。反应条件相同实验室结果工业过程设备结构合理放大3.1间歇釜式反应器反应体积＝单位时间所要处理的物料体积×操作周期反应时间t辅助时间t0由生产任务决定装料卸料清洗VRvtt00VR沸腾或鼓泡的液体，