8 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例3-3：液相一级不可逆分解反应A→B+C于常温下在一个2m3全混流反应器中等温进行。进口反应物浓度为1kmol·m-3，体积流量为1m3h-1，出口转化率为80%。因后续工段设备故障，出口物流中断。操作人员为此紧急停止反应器进料。半小时后故障排除，生产恢复。试计算生产恢复时反应器内物料的转化率为多少？解：首先求反应速率常数，对全混流反应器，转化率为80%时-3c1(1-80%)=0.2kmolmAfvc0A0cAfVRccA0Af2102.=2hk-1VR102.krv

2、rAAf0f全混流反应器切断进出料即为间歇反应器3.2稳态全混流反应器三、复杂反应单个全混釜设计选择性和收率复杂反应过程应主要考虑的问题某时刻生成主产物R时关键组分A的消耗速率瞬时选择性s某时刻关键组分A的总消耗速率全混釜的瞬时选择性等于总选择性3.2稳态全混流反应器对于一级连串反应过程kk12ARSrkcA1ArkckcR1A2R对反应物A：cccA0AfA0cAfkck11Af13.2稳态全混流反应器0对主产物R：流入量=流出量+反应量+累积量0FFrV-R0RfRfR0-vcrV0RfRfRvc0RfVRrAfck

3、cRf1AfcRfkckck11Af2Rf23.2稳态全混流反应器kc1AfcRfk12kcc1A0A0ccRfAfkk11k1121ckRf1YRcA0k111k2dY1R欲使主产物R的收率最大，有：0optdkk123.2稳态全混流反应器cA0cRfmax21k/k211YRmax21k/k21在全混流反应器中，一级连串反应中间产物R的最大收率只与两步反应速率常数有关，与流体通过反应器的空时无关3.2稳态全混流反应器例3-4:原料以0.5m3/min的流量连续

4、通入反应体积为20m3的全混流反应器，进行液相反应：AR=krcA1A22RD=krcD2Rc,c为组分A及R的浓度。r为组分A的消耗速率ARA，r为D的生成速率。原料中A的浓度等于D0.1kmol/m3，反应温度下，k=0.1min-1，1k=1.25m3/kmol.min,试计算反应器出口处A的转2化率及R的收率。3.2稳态全混流反应器解：V20R40minv.050cxxA0AAkc1A01xA011.xAx.08A3cAcA01xA002kmol/m.3.2稳态全混流反应器对中间产物R：cR402kc

5、2kc1A2R3将c.002kmol/m代入，可得：A2100cc008.0RR3解得：c.002372kmol/mRc002372.RY.02372R0c.01A3.2稳态全混流反应器四、简单反应多釜串联思考1.用一个大反应器好还是几个小反应器好?（VR最小)2.若采用多个小反应器，是串联好还是并联好？（VR最小)3.若多个反应器串联操作，则各釜的体积是多少？或各釜的最佳反应体积比如何？3.2稳态全混流反应器图解分析正常动力学ABD1单釜rAcX0A0Af2FEVRrAf2HK0xxAf1Af2两釜串联xAcXc()XX0A0

6、Af10A0Af2Af1VRrrAf12Af3.2稳态全混流反应器小结正常动力学，反应速率r随xA增加而降低。A多釜串联比单釜有利，总反应体积小于单釜体积。对于正常动力学，串联的釜数增多，则总体积减小。(但操作复杂程度增大，附属设备费用增大）反常动力学，反应速率r随xA增加而增加。A单釜的反应体积小于串联釜的总体积。3.2稳态全混流反应器四、简单反应多釜串联平推流反应器的物料参数如浓度等沿流动方向变化。对于等温反应，很难控制整个反应器内物料温度均匀。对于全混流反应器，物料参数是均匀的，对于物料温度的控制比较容易，但推动力较小。在有机反应中，特别是多重

7、反应，要求反应过程中物料浓度温度等参数保持稳定，否则极易发生副反应，所以一般选择全混流反应器。为了满足工艺要求，又要提高反应推动力，人们把一个大的反应器分割成m个小的全混流反应器，然后串联起来，称为“多级串联全混流反应器”。3.2稳态全混流反应器多级全混流反应器的串联的计算cccccAmA0A1cAi-1AiA2v0v0v0vvv000cA1ccccA2Ai-1AiAmVR1VR2VRi-1VRiVRm3.2稳态全混流反应器解析计算假设：稳定状态，等温，等容。对第i级作A的物料衡算，则有：vc(1x)vc(1x)rV0A0Ai-10A0AiAiRiv

8、c()xx0A0AiAi-1V则R