7 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2反应时间的优化辅助时间15反应时间5101520产品产量20303537平均产量11.21.171.06反应物浓度降低产量增加反应时间延长产物生成速率降低单位操作时间的产品产量不一定增加存在一最优操作时间单位操作时间的产品产量最大3.1间歇釜式反应器对于反应AR若要求产物R最终的浓度为cRVcRR则单位操作时间的产品产量为PRtt0将上式对反应时间求导，并令其等于0：dcVttRcdPR0dtRR02

2、dttt03.1间歇釜式反应器dccRR可得：dttt0cRttC0MAOD3.1间歇釜式反应器若以单位质量产品生产费用最低为目标设单位时间内反应操作费用为a，辅助操作费用为a0，而固定费用为af，则单位质量产品总费用为：atata00fATMVcRR将上式对反应时间求导，并令其等于0：ddAc1TR2acRatat00af0ddtMVcRRt3.1间歇釜式反应器可得：dccRRdttat00a/afcRtFNat00a/afBOE3.1间歇釜式反应器3配料

3、比为了使价格较高或在后续工序中较难分离的组分A的残余浓度尽可能低，提高反应速率，常采用使另一种反应物B过量的操作方法。定义配料比：mc/cB0A0配料比提高所带来的负面影响：降低反应器的容积利用率增加组分B的回收费用3.1间歇釜式反应器4反应温度对于间歇釜式反应器，可以在不同反应时间的不同阶段，调节反应温度。改变反应温度时，应当注意：反应温度提高，液相组分蒸汽压上升很快，会增加冷凝负荷；反应温度过高，可使某些组分的腐蚀性增强；对于多重反应，反应温度增高，会使某些负反应加剧。3.2稳态全混流反应器一、全混

4、釜的一般设计方程强烈搅拌连续流动釜式反应器浓度、温度均匀出口处物料参数与反全混流反应器应器内物料参数相等反应速率由釜内浓度和温度决定3.2稳态全混流反应器3.2稳态全混流反应器0流入量=流出量+反应量+累积量FFrVA0AfAfRvcvc(1x)rV0A00A0AfAfRvcx0A0Afvc0A0cAfVRrrAAffvcx0A0Af进口中已有产物vc0A0()xAfxA0VVRRrrAfAf3.2稳态全混流反应器VcccxRA0AfA0Afvrr0AAff空间时间,简称空时。其

5、物理意义为在连续流动条件下按照反应器进口流量计算的反应物在反应器内的停留时间，当反应前后无分子数改变时就等于反应时间。1空速s3.2稳态全混流反应器vcx0A0AfVRrAfvcxvcxVcxn=0时V0A0Af0A0AfRA0AfRrkAfvk0vcxvxVxn=1时0A0Af0AfRAfVRkcA0(1xAf)k(1xAf)v0k(1xAf)Vvcx0A0Afvx0Af1xAfn=2时R2222kc(1xAf)kcA0(1xAf)ck(1x)A0A0Af3.2稳态全

6、混流反应器反应器特征时间的图解积分VccRA0AfV(r)0Af全混流1()xxAfA0crA0AfcA01tcdAcAfrA间歇釜矩形面积为全混流txAf1dxAcrxA0曲线下的面积为间歇釜A0A3.2稳态全混流反应器二、简单反应单个全混釜设计•给定物料的初始状态及反应器体积，求转化率或出口浓度•给定物料的初始状态及出口浓度，求反应体积3.2稳态全混流反应器例3－2:在反应体积为1m3的釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生产1，2-丙二醇：HCOCHCHHOHCOHCHOHCH2

7、3223•该反应对环氧丙烷为一级，反应温度下反应速率常数等于0.98h-1，原料液中环氧丙烷的浓度为2.1kmol/m3,环氧丙烷的最终转化率为90%。•（1）若采用间歇操作，辅助时间为0.65h,则1，2-丙二醇的日产量是多少？•（2）有人建议改在定态下连续操作，其余条件不变，则丙二醇-1，2的日产量又是多少？•（3）为什么这两种操作方式的产量会有不同？3.2稳态全混流反应器解：31V1mr,kCk,0.98h,C2.1kmollX/,0.9rAAA0A（1）一级不可逆反应：1111thlnln

8、2.35kX10.9810.9AfVrVQt0(vtt(t0)Q)0(2.350.65)1v(235065)=1..R000v/1303CX2.10.91.89kmolm/丙二醇的浓度=AA0丙二醇的产量=1.891/30.63kmolh/15.15kmol/日3.2稳态全混流反应器(2)采用定态下连续操作vx0Afv.