化学反应工程陈甘棠第三章

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1、7/16/20214间歇反应器的最优操作时间1物料衡算第一节间歇式完全混合反应器第三章理想反应器2热量衡算3反应容积的计算7/16/2021反应器设计的基本内容1）根据化学反应的动力学特性来选择合适的反应器形式；2）结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化的操作设计；3）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并进行某些经济评价。7/16/2021（无返混）（返混程度最大）理想反应器理想混合反应器（完全混合）平推流反应器（无返混）间歇式完全混合连续式完全混合7/16/2021返混：不同停留时间的粒子间的混合平推流：反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，

2、所有的物料在器内具有相同的停留时间。7/16/2021第一节间歇式完全混合反应器7/16/2021特点：反应器内各处温度始终相等，无需考虑反应器内的热量传递问题所有物料具有相同的反应时间优点：操作灵活，易于适应不同操作条件与不同产品品种，适用于小批量，多品种，反应时间较长的产品生产缺点：装料，卸料等辅助操作时间长，产品质量不易稳定7/16/2021对于间歇釜式反应器：假设釜的有效反应容积为VR，单位时间内反应掉的A量为：积累1物料衡算单位时间输入的物料A量单位时间输出的物料A量单位时间内反应掉的A量A在反应器内积累速率__=输入=输出=07/16/2021积分得：——间歇完全混合反

3、应器的设计方程7/16/20212热量衡算单位时间内输入的热量单位时间内输出的热量单位时间的反应热单位时间内累积的热量__=输入热量输出的热量=0单位时间的反应热对于间歇式反应器：7/16/2021对于恒容过程：积累——变温操作热衡算式，操作方程7/16/2021对于非等温操作：与设计方程联立，用龙格库塔法求解对于绝热操作：积分：7/16/20213反应容积的计算：反应时间：辅助时间：辅助时间单位时间内处理的反应物料的体积7/16/2021实际反应器的体积装填系数，0.4-0.85。一般由实验确定，也可根据反应物料的性质不同而选择。对于沸腾或起泡沫的液体物料，可取0.4-0.6对于

4、不起泡或不沸腾的液体，可取0.7-0.857/16/2021例3-1用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天生产乙酸乙酯12000kg，其化学反应式为：原料中反应组分的质量比为A:B:S=1:2:1.35,反应液的密度为1020kg/m3,并假定在反应过程中不变，每批装料，卸料及清洗等辅助操作时间为1h，反应在100℃下等温操作，其反应速率方程如下：12kk7/16/2021100℃时：平衡常数K=2.92，试计算乙酸转化35%时所需的反应体积，根据反应物料的特性，若反应器填充系数去0.75，则反应器的实际体积是多少？7/16/2021分析：求求已知求和设计方程已知7/16/20

5、21解：首先计算原料处理量每小时的乙酸用量为：由于原料液中A:B:S=1:2:1.35原料液中含1kg乙酸原料液量为：7/16/2021原料液的起始组成：由求反应时间7/16/2021先将题给的速率方程变换成转化率的函数：代入速率方程，整理后得：式中：7/16/20217/16/2021所需的反应体积为：反应器的实际体积为：7/16/20214间歇反应器的最优操作时间一定目标函数增大减小减小7/16/2021以单位时间的产品产量为目标反应，反应产物R的浓度为，单位时间的产品产量为：7/16/2021——单位时间产物产量最大所必须满足的条件求法图解法数值法7/16/2021图解法Mc

6、Rt0At07/16/2021b)数值法用直接迭代法或牛顿-拉夫森法求得满足上述关系的t值7/16/20212.以生产费用最低为目标：辅助操作费用：单位时间内反应操作费用：固定费用：单位质量产品的总费用7/16/2021——生产费用最小所必须满足的条件7/16/2021用图解法求解NBcRt07/16/2021第二节半间歇式釜式反应器以二级不可逆反应为例反应速率方程为：假设B间歇投料，A缓慢连续加料，则：7/16/2021对A进行物料衡算：输入=输出=0积累=反应=7/16/2021对总物料衡算：分离变量试分析反应物A的浓度随时间如何变化？7/16/20217/16/2021产物浓

7、度的表达式：A反应掉的摩尔数：P生成的摩尔数：7/16/2021产物P的浓度随时间如何变化？7/16/2021t=0时，Q=0,时，对于放热反应，可通过控制A的加入速度来方便地控制反应的放热速率，实现对反应温度的控制。操作中的反应放热速率：7/16/2021第三节全混流反应器1物料衡算2反应器中其他时间表示方法3设计方程的应用4间歇反应器和全混流反应器的比较5全混流反应器的热衡算与热稳定性7/16/2021第三节全混流反应器1、物料衡算输入=输出=积累=0A的反应量=