化学反应工程学习第3章罗2.ppt

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1、第3章均相反应过程3.1概述⑴基本概念流体单元：反应器中物料温度和浓度均相等的流体团停留时间：在连续流动反应器中，流体单元从反应器入口到出口经历的时间。返混：停留时间不同的流体单元之间的混合。反应时间：实际进行反应的时间平均停留时间：进入反应器的物料颗粒在反应器中的停留时间可能有长有短，形成一个时间分布，称为停留时间分布，常用平均停留时间来描述。空速：在规定条件下，单位时间内进入反应器的物料体积相当于几个反应器的容积，或单位时间内通过单位反应器容积的物料体积。空时：进入反应器的物料通过反应器体积所需的

2、时间τ。化学动力学方程物料衡算方程热量衡算方程动量衡算方程第2章中讲过计算反应体积计算温度变化计算压力变化反应器设计的基本方程3.2间歇釜式反应器一、釜式反应器的特征基本结构搅拌器进料口出料口夹套图3-1间歇反应器示意图操作状态特点: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。4、反应物料间歇加入与取出，反应

3、物料的温度和浓度等操作参数随时间而变，不随空间位置而变，所有物料质点在反应器内经历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，产品质量不稳定对整个反应器进行物料衡算流入量=流出量+反应量+累积量00单位时间内反应量=单位时间内累积量二、间歇釜式反应器的数学模型温度浓度均一由于等容条件下分离变量并积分在没有任何假设的条件下导出，不论在等温条件和变温条件，还是在等容条件和变容条件下都是适用的，是间歇反应釜用于反应时间计算的一

4、般公式。等容过程，液相反应以转化率表示，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。图解积分三、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应时间，只取决于过程的反应速率，与反应器的大小无关，反应器的大小由反应物料的处理量决定。实验室结果工业过程反应条件相同设备结构合理放大反应时间t辅助时间t0反应体积＝单位时间所要处理的物料体积×操作周期由生产任务决定装料卸料清洗填充系数沸腾或鼓泡的液体，可取0.4

5、－0.6不沸腾或不鼓泡的液体，可取0.7－0.85某厂生产醇酸树脂是使己二酸与己二醇以等摩尔比在70℃用间歇釜并以H2SO4作催化剂进行缩聚反应而生产的，实验测得反应动力学方程为：cA0=4kmol.m-3若每天处理2400kg己二酸，每批操作辅助生产时间为1h，反应器装填系数为0.75，求：(1)转化率分别为xA=0.5，0.6，0.8，0.9时，所需反应时间为多少?(2)求转化率为0.8，0.9时，所需反应器体积为多少?例3-1解：（1）达到要求的转化率所需反应时间为：由上述结果可见，随转化率的增

6、加，所需反应时间急剧增加。因此，在确定最终转化率时应该考虑到这一情况。(2)反应器体积的计算xA=0.8时：tt=tr+t’=8.5+1=9.5h每小时己二酸进料量FA0，己二酸相对分子质量为146，则有：处理体积为：实际反应器体积VR：反应器有效容积V’R：实际反应器体积VR：当xA=0.9时：tt=19+1=20hV’R=0.171×20=3.42m3VR=3.42／0.75=4.56m32反应时间的优化反应时间延长反应物浓度降低产物生成速率降低产量增加单位操作时间的产品产量不一定增加存在一最优操

7、作时间单位操作时间的产品产量最大反应时间5101520产品产量20303537平均产量11.21.171.06辅助时间15对于反应若要求产物R最终的浓度为cR则单位操作时间的产品产量为将上式对反应时间求导，并令其等于0：可得：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：将上式对反应时间求导，并令其等于0：可得：3.2.2平推流管式反应器第四章管式反应器层流湍流活塞流基本概念活塞流模型（平推流）：基本假定：(1)径向流

8、速分布均匀，所有粒子以相同的速度从进口向出口运动。(2)轴向上无返混符合上述假设的反应器，同一时刻进入反应器的流体粒子必同一时刻离开反应器，所有粒子在反应器内停留时间相同。特点：径向上物料的所有参数都相同，轴向上不断变化。连续定态下，各个截面上的各种参数只是位置的函数，不随时间而变化；径向速度均匀，径向也不存在浓度分布；反应物料具有相同的停留时间。平推流反应器的特点对于平推流反应器，可采用空时：设计方程单位时间进入反应器划定体积微元的A的摩尔数单位时间