化学反应器的设计(2)—釜式反应器的设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com1996年第1期云南化工47懈化学反应器的设计【2)——，釜式反应器的设计、、_一王樟茂{浙江大学化工系杭州3100274摘要率讲主要讲连整式反应器的设计美量词釜式反应器设计儿事应馨ChemicalReactorDesign(2)一DesignofTankReactorWangZhaugmao(dept~he~／t．EngZhejiangUniversiTyHm~gzhou310027)ABSTRACTThechapterdealswithdesignoftankr㈣KEYWORI~tankacmdesn釜(或槽)式反应器由于结构简单，操作灵

2、活[例2—1)在间歇操作的釜式反应器中，方便，被广泛地应用于液相或气液相反应中由进行以HSO为催化剂的乙酸和丁醇反应生成于釜式反应器～般均装有搅拌装置，物料在釜内乙酸丁酯的反应过程，反应温度为100℃，起始达到充分的混合，因此在釜内的任何位置上，物反应物料丁醇：己酸=4．97mol：imol，假定反应料的浓度和温度均一，并且与出口物料的浓度和液的密度为pI，=0．75ml，在丁醇过量的条件温度相同。这种反应器可在较大的温度和压力下，反应动力学方程为(一r^)=矗c，CA为乙酸范围内操作。的浓度(moVm1)，在100℃，=17．4mV(mol·根据操作方式釜式反应器可分成间歇操作、m[n)

3、，求：半连续操作和连续操作。(1)当x^=0．50，所需的反应时间?(2)当要求丁酯的产量达到45．4kh，使用1间歇操作釜式反应器的设计计算釜式反应器间歇操作非生产时间为30min，反应1．1等温操作器体积应多大，才能满足生产能力的要求?对于间歇反应釜，固dF：O，并利用(鳃]：(1)由式(2一1)可得xAE(NAo—NA)／Nao，则式(1—7)可改写成=。而．NA0fdXA一VJ0(一rA)=XA／(kCAo)(1一X,t)因丁醇的分子量为74，乙酸的分子量为60，=CAoI~尚czu乙酸丁酯的分子量为116，所以反应开始时反应这就是为达到反应所需的转化率XA，物料器内反应混合物的质

4、量为(1×6O+4．97×74)应在反应器内停留时间t或反应器体积v的计ml，题此有：算式。(1×60+4．97×74)：1=075：n维普资讯http://www.cqvip.com云南化工1996年第1期0：0．0018m,ogml，代入(A)式得：常数k：5．708×10×exp(一l1．68／RT)t=32minmin，反应热(一zXHA)=209．31d／mo1．求：(2)设为达到生产能力，釜内应装乙酸的量a．15℃等温操作，b．绝热操作，转化率达80％时为Gkg，又由于1nlol乙酸能生成1mol的丁酯，所需的时间?所以[解]：因T0=273+15：288K(G／60×0．5×

5、ll6(0、53+0．5)=45．4N^=0216(50／l05)=1029mol由此可解得：G=48．4kgGT=50kgCp=378kJ／kgK反应器内总装量为：(一zXHA)=209．3kJ／mo[Gr48·448·4刈、97所以由式(2—2)得T=288+n．4X=344．4kg对于一级反应由式(2一1)可得因而所需的反应器体积为V=G=344．4／0．75=4581z—=j。币cA)此反应器体积为反应的有效体积，如考虑到a．等温操作时，因等温，所以。釜式反应器的装料系数，则反应器的体积还应大k=5．708x107exp(一11、68／288×1．987×10一)些，釜式反应器的装

6、料系数一般取0．80左右。=0．08min一1．2非等温操作由(A)式得本节所述的非等温间歇操作系指由于反应率身的热效应促使反应体系的温度发生变化的t：丽1n：20．‘12min操作过程，和外部环境并无热量交换。对于非等6．非等温操作，因反应温度随X而变所以温反应器的设计计算除物料衡算外，还要作热量将(A)式改写成差分形式，得衡算。对于间歇操作，式(1—8)中的应改写f=∑而÷_)]△x∑(。)成一次加入反应釜中的着眼组分的量N，且由如取AtX^=01则可得下表于与外界无物料和热量的变换，故式(1—8)可简化为：T+x(2_2)式中：G——加入釜内的总的物料量，；0——平均热容，kVkg·

7、K；T——起始反应温度，K。联立求解式(2—1)和(2—2)可求得非等温间歇操作的反应釜内随时间变化的温度和浓度。由上表可知非等温操作时，反应时间[例2—2]醋酸酐的水解反应为如下所示t=：t：1382mlnT=297．3K=241℃的二级不可逆反应如将表中的数值以[(1一X^)]对作(CH3CO)2O十HzO一2CH3COOH图，进图解积分，如图所示，则从X=0～0．8如向反应釜内加入l5℃浓度为0．216moV1曲线