化学反应工程学习第3章.ppt

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1、第3章釜式及均相管式反应器第一节间歇釜式反应器第二节连续流动均相管式反应器第三节连续流动釜式反应器第四节理想流动反应器的组合第五节多重反应的选择率第六节半间歇釜式反应器第七节釜式反应器中进行的多相反应第八节讨论与分析本章主要内容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反应器设计基础物料衡算方程某组分流入量=某组分流出量+某组分反应消耗量+某组分累积量反应消耗累积流入流出反应单元反应器反应单元流入量流出量反应量累积量间歇釜式整个反应器00√√

2、平推流(稳态)微元长度√√√0全混釜(稳态)整个反应器√√√0非稳态√√√√反应器设计基础3.1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3.1间歇釜式反应器操作状态3.1间歇釜式反应器特点: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。3.1间歇釜式反应器优点：操作灵活，适用于小批量、

3、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3.1间歇釜式反应器反应物料间歇加入与取出，反应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应用：众多的有机化学反应，药物中间体合成反应，反应时间需要几个小时。3.1间歇釜式反应器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=单位时间内消失量二、间歇釜式反应器的数学模型温度浓度均一3.1间歇釜式反应器入口物料中不含产物的情况由于等容条件下分离

4、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般公式。反应速率的单位是mol/（时间*体积）3.1间歇釜式反应器等容过程，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。3.1间歇釜式反应器图解积分3.1间歇釜式反应器反应级数反应速率残余浓度式转化率式n=0n=1n=2等温等容过程的积分结果三、间歇釜的热量衡算3.1间歇釜式反应器3.1间歇釜

5、式反应器电加热外盘管3.1间歇釜式反应器[单位时间内由反应产生的热量]=[单位时间内通过冷却面传出的总热量]=[单位时间内由冷却介质带走的总热量]反应等温进行时：3.1间歇釜式反应器四、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前提条件理想间歇釜式反应器3.1间歇釜式反应器反应时间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

6、装料卸料清洗填充系数沸腾或鼓泡的液体，可取0.4－0.6不沸腾或不鼓泡的液体，可取0.7－0.853.1间歇釜式反应器为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于50℃等温下进行该反应的实验。反应开始时两反应物的摩尔比为1，为了确定反应进行的程度，在不同的反应时间下取出10ml反应液用0.515mol/L的NaOH溶液滴定，以确定未反应盐酸浓度。不同反应时间下，NaOH溶液用量如下表所示：时间，min010203050∝NaOH用量，ml52.532.123.518.914.410.5例3-1：

7、丙酸钠与盐酸的反应：3.1间歇釜式反应器现拟用与实验室反应条件相同的间歇反应器生产丙酸，产量为500kg/h，且丙酸钠的转化率要达到平衡转化率的90%。试计算反应器的实际体积。假定（1）原料装入以及加热至反应温度（50℃）所需的时间为20min，且在加热过程中不进行反应；（2）卸料及清洗时间为10min；（3）反应过程中反应物密度恒定。(装料系数取0.8）3.1间歇釜式反应器解：利用与NaOH的当量关系可求出任一时刻盐酸的浓度（也就是丙酸钠的浓度，因为其计量比和投量比均为1：1）为：于是可求出A的平衡转化率：3.1间

8、歇釜式反应器由图中可以得出，当CA=0.757mol/l时，所对应的反应时间为48min。由于在同样条件下，间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以该生产规模反应器的反应时间也是48min。丙酸的产量为：500kg/h=112.6mol/min。所需丙酸钠的量为:112.6/0.72=156.4mol/min。3.1间歇釜式反应器3.1间歇