化工反应器基本理论课件.ppt

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1、第一章反应器基本理论第一节理想反应器一、基本的反应器型式二、连续操作反应器的流动特性——返混三、理性反应器反应器选型设计和优化反应器中的流动状况影响反应结果数学模型流动模型对实际过程的简化理想模型非理想模型建立模型的基本方法第一节理想反应器一、基本的反应器形式间歇操作的搅拌釜BatchStirredTankReactor(BSTR)特点：物料一次加入，一起放出，全部物料反应时间相同；釜内各点温度和浓度可以达到均匀一致；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。装置简单、操作方便、灵

2、活、适应性强，应用广优点缺点设备利用率不高，劳动强度大，不易自动控制，产品质量不稳定连续操作管式反应器PistonFlowReactor(PFR)特点：一端加入反应物，一端引出，c，v沿流动方向逐渐降低；定常态时，各参数不变优点：设备利用率高，节省劳力，产品质量稳定，易于控制，适合于大规模生产连续操作搅拌釜ContinuedStirredTankReactor(CSTR)特点：强烈搅拌，反应器内各点T，n相同，物料随进随出，出口物料n与釜内反应物相同优点：反应物的浓度、温度及v保持恒定不变，对自催化

3、反应有利缺点：釜内n很低，v很慢，达到同样的x，需要的VR较大二、连续操作反应器的流动特性---返混1.混合现象的分类流体粒子（微元）在空间顺序上的混合——空混流体在反应器内流动，不论其因何种原因而产生的流体粒子在反应器内相对位置发生变化而造成的物料微元之间的混合，称为空间混合，简称空混。空混=0空混=∞空混越大，传质越快，传热越好，各位置的浓度、温度的差异就越小，导致反应器内浓度、温度的均匀。按混合对象的年龄来分：年龄——物料在反应器中已经停留的时间。寿命——物料在反应器中总共停留的时间对仍留在反

4、应器中的物料而言对已经离开反应器的物料而言（1）相同年龄物料之间的混合——同龄混合例如：间歇反应过程中搅拌引起的混合流体粒子（微元）在时间顺序上的混合——返混具有不同停留时间的粒子（微元）的逆向混合，称为返混。所谓逆向，是指时间顺序上的颠倒，比如先进入反应器的物料的粒子后流出反应器，而后进入反应器的物料的粒子却先流出反应器。例如：连续流动的釜式反应器返混=0返混=∞在连续操作的反应器中，返混的程度越大，显著地降低了反应物的浓度。一般来说，返混对反应来说是一个不利的因素，它影响反应器的生产能力。（1）

5、不同年龄物料之间的混合——返混连续操作反应器特有的现象2.返混与停留时间分布停留时间分布RTD（residencetimedistribution）在连续反应器中，同时进入反应器的物料粒子，有的很快从出口流出，有的则经过很长时间才从出口流出，停留时间有长有短，形成一定的分布。返混停留时间分布？返混的两个孪生现象改变反应器的浓度分布造成物料的RTD不存在一一对应关系！相同的RTD可以有不同的返混情况停留时间分布有两种年龄分布寿命分布对象描述关系反应器内的物料反应器的出口物料从进入反应器的瞬间开始算年龄

6、，到所考虑的瞬间为止，不同年龄的物料粒子混在一起，形成一定的分布。从进入反应器的瞬间开始算年龄，到所考虑的瞬间为止，反应器的出口物料中不同寿命的物料粒子混在一起，形成一定的分布。两者存在一定的关系，可换算，一般通过实验测定寿命分布。涡流与扰动速度分布沟流、填料或催化剂装填不均匀短路3.返混产生的原因死角4.返混对化学反应的影响总的来说，使产品的收率、质量降低。返混使反应物的浓度降低。返混使系统中的温度分布和浓度分布趋于平坦，对要求有较大温度差或浓度差的场合不利。思考？返混对化学反应一定是不利的吗？自

7、催化反应可控制在最佳浓度下操作复杂反应反应物浓度高有利于副反应进行时有利！冲稀的作用返混对连串副反应是有利还是不利的因素？（1）平均停留时间物料流过反应器所需要的时间反应器的有效容积物料的体积流量5.各种不同反应器中时间的概念反应器几何容积中，用于反应的体积。连续反应器中的液相反应反应器内（T、P）下的体积流量（2）空间时间简称空时，用表示意义：处理一个VR的物料所需要的时间。（3）空间速度简称空速Sv=1/=v/VR=入口体积流量/反应器有效体积意义：单位反应体积、单位反应时间内所处理的物料量小结

8、：从、Sv的意义可知道，它们均表示连续反应器的生产能力。小，Sv大，生产能力大，两者均表示入口状态下反应器的生产能力，一般用于描述连续反应器中的气相反应。（4）反应时间t反应持续的时间，指反应物料达到所要求的转化率所需持续的时间，用于描述间歇反应。平推流全混流中间流返混程度不存在返混返混程度最大部分返混特点流体通过细长管道时，与流动方向成垂直的截面上，各粒子的流速完全相同，就像活塞平推过去一样，粒子在轴向没有混合、扩散。物料一进入反应器就均匀分散在整个反应器内，物料在