化学反应工程第3章ppt课件.ppt

《化学反应工程第3章ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三章理想流动反应器理想(Ideal)－－并不存在的，从流动角度看理想化的反应器。主要讨论三种理想反应器：间歇反应器(BR)(BatchReactor)全混流反应器(CSTR)(ContinuouslyStirredTankReactor)平推流反应器(PFR)(Plug(orPiston)FlowReactor)1一、反应器的物料衡算方程第一节反应器设计基础1.物料衡算--描述浓度的变化规律22.能量衡算--描述温度的变化规律3.动量衡算--描述压力的变化情况4.动力学方程--描述反应速率随温度、浓度的变化情况31.反应持续时间

2、tr－－在间歇反应器中反应达到一定转化率所需时间（不包括辅助时间）。2.停留时间t－－连续流动反应器中流体微元从入口到出口所经历的时间。3.平均停留时间tc－－各物料微元从反应器入口至出口所经历的平均时间。二、几个时间概念44.空间时间τ－－反应器有效体积VR和反应流体入口条件下体积流率V0之比。5.空间速度（空速）Sv[时间－1]－－单位时间内投入到反应器中的物料的体积流量与反应器有效容积之比。56空时与反应时间和平均停留时间的区别（1）空时与反应时间：空时用于连续流动反应器，反映生产强度的大小；反应时间用于间歇反应器，反映化学

3、反应进行快慢的量度，并不反映反应器的生产强度。6（2）空时与平均停留时间：空时是人为规定的参量，可以看作是过程的自变量，可以用空时来表示连续流动反应器的基本设计方程式；平均停留时间不是人为规定的参量，不能认为是过程的自变量，而只有当知道了反应器中所发生的变化后才能确定的一个参量。即：当等温恒容时当等温变容时7三、流动状况对反应过程的影响1.理想流动和非理想流动（1）平推流流动轴向上完全不混合，各微元在反应器中齐头并进，停留时间相同（同进同出）；径向上剧烈混合，且同一截面上各微元速度、浓度、温度均相同。8径向流分布平推流与层流的区别

4、平推流：同一截面上各微元具有相同的速率，径向剧烈混合；层流：同一截面上各微元具有不同的速率，径向没有混合。9（2）全混流流动物料加入反应器瞬间完全混合（最大混合）；反应器中物料的温度、浓度均匀，且等于出口物料的温度、浓度；停留时间不同，形成确定的停留时间分布。由上面讨论可以看出，平推流和全混流流动是物料在反应器中的两种极端流动状况。（3）理想流动平推流流动全混流流动10（4）非理想流动流体流动介于平推流流动和全混流流动之间，即偏离理想流动。起因：A.径向流速不匀；B.流体的轴向扩散效应；C.反应器的结构；D.搅拌不充分。112.返

5、混（1）混合：简单混合－－相同停留时间的粒子的混合。返混(Backmixing)－－不同停留时间的粒子的混合。任何实际的流动都存在返混。管内流体的流动返混较小。容器内流体的流动返混较大。12按物料在反应器内返混情况作为反应器分类的依据将能更好的反映出其本质上的差异。按返混情况不同反应器被分为以下四种类型：间歇反应器：间歇操作的充分搅拌槽式反应器（简称间歇反应器）。在反应器中物料被充分混合，但由于所有物料均为同一时间进入的，物料之间的混合过程属于简单混合，不存在返混。（2）按返混分类反应器13平推流反应器：（又称理想置换反应器或活塞

6、流反应器）。在连续流动的反应器内物料允许作径向混合（属于简单混合）但不存在轴向混合（即无返混）。典型例子是物料在管内流速较快的管式反应器。全混流反应器：连续操作的充分搅拌槽型反应器（简称）。在这类反应器中物料返混达最大值。非理想流反应器：物料在这类反应器中存在一定的返混，即物料返混程度介于平推流反应器及全混流反应器之间。14第二节等温条件下理想反应器目的：对已知的反应器，根据反应动力学方程和物料衡算方程预测反应结果。对要求的反应结果，根据反应动力学方程和物料衡算方程决定反应器体积。15一、间歇反应器BatchReactor间歇操作

7、的充分搅拌槽式反应器。用于液相反应。在反应过程中没有进出料。反应器内物料充分混合，器内各点温度浓度相同。间歇操作，需要辅助生产时间。161.设计方程物料衡算：17恒容条件下（多数情况），上式可以简化成：二者相同。这说明，在充分混合的间歇反应器中，反应是依照它的动力学特征进行的。流动过程对反应没有影响。18反应时间图示19非生产时间非生产时间t’－－包括升降温，装卸料，清洗等时间。总时间tt=tr+t’反应器处理量反应器总体积20二、平推流反应器又称理想置换反应器，活塞流反应器（PFR，PlugFlowReactororPiston

8、FlowReactor）特点：流体以平推流方式连续流动；反应器内状态仅随轴向位置而变，在同一截面上状态相同；在定常态下操作，参数不随时间而变。管式反应器内的流动状态接近平推流。21设计方程取长度为dl，体积为dVR的微元体系，以反应组份A作物料衡算