全混流反应器最佳反应体积ppt课件.ppt

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1、§3.6全混流反应器最佳反应体积§3.7全混流反应器的热衡算与热稳定性(1)全混流反应器的热衡算方程（操作方程）(2)全混流反应器操作的热稳定性分析(3)全混流反应器热稳定性判据§3.6全混流反应器最佳反应体积（解释一下为何存在这么个问题）处理物料量v0、进料组成及最终转化率xAf是在设计反应器前确定了的。当级数限定后，则总希望合理分配xAi，使所需的反应体积最小。对于由N釜串联的全混流反应器系统，各釜空时分别为：注：分配各釜出口转化率，实际上是在确定各釜空时，也即在确定各釜的体积，使总反应体积最小。串联后的总空时：上式

2、各釜出口转化率求偏导并令其等于0得到N-1个方程，从中即可求出使τ最小的条件（总空时最小时，串连反应器的总体积也必然是最小的）如：对xA1求偏导该项等于多少？请思考对于任意xAi顶均可得到类似结果：上式即为满足总容积最小的条件，实质上就是如何分配xAi使总空时最小，进而使总反应体积最小的偏微分方程。有一个特例，见下页对于一级不可逆反应：整理上式上式表明：当第i釜与第i+1釜反应器体积相等时，总反应器体积最小。即对于一级不可逆反应的多釜串联反应器总体积最小的条件是：VR,i=VR,i+1例题11在两级串联全混流反应器中进行

3、液相反应A+BR，反应物料按等摩尔比配成，反应速率，速率常数k=9.92m3.kmol-1.s-1，加料速率为0.278m3.s-1,反应物浓度为0.08kmol.m3，反应维持在25℃恒温下进行，A的转化率为87.5%，试求：（1）两个全混流反应器的体积相同；（2）两个全混釜的总反应体积最小；这两种情况下的反应器体积各为多少？解：（1）两个CSTR串联，且V1=V2，则：将xA0=0，xA2=0.875代入上式故反应总体积为：VR=2VR1=6.72m3。（2）两个CSTR反应器体积最小：根据反应体积最小的条件，即：

4、对于第一釜，上式左边有：解上式得：xA1=0.702Return§3.7全混流反应器的热量衡算与热稳定性(1)全混流反应器的热衡算方程（操作方程）忽略反应流体的密度和定压比热CP随温度的变化，在定常态下，对反应器作热量衡算有：若反应器没有设置传热面，在绝热条件下操作，则：故变温操作的CSTR设计就是操作方程、设计方程、动力学方程联立求解的过程，即：可以确定：VR、A、Tm及T、T0等有关参数。例题见下页：例题12已知：CSTR反应器的体积VR=0.75m3，总传热面积A=5.0m2，其中进行AR一级不可逆反应，速率常数

5、k=1.0788×109exp[-(55259/T)]h-1，焓变(-△Hr)=20921J.mol-1-A，CA0=0.22mol.L-1，CR0=0，ρ=1050g.L-1,CP=2.929J.g-1.K-1,v0=3m3.h-1,CA=0.04mol.L-1,总括传热系数U=209.2kJ.m-2.h-1.K-1,冷却介质温度Tm=25℃。求：反应温度T及料液的起始温度T0解：①计算所需反应温度T由设计方程可知：②物料起始温度T0的计算由操作方程可知：代数计算得：T0=297.4KReturn（2）全混流反应器操作

6、的热稳定性分析QtransQinQout如保证一定的传热面积A，使移热速率=放热速率，反应可能能维持在一个定常态下操作，但其是否稳定呢？也就是说其是否有抗干扰的能力？必须事先明确如下几点：◆放热速率（因为反应速率）随温度是呈非线性关系◆移热速率与温度呈线性关系◆进料组成或温度可能会波动放热速率≠移热速率反应器失衡反应器的热稳定性：对于反应条件微小扰动能自动恢复正常状态的一种特性。此为有自衡能力的反应器。与之对应的是无自衡能力的反应器。请注意：反应器有无自衡能力，虽都可能符合热量平衡条件，但前者是稳定的，后者是不稳定的。平

7、衡不等于稳定，平衡有两种，即稳定的平衡和不稳定的平衡。●反应器操作能否稳定？●在什么条件下才能稳定操作？I)全混流反应器的热平衡单位时间内的热量衡算：以Qg表示放热速度，则：以Qr表示移热速率，则：定常态下：Qg=Qr以反应为一级不可逆为例，则：★Qr~T是呈直线关系★Qg~T之间的关系Qg、Qr都是温度T的函数，当Qg=Qr时，在Q-T图上就表示两条曲线的交点，交点体现的状态为定常态，但处于定常态操作的反应器不一定是稳定的。QrQgQgQrTabc对于微小的干扰：△T>0，对a,c两点，Qr>Qg，则系统恢复至原来的状

8、态；而对于b点，Qg>Qr，则使反应温度进一步升高，直到a点；△T<0，对a,c两点，Qg>Qr，则系统恢复至原来的状态；而对于b点，Qr>Qg，则使反应温度进一步降低，直到c点；II)全混流反应器操作的热稳定性分析（定态分析）左边放热曲线：右边移热曲线：对于n级不可逆反应直线关系Qg~T呈“S”型曲线渐近线：左边放