《化學(xué)反應(yīng)工程 3.1 間歇釜式反應(yīng)器》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《化學(xué)反應(yīng)工程 3.1 間歇釜式反應(yīng)器（26頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 概述n化學(xué)反應(yīng)器是化工生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，反應(yīng)器的類型很多，在不同類型的反映器中，能量與物質(zhì)的傳遞特性有很大差異，因此反應(yīng)器的類型對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量及整個(gè)工藝過程的經(jīng)濟(jì)性都起著決定性的作用。n反應(yīng)器的選型就是要根據(jù)給定反應(yīng)體系的動(dòng)力學(xué)特性，選擇具有適宜傳遞特性的反應(yīng)器設(shè)備 n本章將以均相反應(yīng)為背景，討論理想流動(dòng)反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本理論。 理 想 反 應(yīng) 器 的 三 種 基 本 形 式 間 歇 反 應(yīng) 器 (Batch reactor) 活 塞 流 反 應(yīng) 器 (Plug flow reactor PFRs) 全 混 流 反 應(yīng) 器 (Continuous stirred tank reactors CS

2、TRs)本 章 內(nèi) 容 掌 握 工 業(yè) 反 應(yīng) 器 設(shè) 計(jì) 和 開 發(fā) 計(jì) 算 中 所 為 基 本 原 理 以 反 應(yīng) 動(dòng) 力 學(xué) 為 基 礎(chǔ) ， 根 據(jù) 反 應(yīng) 的 特 點(diǎn) 和 反 應(yīng) 器 的 性 能 ， 確 定 化 學(xué) 反 應(yīng) 器 的 形 式 和 最 佳 操 作 條 件 復(fù) 完 成 生 產(chǎn) 任 務(wù) 所 必 需 的 反 應(yīng) 器 體 積 及 生 產(chǎn) 能 力 理 想 反 應(yīng) 器 特 性 理 想 混 合 反 應(yīng) 器 特 性返 混 無 窮 大 ， 完 全 混 合 ， 混 合 瞬 間 完 成 ， 器 內(nèi) 物 料 具 有 完 全 相同 的 溫 度 和 濃 度 ， 且 等 于 反 應(yīng) 器 出 口 的 溫

3、度 和 濃 度 。如 ： 攪 拌 良 好 的 釜 式 反 應(yīng) 器 。 平 推 流 反 應(yīng) 器 特 性器 內(nèi) 物 料 以 相 同 的 速 率 和 一 致 的 方 向 進(jìn) 行 移 動(dòng) 、 返 混 為 0， 所 有物 料 在 器 內(nèi) 具 有 相 同 的 停 留 時(shí) 間 。 如 ： 長(zhǎng) 徑 比 較 大 、 流 速 較 高 的 管 式 反 應(yīng) 器 。 連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器的空時(shí)、空速 n空時(shí)：是空間時(shí)間的簡(jiǎn)稱。它是指在規(guī)定的條件下，反應(yīng)器有效容積和進(jìn)料體積流量的比值， TvV進(jìn)料的體積流量反應(yīng)器容積量反應(yīng)器中物料的體積流反應(yīng)器容積t空時(shí)與平均停留時(shí)間 連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器的空時(shí)、空速 n空速（SV）：是空間速度的簡(jiǎn)

4、稱，它是空時(shí)的倒數(shù)。指在規(guī)定的條件下，單位時(shí)間內(nèi)通過單位反應(yīng)器容積的物料體積 VcFVvSV AAT 0, 0,1 空速表明反應(yīng)器的生產(chǎn)能力，一般說來，空速越大，反應(yīng)器的生產(chǎn)能力越大。 反應(yīng)設(shè)計(jì)的基本計(jì)算方程式n物料衡算方程：A組分累積量=A組分流入量-A組分流出量-A組分反應(yīng)消耗量反應(yīng)器反應(yīng)單元帶入量帶出量反應(yīng)量累積量間歇式整個(gè)反應(yīng)器0 0 全混釜（穩(wěn)態(tài)）整個(gè)反應(yīng)器 0平推流（穩(wěn)態(tài)）微元長(zhǎng)度 0非穩(wěn)態(tài) 3.2間歇攪拌釜式反應(yīng)器（BSTR）n本節(jié)所要掌握的內(nèi)容q 1.間歇反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程、操作方程的建立及應(yīng)用；q 2.等溫間歇釜式反應(yīng)器的計(jì)算（單一反應(yīng)）q 3.變?nèi)蓍g歇釜式反應(yīng)器的計(jì)算（單一反

5、應(yīng)）q 4.確定最佳操作條件，計(jì)算完成規(guī)定的生產(chǎn)任務(wù)所需的反應(yīng)器體積 3.2間歇攪拌釜式反應(yīng)器（BSTR） n排除了物質(zhì)的傳遞（攪拌良好）n無需考慮的反應(yīng)器內(nèi)熱量傳遞n非定常態(tài)過程，cA、產(chǎn)物隨時(shí)間而變，化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果將唯一地由化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)確定，反應(yīng)進(jìn)行的程度決定于反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短n具有周期性，一個(gè)周期包括操作（反應(yīng)）時(shí)間t，也包括輔助（非生產(chǎn)性）時(shí)間t n生產(chǎn)靈活性大 間 歇 釜 式 反 應(yīng) 器 的 物 料 衡 算對(duì) 整 個(gè) 反 應(yīng) 器 中 A組 分 物 料 進(jìn) 行 衡 算 ： 的 累 積 量反 應(yīng) 器 內(nèi) 物 料單 位 時(shí) 間 內(nèi) 在的 量物 料反 應(yīng) 掉 的單 位 時(shí) 間的 量反 應(yīng) 器

6、 的 物 料單 位 時(shí) 間 流 出的 量反 應(yīng) 器 的 物 料單 位 時(shí) 間 進(jìn) 入 AAAA 0 0 rAVt tAttA NN tVrNN AtAttA 00 Vrt NN AtAttA 當(dāng)t趨于0時(shí)VrdtdN AA dtdNVr AA 1dtdNVr PP 1定義產(chǎn)物P組分的生成速率：rP 反應(yīng)速率為單位時(shí)間單位體積生成P的摩爾量 對(duì)設(shè)計(jì)方程進(jìn)行積分 AANN AAt rdNVdt 0 10 00 A AAA N NNx A組分的轉(zhuǎn)化率 0AAA NdNdx Ax AAA rdxVNt 0 0間歇反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間nAA kcr nAA kcr n nAnAnnAnAA V xNkVNkk

7、cr 10 Ax nAAnnA xdxVkNt 0 110 11 恒容間歇反應(yīng)器 Ax nAAnAn xdxkNVt 0101 1 Ax nAAnA xdxkct 010 11當(dāng)n1 1111 110 nAnA xnkct當(dāng)n1 AA xkxkt 1 1ln11ln1 kt A ex 1 例題n對(duì)于一級(jí)不可逆反應(yīng)方程：n在一間歇反應(yīng)器完成上述反應(yīng)，如k0.01s-1，試計(jì)算轉(zhuǎn)化率達(dá)到30%時(shí)所用的反應(yīng)時(shí)間。 AA kcrBA , AANN AArdNVt 0 1 AA kcrPA 0ln10 AANN AA NNkkNdNt AA 000 1 AAA AAA NNN NNx sxkt A 7.

8、351ln1 恒壓間歇反應(yīng)器 RPA RPA AAAA xNNN 00 AAAPPP xNNN 00 AA ARRR xNNN 00 0II NN 惰性氣體 AAA ARPTT xNvNN 00 AAATAA ARPTT xxNNvNN 11 000 0000 TATAA ARPA NNNN AATT xNNVV 100 AAxVV 10 A Ax AnA nAAnA x nAAnAAnAn dxxxkc xdxxkNVt 0 110 0 11010 111 11 間歇反應(yīng)器的體積計(jì)算 n生產(chǎn)任務(wù)給定后，平均每小時(shí)需要處理的物料量 ，根據(jù)每批操作所需要的時(shí)間可以算出反應(yīng)器的體積。其中每批操作所

9、需要的時(shí)間包括兩部分，一是物料的反應(yīng)時(shí)間t，另外還有反應(yīng)以外的加料、生溫、冷卻、卸料、清洗等時(shí)間，稱為輔助時(shí)間t。因此反應(yīng)器體積V計(jì)算公式為： ttvV T n求得反應(yīng)器的體積V后，根據(jù)實(shí)際反應(yīng)過程的裝料系數(shù)，可以求得反應(yīng)器實(shí)際體積VVT 例題n例題 工廠采用間歇反應(yīng)器以硫酸為催化劑使已二酸與已二醇以等摩爾比在70下進(jìn)行縮聚反應(yīng)生產(chǎn)醇酸樹脂，實(shí)驗(yàn)測(cè)得該反應(yīng)的速率方程式為： rA=kCACB式中： rA-以已二酸組分計(jì)的反應(yīng)速率，kmol.L-1.min-1 k-反應(yīng)速率常數(shù)，1.97L.kmol -1.min-1 cA、cB-分別為已二酸和已二醇的濃度，kmol.L-1 cA0、cB0均為0.

10、004 kmol.L-1 n求：q已二酸的轉(zhuǎn)化率分別為xA=0.5、0.6、0.8所需的反應(yīng)時(shí)間分別為多少？q若每天處理已二酸2400kg，轉(zhuǎn)化率為80%，每批操作的輔助時(shí)間為1小時(shí)，試計(jì)算確定反應(yīng)器的體積大小。 總 結(jié)由 間 歇 釜 式 反 應(yīng) 器 的 設(shè) 計(jì) 方 程 可 知 ： 反 應(yīng) 物 達(dá) 到 一 定 的 轉(zhuǎn) 化 率 所 需 反 應(yīng) 時(shí) 間 只 取 決 于 過 程 的 反 應(yīng) 速 率 ，也 就 是 說 取 決 于 反 應(yīng) 動(dòng) 力 學(xué) 因 素 ， 與 反 應(yīng) 器 的 大 小 無 關(guān) 。 反 應(yīng) 器 的 大 小 僅 取 決 于 反 應(yīng) 物 料 的 處 理 量 。 （ 即 生 產(chǎn) 強(qiáng) 度 ）設(shè) 計(jì) 間 歇 反 應(yīng) 器 的 計(jì) 算 ： 反 應(yīng) 時(shí) 間 t： 由 設(shè) 計(jì) 方 程 與 動(dòng) 力 學(xué) 方 程 聯(lián) 立 求 解 ， 即 可 求 得 達(dá) 到 一定 轉(zhuǎn) 化 率 所 需 時(shí) 間 t； Ax AAA rdxVNt 0 0 有 效 容 積 ： VRVR=v(t+t0)v-單 位 時(shí) 間 所 需 處 理 的 物 料 體 積 （ 根 據(jù) 產(chǎn) 量 計(jì) 算 ）t0-每 批 生 產(chǎn) 的 輔 助 時(shí) 間 實(shí) 際 體 積 ： VV=V R /-裝 填 系 數(shù)