间歇反应器作业

间歇操作槽式反应器技术背景
间歇式反应器是一种间歇的按批量进行反应的化学反应器，液体物料在反应器内完全混合而无流量进出。

例如：水处理过程中，带有搅拌设备的按批量处理不连续运行的小水量处理池。

采用间歇操作的反应器叫做间歇反应器，其特点是进行反应所需的原料一次装入反应器，然后在其中进行反应，经一定的时间后，达到所要求的反应程度便卸除全部反应物料，其中主要是反应产物以及少量未被转化的原料。

间歇操作的反应器，是将所有反应物均在操作前一次加入，随着反应的进行，釜内温度、浓度和反应速度都随时间变化，一直进行至达到预定的转化率出料为止。

目前，间歇釜因其结构简单、操作方便、灵活性大而受到广泛应用，但是间歇釜的装料、卸料、检查及清洗设备等所需辅助时间长，造成劳动强度高，生产效率低，因此其结构急需改进。

与间歇式批量制造相比，由于对反应条件（例如温度、压力和反应时间）的高度控制，连续流制造提供了更高的产品质量和更少的批次间可变性。

出于同样的原因，流动化学技术使得化学家容易地进行反应，这在间歇批处理模式下式非常具有挑战性的。

该技术的模块化特性提供了更大灵活性，而且有助于将流动反应器的应用扩展到不同的工业过程，从而减少生产链事故。

此外，流动反应器系统的封闭环境提供了更安全的工作条件，防止操作员直接接触危险化学品。

设备小型需要更少的实验室空间，由于出色的传质和传热，反应器小型化本质上提高了反应质
量。

借助合适的过程分析技术（PAT）和模块的集成，连续流过程可以伸缩和自动化，从而加快生产保持产品质星并提高产品吞吐量。

伸缩过程也改善了制造过程的绿色方面，因为反应产物在用于下一步之前不需要分离和储存，而是可以直接流入下一个反应器。

2015-2016第一学期化学反应工程网络课堂作业1-1(B) 1.什么是间歇操作、连续操作？它们一般各有哪些主要特点？⑴间歇操作：将反应原料一次加入反应器，反应一段时间或达到一定的反应程度后一次取出全部的反应物料，然后进入下一轮操作。

特点：反应过程中既没有物料的输入，也没有物料的输出，不存在物料的进与出。

⑵连续操作：连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地流出反应器。

特点：物料连续输入，产物连续输出，时刻伴随着物料的流动。

2. 根据反应物料的流动与混和状态，反应器可分为哪些类型？可分为：⑴理想流动模型（平推流反应器-PFR，全混流反应器-MFR或CSTR）⑵非理想流动模型3. 什么是流体的质点？停留时间分布、寿命分布和年龄分布分别是什么？什么又是返混？⑴流体的质点：代表一堆分子所组成的流体，它的体积比反应器的体积小到可以忽略，但其中所包含的分子足够多，具有确切的统计平均性质，如组成、温度、压力、流速；⑵①停留时间分布：由于连续反应器中的死角、沟流、短路等造成不同质点在反应器中的停留时间不同，形成停留时间分布；②寿命分布：反应器出口处质点的RTD；③年龄分布：仍然留在反应器中的质点的RTD；⑶返混：不同年龄质点间的混合—时间概念上的逆向。

连续流动反应器中，反应物料的参数随空间位置而变，不同空间位置的物料由于倒流、绕流、回流等流动状况，使不同年龄的质点混合。

1-2(B). 什么是关键组分和关键反应？关键组分：为了能够计算所有气体组分的摩尔数变化，至少应该知道多少化学物质的摩尔数如何变化，这些物质称为关键组分。

关键反应：为了说明所有组分的摩尔数变化，至少需要多少反应方程式，这些反应称之为关键反应。

1-3(B) 1.什么反应体积？反应体积V R，是反应混合物在反应器中所占的体积，对于气-固相催化或非催化反应，反应体积是反应器中颗粒床层的体积，它包括颗粒的体积和颗粒之间的空隙。

2.什么是空间速度？什么是接触时间？二者之间的关系？（1）空间速度（简称空速）（Space Velocity),以符号SV表示，是单体反应体积所能处理的反应混合物的体积流量。

1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：3222C H O H O 2H C H O 2H O +→+32222C H O H 3O 2C O 4H O +→+进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。

试计算（1） 反应的选择性；（2） 反应器出口气体的组成。

解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为：0.629Y S 0.961196.11%X 0.720====（2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），当进入反应器的总原料量为100mol 时，则反应器的进料组成为组分 摩尔分率y i0 摩尔数n i0(mol) CH 3OH 2/（2+4+1.3）=0.2740 27.40 空气 4/（2+4+1.3）=0.5479 54.79 水 1.3/（2+4+1.3）=0.1781 17.81 总计 1.000 100.0设甲醇的转化率为X A ，甲醛的收率为Y P ，根据（1.3）和（1.5）式可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数n A 、n P 和n c 分别为：n A =n A0(1-X A )=7.672 mol n P =n A0Y P =18.96 moln C =n A0(X A -Y P )=0.7672 mol结合上述反应的化学计量式，水（n W ）、氧气（n O ）和氮气（n N ）的摩尔数分别为：n W =n W0+n P +2n C =38.30 moln O =n O0-1/2n P -3/2n C =0.8788 mol n N =n N0=43.28 mol所以，反应器出口气体组成为：组分 摩尔数（mol ） 摩尔分率% CH 3OH 7.672 6.983 HCHO 18.96 17.26 H 2O 38.3 34.87 CO 2 0.7672 0.6983 O 2 0.8788 0.7999 N 2 43.28 39.392.3已知在Fe-Mg 催化剂上水煤气变换反应的正反应动力学方程为： 20.850.4/-=⋅w C OC O r k y y k m o lk g h式中y CO 和y CO2为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率，0.1MPa 压力及700K 时反应速率常数k W 等于0.0535kmol/kg.h 。