当前位置：文档之家 › 第三章_间歇釜式反应器

第三章_间歇釜式反应器

  • 格式：ppt
  • 大小：1.49 MB
  • 文档页数：90

下载文档原格式

  / 90

合集下载

第三章间歇釜式反应器知识讲解

第三章间歇釜式反应器知识讲解

数
需要设备的总容积为：
Q0t '
V
mVm
如果反应器容积V的计算值很大，可选用几个小的反应器
若以m表示反应釜的个数，
则每个釜的容积:Vm=V/m=Q0t’/( m)
为便于反应器的制造和选用，釜的规格由标准(GB 9845-88) 而定。在选择标准釜时，应注意使选择的容积与计算值相当或 略大。如果大，则实际生产能力较要求为大，富裕的生产能力 称为反应器的后备能力，可用后备系数δ来衡量后备能力的大
解： 每台锅每天操作批数： β=24/17=1.41 每天生产西维因农药数量：
1000×1000÷300=3330Kg（GD）
需要设备总容积: mVm=（3330/1.41）×200×10-3/12.5=37.8m3
取Va为10 m3的最大搪瓷锅4台。
δ=（4-3.78）/3.78×100%=5.82%
10
（3）反应体积VR
• 反应体积是指设备中物料所占体积，又称有效体积。
确定反应器的容积V的前提是确定反应器的有效容 积(反应容积)VR。
如果由生产任务确定的单位时间的物料处理量为Q0，
操作时间为t’(包括反应时间t和辅助操作时间t0 )，则
反应器的有效容积：
VR=Q0 t＇
其中 t’ = t + t0
11
（4）*设备装料系数
实际生产中，反应器的容积要比有效容积大，以保 证液面上留有空间。
• 反应器有效体积与设备
实际容积之比称为设备
装料系数，以符号
表示，即：
=VR/V。其值视具体
情况而定
条
件
无搅拌或缓慢搅 拌的反应釜
带搅拌的反应釜
易起泡或沸腾状 况下的反应

化学反应工程第三章答案

化学反应工程第三章答案

3 釜式反应器在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：325325+→+CH COOC H NaOH CH COONa C H OH该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。

反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为l ，反应速率常数等于。

要求最终转化率达到95%。

试问： （1） （1）当反应器的反应体积为1m 3时，需要多长的反应时间 （2） （2）若反应器的反应体积为2m 3，，所需的反应时间又是多少解：（1）00222000001()(1)110.95169.6min(2.83)5.60.0210.95===⨯---=⨯=⨯-⎰⎰AfAf X X A A AA A A A A AA A dX dX X t C C R k C X kC X h(2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为。

拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：223222+→++CH ClCH OH NaHCO CH OHCH OH NaCl CO以生产乙二醇，产量为20㎏/h ，使用15%（重量）的NaHCO 3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为。

该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于，要求转化率达到95%。

（1） （1）若辅助时间为，试计算反应器的有效体积； （2） （2）若装填系数取，试计算反应器的实际体积。

解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62= kmol/h每小时需氯乙醇：0.326680.591.11/0.9530%⨯=⨯kg h每小时需碳酸氢钠：0.326684190.2/0.9515%⨯=⨯kg h原料体积流量：091.11190.2275.8/1.02+==Q l h氯乙醇初始浓度：00.32661000 1.231/0.95275.8⨯==⨯A C mol l反应时间：02000110.952.968(1) 5.2 1.23110.95===⨯=-⨯-⎰⎰AfAf X X A A A A B A A dX dX t C h kC C kC X 反应体积：0(')275.8(2.9680.5)956.5=+=⨯+=r V Q t t l（2） （2）反应器的实际体积：956.512750.75===r V V lf丙酸钠与盐酸的反应：2525+⇔+C H COONa HCl C H COOH NaCl为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于50℃等温下进行该反应的实验。

间歇釜式反应器

间歇釜式反应器

计算方法
1、已知V0与 ，根据已有的设备容积V，求算需用设备个数n 按设计任务每天需要操作的总次数为： α =
24V0 24V0 = VR V
β= 每个设备每天能操作的批数为：
n' =
24 24 = t τ +τ '
则需用设备个数为：
α V0 (τ + τ ') = β V
VR = V = V0 (τ + τ ' ) / n '
物料衡算式 依 据：质量守衡定律。 基 准： 取温度、浓度等参数保持不变的单元体积和 单元时间作为空间基准和时间基准。 衡算式：对任一组分A在单元时间Δτ、单元体积ΔV内： [A的积累量]=[A的进入量] [A的离开量] [A的反应量] [A的积累量]=[A的进入量]-[A的离开量]-[A的反应量] 的积累量]=[A的进入量 的离开量 的反应量 目的：给出反应物浓度或转化率随反应器内位置或时 间变化的函数关系。
热量衡算式 （1）依 据： 能量守衡定律。 （2）基 准： 取温度、浓度等参数保持不变的单元体积和单元时间作为 空间基准和时间基准。 （3）衡算式 在单元时间Δτ、单元体积ΔV内（以放热反应为例）： [积累的热量]=[原料带入的热量]+[反应产生的热量]-[出料带走的热量]积累的热量]=[原料带入的热量]+[反应产生的热量] 出料带走的热量] ]=[原料带入的热量]+[反应产生的热量 [传给环境或热载体的热量] 传给环境或热载体的热量] （4）目的：给出温度随反应器内位置或时间变化的函数关系。
BR体积和数量求算 体积和数量求算
已知条件 每天处理物料总体积VD（或反应物料每小时体积流量V0）
Vρ
操作周期——指生产第一线一批料的全部操作时间，由反应时 间（生产时间）τ和非生产时间τ‘ 组成。 反应时间理论上可以用动力学方程式计算，也可根据实际情 况定。 设备装料系数——设备中物料所占体积与设备实际容积之比， 其具体数值根据实际情况而变化，参见表3-1。

第三章 釜式反应器

第三章 釜式反应器

半间歇釜式反应器的物料衡算式：
设有反应：
A B R , r k ' c AcB
Q0c A0
QcA
( R A )V
d (V c A ) dt
Q 0 c A 0 Q c A R AV
d (V c A ) dt
式中V为反应器中混合物的体积，其值随时间而变。假定操作开始时先向反应器中注入 体积为V0的B,然后连续输入A,流量为Q,浓度为CA0，且不连续导出物料，即Q=0，即有
V V0 Q 0t
若将VCA看做变量，则该式为一阶线性微分方程，初始条件是t=0， VCA=0， Q0为常数时，一阶微分方程的解为：
VcA
Q0c A0 k
1 e x p ( k t )
将
V V0 Q 0t
cA cA0
代入
VcA
Q0c A0 k
1 e x p ( k t )
Q 0 c A 0 R AV
d (V c A ) dt
又设B大量过剩，则该反应可按一级反应处理，即 rA kc A
,代入上式有：
Q 0 c A 0 k c A 0V
任意时间下反应混合物的体积：
d (V c A ) dt
V V0

t 0
Q0dt
若为恒速加料，则Q0为常数，所以
FA 0 v0 c A 0
= T (v c p + K A )-(v c p T 0 + K A T m )
(v c p + K A )
-(v c p T 0 + K A T m )
= T (v c p + K A )-(v c p T 0 + K A T m )

第三章间歇釜式反应器

第三章间歇釜式反应器
9
（3）反应体积VR
• 反应体积是指设备中物料所占体积，又称有效体积。
确定反应器的容积V的前提是确定反应器的有效容 积(反应容积)VR。 如果由生产任务确定的单位时间的物料处理量为FV， 操作时间为t’(包括反应时间t和辅助操作时间t0 )，
则反应器的有效容积：
VR=FVt＇
其中 t’ = t + t0
12.5 m= = 6
m' m 100 % 3 2.08 100 % 44%
m
2.08
再取Va=2.5 m3与Va=3 m3做同样计算，结果列于下表中：
Va α β m m ' δ%
2.0 0.8 12.5 6 2.08 3 44 2.5 0.8 10.0 6 1.67 2 20 3.0 0.8 8.34 6 1.58 2 44
10
（4）*设备装料系数
实际生产中，反应器的容积要比有效容积大，以保 证液面上留有空间。
• 反应器有效体积与设备
实际容积之比称为设备 条
件
无搅拌或缓慢搅
装料系数，以符号
拌的反应釜
表示，即：
带搅拌的反应釜 易起泡或沸腾状
=VR/V。其值视具
体情况而定
况下的反应
液面平静的贮罐 和计量槽
装料系数范围 0.80～0.85
例3-1：邻硝基氯苯连续氨化，然后分批还原生产邻 苯二胺。已知氨化出料速率为0.83m3/h，还原操作时 间为7h(不计受料时间)，求需要还原锅的个数与容积。 设备装料系数取0.75
16
解：因氨化为连续操作，故至少需要两台还原釜交 替进行受料和还原。还原操作时间为7h，可取受料 时间为8h，安排每班进行一次还原操作，则每批的 操作时间为16h。装料系数取0.75，于是需要设备的 总容积为

第三章 釜式反应器

第三章 釜式反应器
dcP 0 dt
t0 pt
ln( k1 / k 2 ) 代入式（ 6 ） k1 k 2 k
cP max
k1 c A0 k2
k k 2 1
2
cP max YP max = cA0
3.4 连续釜式反应器反应体积的计算
物料衡算式：Q0Ci0=QCi-RiV r 因为釜式反应器大多数进行液相反应 所以视作为恒容过程 Q=Q0
dcA 对A : ( RA ) k1cA (1) dt dcP 对P : RP k1cA k2cP (2) dt
cA cA0 exp(k1t )(4)
dcP 带入式（2）得： k1cA0 exp(k1t ) k2cP dt
dcP k2cP k1c A0 exp(k1t )(5) dt
Vr=
Q 0( c i,0 - c 0 )
-R
i
i = 1,2,...,k
Q0( c A,0 - c A ) Q0( c A,0 - c A ) Q0c A,0( x A, f - c A,0 ) = = 2 - R Ac A, f -R A x A, f
Vr=
-R
A
空时 V r
Q0
单位时间处理单位体积无聊所需的空间体积 空时越大，反应器的生产能力越小
∵ cA0 cA cP cQ
k2 c A0 ∴ cQ cA0 cA cP 1 exp (k1 k2 )t k1 k2
cP k1 常数 cQ k2
可推广到M个一级平行反应： 对反应物A:
cA cA0 exp （ - k1 +k2 +... +km）t

化学反应工程第三章包括答案.docx

化学反应工程第三章包括答案.docx

3釜式反应器在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。

反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为 l ，反应速率常数等于。

要求最终转化率达到 95%。

试问：3（ 1）（ 1）当反应器的反应体积为1m 时，需要多长的反应时间？3，（ 2）（ 2）若反应器的反应体积为2m ，所需的反应时间又是多少？解：（ 1）(2)因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为。

拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：以生产乙二醇，产量为20 ㎏/h ，使用 15%（重量）的 NaHCO3水溶液及 30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为 1：1，混合液的比重为。

该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于，要求转化率达到 95%。

（1）（ 1）若辅助时间为，试计算反应器的有效体积；（2）（ 2）若装填系数取，试计算反应器的实际体积。

62kg/kmol,每小时产解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为,84和乙二醇： 20/62= kmol/h每小时需氯乙醇：每小时需碳酸氢钠：原料体积流量：氯乙醇初始浓度：反应时间：反应体积：（2）（ 2）反应器的实际体积：丙酸钠与盐酸的反应：为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于 50℃等温下进行该反应的实验。

反应开始时两反应物的摩尔比为 1，为了确定反应进行的程度，在不同的反应时间下取出10ml 反应液用的NaOH溶液滴定，以确定未反应盐酸浓度。

不同反应时间下，NaOH溶液用量如下表所示：时间， min0 10 20 30 50∝NaOH用量， ml现拟用与实验室反应条件相同的间歇反应器生产丙酸，产量为500kg/h ，且丙酸钠的转化率要达到平衡转化率的 90%。

试计算反应器的反应体积。

假定（ 1）原料装入以及加热至反应温度（ 50℃）所需的时间为 20min，且在加热过程中不进行反应；（2）卸料及清洗时间为 10min；（3）反应过程中反应物密度恒定。

化学反应工程第三章答案

化学反应工程第三章答案

3 釜式反应器在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。

反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为l，反应速率常数等于。

要求最终转化率达到95%。

试问：（1）（1）当反应器的反应体积为1m3时，需要多长的反应时间？（2）（2）若反应器的反应体积为2m3，，所需的反应时间又是多少？解：（1）(2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为。

拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：以生产乙二醇，产量为20㎏/h，使用15%（重量）的NaHCO水溶液及30%（重3量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为。

该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于，要求转化率达到95%。

（1）（1）若辅助时间为，试计算反应器的有效体积；（2）（2）若装填系数取，试计算反应器的实际体积。

解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62= kmol/h每小时需氯乙醇：每小时需碳酸氢钠：原料体积流量：氯乙醇初始浓度：反应时间：反应体积：（2）（2）反应器的实际体积：丙酸钠与盐酸的反应：为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于50℃等温下进行该反应的实验。

反应开始时两反应物的摩尔比为1，为了确定反应进行的程度，在不同的反应时间下取出10ml反应液用的NaOH溶液滴定，以确定500kg/h，且丙酸钠的转化率要达到平衡转化率的90%。

试计算反应器的反应体积。

假定（1）原料装入以及加热至反应温度（50℃）所需的时间为20min，且在加热过程中不进行反应；（2）卸料及清洗时间为10min；（3）反应过程中反应物密度恒定。

解：用A,B,R,S分别表示反应方程式中的四种物质，利用当量关系可求出任一时刻盐酸的浓度（也就是丙酸钠的浓度，因为其计量比和投量比均为1：1）为：于是可求出A的平衡转化率：现以丙酸浓度对时间作图：由上图，当CA=×l时，所对应的反应时间为48min。

第三章 釜式反应器

第三章 釜式反应器

������������
1
= − ln 1 − ������
1 − ������
������
化学反应工程——釜式反应器
7
t与CA0有关 t与CA0无关
2. 间歇反应器的反应体积：
������ = ������ ������ + ������
式中： Q0— 单位时间内处理的反应物料的体积（由生产任务决定） t— 反应时间 t0— 辅助时间
1 − ������
������������
������������
1 反应时间：������ =
������������
������������ 1 − ������
若 ������ ≠ 1
t = 1 − ������
−1
������ − 1 ������������
若 ������ = 1
1 ������ = ������
������ = = ������ ������
(5)
������������
初 始 条 件 ： t=0时，CA=CA0 ; CP=0; CQ=0
对 ( 4 ) 积 分 得 ： ∴ ������ =
ln =
ln
(6)
由此式可求得为达到一定的XA所需要的反应时间,式（6）也可写成：
������ = ������ exp − ������ + ������ ������
1 − exp − ������ + ������ ������
������ + ������
两种产物的浓度之比，在任何反应时间下均等于两个反应的速率常数之比。
化学反应工程——釜式反应器
16

间歇式反应器(专业教育)

间歇式反应器(专业教育)
传质过程。
特备参考
16
制药工业属于精细有机合成工业，其产量小、规模一 般较小，因此大多采用间歇操作，所用反应器常为带搅拌装 置的锅式反应器（间歇式反应器）。 5.典型搅拌反应锅的结构
这类设备的化工零部件国内 已标准化，可参见《化工设备设计手 册》第一分册（材料与零部件）。
主要由以下部分组成： ⑴锅的主体 ⑷轴密封装置 ⑵换热装置 ⑸传动装置 ⑶搅拌装置 ⑹工艺接管
如：混酸的硝化过程即是液—液非均相反应，硝化反应同时 在两相内进行，但在酸相内反应速度比在有机相中的速度大 好几倍，当相接触面小时，总反应速度会显著下降。为了扩 大流体两相间的接触面积，通常在反
应器内装有高效搅拌器，在急剧
搅拌下，使液滴分散的很细，大
大增加两相间的接触面积，同时
由于各相内所形成的湍流而强化
非均相：过程的速率与温度、浓度、相间传质速率均有关。
气-液相—锅式、塔式、管式 液-液相—锅式、列管式 气-固相—沸腾床、固定床、锅式 液-固相—锅式 气-液-固相—锅式、塔式、流化床 固-半固相—球磨机型、螺杆型、卧式带钢球的锅式
特备参考
12
⑷按操作方式分
①间歇操作（也称分批操作）反应器 ②连续操作反应器 ③半连续操作（或称半间歇操作）反应器：
第三章 间歇式反应器
第一节 概述
一、反应器类型
反应、分离、制剂构成了药品生产的主要工艺过程。原 料在反应器内进行反应，通过分离等方法获得原料药，原料 药经过一定的制剂工艺(如混合、造粒、干燥、压片、包衣、 包装等)即成为出厂的药品。其中，反应是整个生产工艺过程 的核心，而反应器则是反应过程的核心设备。
原料与产物只要其中的一种为连续输入或输出，而其余 则为分批加入或卸出的操作。 a.常用反应器：锅式、塔式 b.操作特征：半连续反应器中的反应物系组成必然随时间而 改变，也随反应器内的位置而改变。 c.适用场合：改变连续流动物料的加料速度，可调节反应速 率。

03 第三章 釜式反应器1

03 第三章 釜式反应器1

（3-6）
nA0 dX A Vr R A
（3-7）
（3-7）适用于多相，均相及等温，非等温的间歇 反应过程
义：
nA0 c A0 Vr
X Af 0
∴
t c A0
1 dX A R A
（3-8）
若进行a级单一不可逆反应
R A rA k c A
LOGO
化学反应工程
第三章 釜式反应器
1
LOGO
第三章—釜式反应器
连续搅拌釜式反应器
重点掌握: 等温间歇釜式反应器的计算（单一反应、平行与连串反应）。 连续釜式反应器的计算 。 空时和空速的概念及其在反应器设计计算中的应用。 连续釜式反应器的串联和并联。 釜式反应器中平行与连串反应选择性的分析，连接和加料方式 的选择。 连续釜式反应器的质量、热量衡算式的建立与应用。 深入理解： 变温间歇釜式反应器的计算。 广泛了解： 串联釜式反应器最佳体积的求取方法。 连续釜式反应器的多定态分析与计算。 产生多定态点的原因，着火点与熄火点的概念。
j 1
M
（3-2）
ij
关键组分i 在第j个独立均 相反应中的化学计量数
反应物: 产物:
Ri 0
Ri 0
I. 定态操作，累积速率dni/dt，则式（3-1）化为
连续釜式反应器的物料衡算式
Q0 ci 0 Qci Vr i j rj
j 1
M
i 1, 2,, K
（3.4）
dFR 令： dt 0
（3-15）
根据函数求极值方法，目标函数对t求导， （3-16）
dcR cR 得： dt t t0
（3-17）
（3-17）即为FR最大时必须满足的条件，此 时的t即为最优反应时间tm。

釜式反应器--化工ppt课件

釜式反应器--化工ppt课件

VR V0
，量纲： 时间
09.06.2020
.
13
3.3 等温条件下，分批式操作的完全混 合反应器（BR）理想反应器的设计分析
3.3.1 概述
★分批式（又称间歇）操作：
是指反应物料一次投入反应器内，而在反 应过程中不再向反应器投料，也不向外排出 反应物，待反应达到要求的转化率后再全部 放出反应产物。
例题3.2—P62~63，自学。
09.06.2020
.
31
3.3.5 连串反应
设在等温间歇反应器中进行如下的一级不 可逆连串反应（恒容）：
各组分的动力学方程： rAk1CA rPk1CAk2CQ rQ k2CP
设初值条件为：当t=0时， C AC A 0,C P0 ,C Q0
则有：
09.06.2020
★充分（完全）混合：
指反应器内的物料在搅拌的作用下，其参数（如
温度，浓度等）各处均一。
14
.
09.06.2020
15
.
09.06.2020
★间歇反应器特点
反应物料一次加入，产物一次取出。 物料充分混合，无返混；同一瞬时，反应器内各点温度相
同、浓度相同；而且出料与反应器内物料的最终组成相同； 所有物料在反应器内的反应时间（停留时间）相同。 非稳态操作，反应器内浓度、温度随反应时间连续变化。 具有周期性 具有灵活性
令
dC P dt
0
topt
lnk2 k1 k2 k1
09.06.2020
.
33
09.06.2020
.
34
C P ma x k k 1 1 C A k 0 2ex kp 2top tex kp 1 topt

[工学]第三章 间歇反应器与理想反应器

[工学]第三章 间歇反应器与理想反应器



Vr Q0
cA0
xAf rA f
• 恒容条件下又可以简化为： cA0 cAf
rA f
定义空时

反应体积 进料的体积流量

Vr cA0 X A Q0 rA
代表反应器处理物料的能力
变小，处理能力变大
对于均相反应：
空速

1 空时
（体积空速）
空速的意义：单位时间最终产物Q：
Vr
Q0cQ ， k2cP
设cQ0
0
三式中有两式独立，可解Vr、XA、YP三者关系
例: 对于一级不可逆串联反应：
c 求 p max
A k1 P k2 S
rA k1cA
rp k1cA k2cp
rs k2cp
对于着眼组分A有：
在恒容条件下， 上式可简化为：
cA cA0 1 xA
t
cA0
xA 0
dxA rA

cA dcA r cA0 A
间歇反应器内为达到一定转化率所需反应
时间 t，只是动力学方程式的直接积分，
与反应器大小及物料投入量无关。
1.反应体积
等温 BR 的计算
Vr Q0 (t t')
3.2.1 等温间歇反应器的设计计算
反应器有效容积中物料温度、浓度相同，故
选择整个有效容积Vr作为衡算体系。在单位时间
内，对组分A作物料衡算：
单位时间进入Vr 的物料A的量


单位时间排出Vr 的物料A的量


单位时间Vr内反应 消失的物料A的量

单位时间内Vr中 物料A的积累量
3.反应时间的计算

《反应过程》李绍芬版 第三章釜式反应器

《反应过程》李绍芬版 第三章釜式反应器

3.2.2 最优反应时间
Vr cR FR t t0 dcR cR dt t t0 AT at a0t 0 a f Vr cR
dA T 0 dt
3.3 等温 BR 的计算
反应时间的计算
复合反应
3.3.1 平行反应 A P rP k1c A 对各组分作物料衡算(恒容条件)： A Q rQ k 2c A 对A：(k1 k2 )c A 对P：
等温CSTR 的计算
复合反应－平行反应 对关键组分A有： Vr
Q0c A0 X Af (k1 k2 )c A
Q0c p k1c A ， 设c p 0 0
对目的产物P有： Vr
对副产物Q有：
Vr
Q0cQ k2c A
， 设cQ0 0
三式中有两式独立，可解Vr、XA、YP三者关系

全混流反应器图
等温CSTR 的计算
对稳态操作，有：
dni dt
M
0
i 1,2, K
单一反应
则物料衡算通式变为：
Q0 ci 0 Qci Vr

j 1
ij r j
连续釜式反应器物料衡算式
Vr
Q0 c A0 X Af rA ( X Af )
Q0 (c A0 c A ) rA
3.1 釜式反应器设计方程

物料衡算：
3.2 等温 BR 的t计算
间歇反应器Batch Reactor 间歇操作的充分搅拌槽式反
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。
3.2.1 等温 BR 的Vr计算

化学反应工程 第三章

化学反应工程 第三章

t xAf
x cA cAf 图3－3 等温间歇液相反应 过程反应时间t的图解积分4 cA0
图3－2 等温间歇液相反应 过程t/cA0的图解积分
1. 等温等溶液相单一反应 在间歇反应器中，若进行等容液相单一不可逆 反应，则关键反应物A的反应速率式为：
dc A (rA )V k c f (c A ) dt c Af dcA 所需反应时间为：t c k f (c ) A0 c A
2. 增加组分B的回收费用，所以这也是一个需优化的参数。
17
4. 反应温度 对于间歇釜式反应器，可以在反应时间的不同 阶段，反应物系处于不同组成时，调整反应温度。 一般说来，高转化率时，反应物的浓度减少，反应 速率也随之减少，可以通过提高反应温度，促进反 应速率常数增大而增加反应速率。 如间歇釜式反应器中的硝化反应，在反应前期， 温度为40～45℃；反应中期，温度为60℃；而反应 后期，温度提高到70℃。
19
解：首先计算原料处理量V0根据题给的乙酸乙酯产量， 12000 可算出每小时乙酸需用量为 16.23kmol / h
88 24 0.35
由于原料液中乙酸:乙醇:水=1:2:1.35，当乙酸为1kg 时，加入的总原料为1+2+1.35=4.35kg 由此可求单位时间需加入反应器的原料液量为：
rA 1.045c kmol /(m h)
2 A 3
对1kmol A而言，投料情况是：
醋 酸 A 1kmol 60kg 0.062m3
正丁醇 B
4.96kmol
368kg
0.496m3
可求出，投料总体积VR=0.559m3
c A0 nA0 1.79kmol / m3 VR

第三章釜式反应器

第三章釜式反应器
热量衡算是以能量守恒与转化定律为基础的。
加入反应器的热量（1） ＝
带走的热量（2） ＋反应热（3） ＋累积的热量 （4）
对于（3）吸热反应取正号放热反应取负号
1）对于单一反应，只需建立一个方程
2）多相反应，需分别对每相建立方程， 多一相，多建立一个
3）反应热 放热 ΔHR “-” QP“+” 吸热 ΔHR “+” QP “-”
• 当气相流动反应器的压力降很大，以 致影响到反应组分的浓度时，就要考 虑动量衡算式。一般情况下，在反应 体积计算时可不考虑。这样反应体积 的计算是物料衡算、热量衡算联立求 解。对于一个单一反应就有二到三个 方程，如果遇到多个反应，计算就非 常麻烦，因此必须根据具体情况作必 要的简化。
• 4.化学动力学方程r=k1f1(x)-k2f2(x)
• 间歇反应器的特点是分批装料和卸料，其操 作条件较为灵活，可适用于不同品种和不同 规格的产品生产，特别是用于多品种而批量 小的化学品生产。因此，在医药、试剂、助 剂、添加剂等精细化工部门中得到广泛的应 用。其操作时间是由两部分组成：反应时间 （t）和辅助时间（t0）
二者的区别在于年龄是对仍然停留在设备 内的粒子而言。寿命则对已经离开反应 器的粒子而言。所以说寿命也可以说是 反应器出口处物料粒子的年龄。
b、逆向混合（返混） 指不同年龄的粒子之间的混合。所谓逆向，
是指时间概念上的逆向。 理想置换模型：返混最小 理想流动反应
器 理想混合模型：返混最大 非理想流动：介于最大· 和最小之间
例如：扩散模型、多级理想混合模型以 及各种组合模型等等都属于广泛采用 的非理想流动模型。
为什么要研究流动模型？流体在反应器中的 流动情况影响着反应率。反应选择性直接 影响反应结果。研究反应器的流动模型是 反应器选型、设计和优化的基础。我们知 道，实际进行的化学反应，往往都伴随着 传递过程（动量、热量、质量传递），这 些物理过程都会影响化学反应。例如：不 均匀的流速分布、温度分布、浓度分布对 化学反应的程度和速率都有一定的影响。

化学反应工程讲稿2009第3章1：釜式反应器BR

化学反应工程讲稿2009第3章1：釜式反应器BR

kt ln CA0 CA
CA CA0ekt
kt 1 1 CA CA0
CA

CA0 1 CA0kt
kt CA0 xA
xA

kt CA0
1 kt ln
1 xA
xA 1 ekt
kt 1 xA
CA0 1 xA
xA

CA0kt 1 CA0kt
kt

n
1
1
(C1An
设计计算/操作分析、优化
*Batch stirred tank reactor 间歇搅拌釜
*Continuous stirred tank reactor 连续搅拌釜
*Tubular flow reactor 平推流管式反应器
反应器设计计算的目的与任务： 设备）t(反～应V0时（间体)积~x流（量转：化生率产）任~V务R（）反应容积：
rA kCA
t CA dCA
CA0 kCA
CA CA0ekt
xA 1 ekt
kt ln CA0 CA
kt ln(1 xA )
实际操作时间=反应时间(t) + 辅助时间 (t’)
反应体积VR是指反应物料在反应器中所占的体积

VR=V0(t+t’)
据此关系式，可以进行反应器体积的设计计算
等辅助操作时间为1h。反应在100℃下等温操作，其反应速率方
程为
rA k(CACB CRCS / K )
100℃时，k=4.76×10-4 L/（mol·min），平衡常数K=2.92。
试计算乙酸转化35 % 时所需的反应体积。根据反应物料的特性， 若反应器填充系数取0.75，则反应器的实际体积是多少？
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 1、特点*
反应物料一次加入，产物一次取出 •结构简单、加工方便，传质、传热效率高 •同一瞬时，反应器内各点温度、浓度分布均匀* •非稳态操作，反应过程中，温度、浓度、反应 速度随着反应时间而变
•操作灵活性大，便于控制和改变反应条件
•辅助时间占的比例大 ,劳动强度高，生产效率低.
精品课件
4
2、应用
V F V t'/ 0 .8 1 3 /0 6 .7 1 5 .7 m 7 3
取两台釜，每釜容积为8.85m3，采用标准容积为 10m3的反应釜，后备能力为
( 1 8 0 .8 )/8 5 .8 1 5 % 0 1 .0 % 3
思考 如果取受料时间为1h，结果如何？
精品课件
17
例3-2同例3-1，如果根据工厂的加工能力能够制造 的最大容积的还原锅为6m3。问需用几个还原锅。
• (2)某些非均相反应，过程进行的速率受相间传质 速率的影响，也不能单纯地从化学动力学方程式计 算反应时间。
• (3)某些反应速率较快的反应，在加料过程及升温 过程中已开始反应。在保温阶段之前可能已达到相 当高的转化率。有时需分段作动力学计算。
精品课件
9
（3）反应体积VR
• 反应体积是指设备中物料所占体积，又称有效体积。
确定反应器的容积V的前提是确定反应器的有效容 积(反应容积)VR。
如果由生产任务确定的单位时间的物料处理量为FV， 操作时间为t’(包括反应时间t和辅助操作时间t0 )，
则反应器的有效容积：
VR=FVt＇
其中 t’ = t + t0
精品课件
10（Biblioteka ）*设备装料系数实际生产中，反应器的容积要比有效容积大，以保 证液面上留有空间。
小，若标准釜的容积为Va，那么，
V aV10 % 0V m aV m10 % 0
V
V 精品课件m
14
• 思考 • 选用个数少而容积大的设备有利还是选用
个数多而容积小的设备有利 ？
精品课件
15
3、计算示例
物料处理量FV一般由生产任务确定，辅助时间t0视实 际操作情况而定，反应时间t可由动力学方程确定， 也可由实验得到。由以上数据可求VR、V、m、Vm以 及δ等
• （1）已知VD或FV与t ’，根据已有的设备容积Va，
求算需用设备的个数m。
• 设备装料系数为 ，则每釜物料的体积为 Va，按
设计任务，每天需要操作的总批次为：
VD 24FV
•
Va Va
每个设备每天能操作的批数为：
=
24 t'
按设计任务需用的设备个数为：
m==2V4DVt'a =FVVta'
2.搅拌装置，由搅拌轴和搅拌器组成，
使反应物混合均匀，强化传质传热
3.传热装置，主要是夹套和蛇管，用来
输入或移出热量，以保持适宜的反应
温度
4.传动装置,是使搅拌器获得动能以强
化液体流动。
5.轴密封装置，用来防止釜体与搅拌 轴之间的泄漏
6.工精艺品接课件管,为适应工艺需要
2
精品课件
3
3.1.2间歇釜式反应器的特点及其应用
•适合于多品种、小批量生产 •适应于各种不同相态组合的反应物料 几乎所有有机合成的单元操作
精品课件
5
3.2.1间歇釜式反应器的容积与数量
确定反应器的容积与数量是车间设计的基础， 是实现化学反应工业放大的关键
1、求算反应器的容积与数量需要的基础数据
精品课件
6
（1）每天处理物料总体积VD和单位时间的物
料处理量为FV
VD
=
GD
GD每天所需处理的物料总重量 ρ物料的密度
FV=VD/24
精品课件
7
（2） 操作周期t’*
• 操作周期又称工时定 额或操作时间，是指 生产每一批料的全部 操作时间，即从准备 投料到操作过程全部 完成所需的总时间
t’ ，操作时间t’包 括反应时间t和辅助 操作时间t0 两部分组
例3-1：邻硝基氯苯连续氨化，然后分批还原生产邻 苯二胺。已知氨化出料速率为0.83m3/h，还原操作 时间为7h(不计受料时间)，求需要还原锅的个数与容 积。设备装料系数取0.75
精品课件
16
解：因氨化为连续操作，故至少需要两台还原釜交 替进行受料和还原。还原操作时间为7h，可取受料 时间为8h，安排每班进行一次还原操作，则每批的 操作时间为16h。装料系数取0.75，于是需要设备 的总容积为
如果反应器容积V的计算值很大，可选用几个小的反应器
若以m表示反应釜的个数，
则每个釜的容积:Vm=V/m=FVt’/( m)
为便于反应器的制造和选用，釜的规格由标准(GB 9845-88) 而定。在选择标准釜时，应注意使选择的容积与计算值相当或 略大。如果大，则实际生产能力较要求为大，富裕的生产能力 称为反应器的后备能力，可用后备系数δ来衡量后备能力的大
• 反应器有效体积与设备
实际容积之比称为设备 条
件
无搅拌或缓慢搅
装料系数，以符号
拌的反应釜
表示，即：
带搅拌的反应釜 易起泡或沸腾状
=VR/V。其值视具体
情况而定
况下的反应
液面平静的贮罐 和计量槽
装料系数范围 0.80～0.85
0.70～0.80 0.40～0.60
0.85～0.90
精品课件
11
2、反应器的容积和个数的确定
精品课件
12
由上式算出的m值往往不是整数，需取成整数m’, m＇＞m。
因此实际设备总能力比设计需求提高了。 其提高的程度称为设备能力的后备系数，以δ表示，
则
m' m100%
m
精品课件
13
（2）已知每小时处理的物料体积FV与操作周期t’,求设备体积与个
数
需要设备的总容积为：
FV t '
=V
= mVm
第三章 间歇釜式反应器
BR（Batch Reactor）
• 3.1 釜式反应器的特点及其应用 • 3.2 间歇釜式反应器的容积与数量及设备间的平衡 • 3.3 等温间歇反应釜的计算 • 3.4 变温间歇釜的计算 • 3.5 半间歇釜式反应器
精品课件
1
3.1.1釜式反应器的结构 *
1.釜的主体，提供足够的容积，确保达 到规定转化率所需的时间
成。
• 即t’ = t + t0
• 例如萘磺化制取2-萘磺 酸的操作周期:
• 检查设备
15分
• 加萘
15分
• 加硫酸及升温 25分
• 反应
160
分
• 压出料
15分
• 操作周期 240分或4小 时
精品课件
8
反应时间t的求算方法
• 由动力学方程理论计算或经验获得，但应注意：
• (1)不少强烈放热的快速反应，反应过程的速率往往 受传热速率的控制，不能简单地用动力学方程式来 求算反应过程的时间。