第三章理想反应器IdealReactor
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第三章均相理想反应器反应器的开发主要有两个任务:1.优化设计—反应器选型、定尺寸、确定操作条件。
2.优化操作—根据实际操作情况,修正反应器的数学模型参数,优化操作条件。
最根本任务—最高的经济和社会效益。
3.1 反应器设计基础3.1.1反应器中流体的流动与混合理想反应器的分类对理想反应器(ideal reactor),主要讨论三种类型:1.间歇反应器(Batch Reactor—BR);2.平推流反应器(Plug /Piston Flow Reactor—PFR);3.全混流反应器(Continuously Stirred Tank Reactor—CSTR)。
返混(back mixing)—不同停留时间的粒子之间的混合;混合(mixing)—不同空间位置的粒子之间的混合。
注意:返混≠混合!平推流—物料以均一流速向前推进。
特点是粒子在反应器中的停留时间相同,不存在返混。
T、P、C i随轴向位置变(齐头并进无返混,变化随轴不随径)。
全混流(理想混合)—物料进入反应器后能够达到瞬间的完全混合。
特点是反应器内各处的T、P、C i相同,物性不随反应器的位置变,返混达到最大。
3.1.2 反应器设计的基础方程反应器的工艺设计包括两方面的内容:1.由给定生产任务和原料条件设计反应器;2.对已有的反应器进行较核,看达到质量要求时,产量是否能保证,或达到产量时,质量能否保证。
反应器设计的基础方程主要是:1.动力学方程;2.物料衡算方程;3.热量衡算方程;4.动量衡算方程。
一、物料衡算方程对反应器内选取的一个微元,在单位时间内,对物质A有:进入量=排出量+反应消耗量+积累量(3.1-1)用符号表示:F in F out F r F b即:F in=F out+F r+F b(3.1-2) 1.对间操作,反应过程无进料和出料,即:F in=F out=0则:-F r=F b(3.1-4) 反应量等于负积累量。
2.对连续稳定操作,积累量为零,即:F b=0则F in=F out+F r(3.1-6)二、热量衡算方程对反应器内选定的微元,单位时间内的热量变化有:随物料流-随物料流+与边界交+反应热=积累热量入的热量出的热量换的热量符号:Q in Q out Q u Q r Q b入为正放热为正即:Q in-Q out+Q u+Q r=Q b(3.1-8) 1.对于稳定操作的反应器,热的积累为零,即:Q b=0Q in-Q out+Q u+Q r=0(3.1-9) 2.对稳态操作的绝热反应器,Q u=Q b=0,即:Q in-Q out+Q r=0(3.1-10) 反应热全部用来升高或降低物料的温度。
第三章 理想反应器1.理想反应器是指_______、_______。
[理想混合(完全混合)反应器、平推流(活塞流或挤出流)反应器]2.具有良好搅拌装置的釜式反应器按_______反应器处理,而管径小,管子较长和流速较大的管式反应器按_______反应器处理。
(理想混合反应器、平推流)3.分批式完全混合反应器操作的优化分析是以_______、_______为目标进行优化的。
(平均生产速率R Y 最大、生产经费最低)4.全混流反应器的空时τ是_______与_______之比。
(反应器的有效容积、进料流体的容积流速)5.全混流反应器的容积效率η为_______与_______之比。
(反应时间t 、空时τ)6.全混流反应器的放热速率G Q =______________。
(pr A C v H r V ρ0))((∆--)7.全混流反应器的移热速率r Q =______________。
()()1(000P m P c v U A T T c v UAT ρρ+-+)8.全混流反应器的定常态操作点的判据为_______。
(r G Q Q =)9.全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为_______、_______。
(r G Q Q =、dT dQ dT dQ Gr 〉) 10.全混流反应器的返混_______。
(最大)11.平推流反应器的返混为_______。
(零)12.对于恒容的平推流管式反应器_______、_______、_______一致。
(平均停留时间、反应时间、空时)13.对于恒容的_______管式反应器平均停留时间、反应时间、空时一致。
(平推流)14.如果将平推流反应器出口的产物部分的返回到入口处与原始物料混合,这类反应器为_______的平推流反应器。
(循环操作)15.对于循环操作的平推流反应器,当循环比β→0时为_______反应器,而当β→∞时则相当于_______反应器。
(平推流、全混流)16. 对于循环操作的平推流反应器,当循环比β→0时反应器内返混为_______,而当β→∞时则反应器内返混为_______。