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第三章釜式及均相管式反应器PPT课件

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第三章釜式及均相管式反应器PPT优秀课件

第三章釜式及均相管式反应器PPT优秀课件

Ø一般在层流状态下操作 Ø液体将沿着螺旋面上升或下降
形成轴向循环流动，
螺带式搅拌器常用于高粘度液体的混合
6.5.2 Measures of improving effects
1.打旋现象及其消除
危害:
ü各层液体之间几乎 不发生轴向混合，
ü当物料为多相体系时， 还会发生分层或分离现象。
ü搅拌效率下降
单个全混流反应器ab同时加入维持a在较低的转化率下进行而后a从出口物料中分离返回反应器平行反应的适宜操作方式98二连串反应连串反应是指反应主产物能进一步反应生成其他副产物的过程许多卤化水解反应都属连串反于等温间歇反应器中进行连串一级不可逆液相反应进料中只有组分a并且各反应组分的化学计量数均相等99相应各组分的反应速率为反应开始时a的浓度为ca0m00积分代入式2可得此式为一阶线性常微分方程其解为则100组分a的浓度单调下降副产物m的浓度单调上升而主产物l的浓度先升后降其间存在最大值
Features and Applications:
(a) 平桨
切向和径向运动
可用于简单的 固液悬浮
(b) 斜桨
桨叶可分成24°、45° 或60°倾角 轴向和径向运动
单层桨式的缺点：轴向流动范围小
2.Major Diameter and Low Speed Agitators
(c) Majority Inclined
在工业上，为了使价格较高的或在后续工序中较 难分离的组分A的残余浓度尽可能低，也为了缩短 反应时间，常采用反应物B过量的操作方法。定义 配料比 mcBo/cAo，于是，等容液相反应过程中组分的 浓度 c B c B 0 ( c A 0 c A ) c A ( m 1 ) c A 0 代入动力学方程
只要已知反应动力学方程或反应速率与组分A浓度 cA之间的变化规律，就能计算达到cAf所需反应时间。最 基本、最直接的方法是数值积分或图解法。
釜式及均相管式反应器课件

釜式及均相管式反应器课件

釜式及均相管式反应器课件
目录
contents
反应器概述釜式反应器均相管式反应器釜式与均相管式反应器的比较反应器的维护与保养
01
反应器概述
反应器是一种用于实现化学反应的设备，能够提供化学反应所需的条件，如温度、压力、浓度等。
根据反应物状态、操作方式、反应机理等不同，反应器可分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、流化床反应器等多种类型。
总结词
通过控制温度和压力影响化学反应速率和选择性
详细描述
温度和压力是影响化学反应的重要因素。在釜式反应器中，通过加热或冷却系统可以精确控制反应温度，从而影响化学反应的速率和选择性。同时，压力的控制也有助于调节化学反应的平衡常数和选择性。
根据需要选择连续或间歇操作模式
总结词
根据不同的化学反应需求，可以选择连续操作或间歇操作模式。连续操作模式适用于需要大量原料、产物易于分离且生产能力较高的反应；而间歇操作模式适用于批量生产、实验研究或需要精确控制反应条件的反应。
详细描述
合成高分子材料
总结词
釜式反应器是合成高分子材料的重要设备之一。通过在釜式反应器中聚合单体，可以制备出各种高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。这些高分子材料广泛应用于塑料、纤维、橡胶等领域。
详细描述
VS
制备无机盐及氧化物
详细描述
在无机盐及氧化物的制备过程中，釜式反应器也得到了广泛应用。例如，在硫酸铵的生产中，将原料与催化剂加入釜式反应器中，通过加热和搅拌进行反应，最终得到硫酸铵产品。类似地，氧化物如氧化铁、氧化锌等也可以通过釜式反应器制备得到。
分类
定义
通过优化反应条件，提高化学反应的速率和收率，从而提高生产效率。
提高生产效率
通过高效的传热和传质过程，降低能耗，节约能源。
化学反应工程第三章PPT课件

化学反应工程第三章PPT课件

— 常称为活塞流式(或理想排挤式)反应器，多指假 想反应器内径向不存在浓度梯度与温度梯度，轴向没 有任何混合的管式反应器
平推流流体
反应物料以稳定的流率进 入反应器，在流动方向上 象活塞一样有序向前移动， 任一径向截面上各处的流 速完全相等
当
dF P dt
0 时，FP将取最大值；
故单位时间 反应量最大条件为：
dcP cP dt t t0
湖北文理学院
图 间歇反应器最优反应时间的图解法
2021
27
《化学反应工程》
【例3】欲用一间歇反应器在为100℃、催化剂硫酸的质量分数 为0.032%的条件下，由乙酸和丁醇生产乙酸丁酯
C 3 C H O C 4 H O 9 O H H C 3 C H O 4 H 9 H O 2 OC
湖北文理学院
2021
6
《化学反应工程》
2.空时、空速、停留时间与反应时间
1) 空时，又称为空间时间，定义为反应器体积VR与流
体进反应器的体积流量v0的比值
VR
0
反应器体积 进料体积流率
空时的单位是时间，是度量连续流动反应器生产强 度的一个参数。如空时为1min，表明每分钟可以处理 与反应器体积相等的物料量。空时越大，反应器生产 强度越小
• 缺点：
装料、卸料等辅助操作 要耗费一定的时间； 产品质量不易稳定
湖北文理学院
2021
12
《化学反应工程》
§3.2.1.1 间歇反应器性能的数学描述
在间歇反应器中，剧烈搅拌，器内物料的浓度和 温度达到均一，对整个反应器中关键组分A进行物料 衡算，则有：
单 输A 位 入 的时 量 单 输 间 A 位 出 的 内时 量 反 单 间应 位 A 内 的 掉 时 量 间 器 单A 内 位 中 的时 积间 累
第三章-均相理想反应器(1)PPT课件

第三章-均相理想反应器(1)PPT课件


5
•4.空间时间（空时）τ－－反应器有效体积
VR和反应流体入口条件下体积流率V0之比。
VR
V0
•5.空间速度（空速）Sv[时间－1]－－单位时 间内投入到反应器中的物料的体积流量与反
应器有效容积之比。
Sv
VO VR
标准空速
Sv
V ON VR
6
•6 空时与反应时间和平均停留时间的区别 •（1）空时与反应时间： •空时用于连续流动反应器，反映生产强 度的大小； •反应时间用于间歇反应器，反映化学反 应进行快慢的量度，并不反映反应器的生 产强度。
14
• 按物料在反应器内返混情况作为反应器 分类的依据将能更好的反映出其本质上 的差异。
• 按返混情况不同反应器被分为以下四种 类型
15
间歇反应器
• 间歇操作的充分搅拌槽式反应器（简称 间歇反应器）。在反应器中物料被充分 混合，但由于所有物料均为同一时间进 入的，物料之间的混合过程属于简单混 合，不存在返混。
16
平推流反应器
• 理想置换反应器（又称平推流反应器或 活塞流反应器）。在连续流动的反应器 内物料允许作径向混合（属于简单混合 ）但不存在轴向混合（即无返混）。典 型例子是物料在管内流速较快的管式反 应器。
17
全混流反应器
• 连续操作的充分搅拌槽型反应器（简称 全混流反应器）。在这类反应器中物料 返混达最大值。
• 例1 某厂生产醇酸树脂是使己二酸与己 二 醇 以 等 摩 尔 比 在 70℃ 用 间 歇 釜 并 以 H2SO4作催化剂进行缩聚反应而生产的， 实验测得反应动力学方程为：
(rA )
kc
2 A
k 1.97 103
kmol m 3min1
第3章釜式及均相管式反应器

第3章釜式及均相管式反应器


第三章 釜式及均相管式反应器 70
第四章 反应器中的混合及对反应的影响 106
第五章 固定床气-固相催化反应工程 126
第六章 气-液反应工程 176
第七章 流-固相非催化反应
212
第八章 流化床反应工程 236
第九章 气-液-固三相反应工程 270
第3章釜式及均相管式反应器
第三章 釜式及均相管式反应器
xA 1ekt
第3章釜式及均相管式反应器
表3－1 理想间歇反应器中整级数单反应的反应结果表达式
反应级数 反应速率 残余浓度式
转化率式
n=0
n=1
n=2 n级 n≠1
rA k
rA kCA
rA
kC
2 A
kt CA0 CA
kt CA0xA
CA CA0 kt
xA
kt C A0
kt ln C A0 CA
第3章釜式及均相管式反应器
Standardised stirred tank reactor sizes
❖Deutschland , Germany ❖Deutsche industry norm
标准尺寸( according to DIN)
反应釜规格
400
630
总容积
L
533
847
夹套容积 L
换热面积 m2
t
xAf x
CA0
第3章釜式及均相管式反应器
CAf CA
二、间歇反应器的数学描述 1. 等温等容液相单一反应
❖ 一级不可逆反应1st. Order Reaction（irreversible）
rA kCA
t CA dCA CA0 kCA
kt ln C A0 CA
第三章 均相反应器的设计PPT课件

第三章 均相反应器的设计PPT课件


作，起反应速率方程如下：
r A k 1 c A c B c R c S/K
100 0C时，k1=4 .76×10-4L/(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。
25
3.3 连续釜式反应器 CSTR
r A k 1 c A c B c R c S/K
8
3.2 间歇反应器
二、物料衡算和能量衡算方程
控制体 整个反应器体积 非定态操作 反应器内物料组成和温度随时间或反应进程而改变 可忽略压力变化（常用于液相反应） 描述反应器的数学模型包括物料衡算和能量衡算。
9
3.2 间歇反应器
三、等温间歇釜式反应器的计算（单一反应）
A+B→C+D
单 位 时 间 流 入 单 位 时 间 内 单 位 时 间 内 A 在 反 应 器 内 的 物 料 A 的 量 - 流 出 的 A 的 量 - 反 应 掉 A 的 量 = 的 积 累 速 度
间歇反应器的设计步骤：
1 列与反应相同个数的设计方程， 且方程中至少包括每步反应的一 个组分；
2 根据反应条件，确定定解条件；
3 解方程（组），求出反应时间；
4 Vr = Q0 (t+t0 )
5 V = Vr / f
装料系数，常在 0.4~0.85，对于沸 腾或易发泡液体 反应物料取 0.4~0.6；对一般 液体物料，取 0.7~0.85
代入速率方程，整理后 得
rAk1a bAx cA 2 xcA 02cA 0d dAx t
其 a c B 0 / c A 0 ， b 中 [ 1 c B 0 / c A 0 c S 0 / c ， A 0 K ] ， c 1 1 / K
反应工程第三章釜式及均相管式反应器

反应工程第三章釜式及均相管式反应器


f
xAf (rA ) f
1/rAf
B
VRP
V0cA0
xAf 0
dxA (rA )V
dx xAf
A
0 (rA )V
A
D
1/rA对xA作图，即曲线AB。
O
xA
xAf
xAf
VRM
VRP
(rA ) f
dx xAf
A
0 (rA )V
＝
矩形OCBD的面积 曲线下边OABD的面积
[OCBD] [OABD]
S fP

cAf cA0
SdcA
/(cA0
cAf
)
对于全混流反应器
S fm S rLf /(rLf rMf ) cLf /(cA0 cAf )
总选择率定义为 S f cLf /(cA0 cAf )
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返回
(1) 选择率的温度效应
L (主反应，n1级，活化能为E1)
上一页 下一页 返 回
【例题】 CSTR的操作特点。某二级液相反应 A B C ，
已知cA0=cB0，在间歇反应器中达到x=0.99，需反应时间10min。
问：(1) 在全混流反应器中进行时， m 应为多少？(2) 在两个串
联全混流反应器中进行时， m 又为多少？
解：n=2，间歇反应器中
可采用循环操作将未反应的物料从反应产物中分离出来，返 回到反应系统中。
对反应级数越高以及反应过程中增加越多的反应，返混的影 响越严重，两者的体积差别越大。
上一页 下一页 返 回
多级全混釜串联操作可以减少返混，提高反应推动力，使全 混流反应器所需的体积与平推流反应器所需的体积的差别减 小。
釜式反应器的结构课件

釜式反应器的结构课件


密封装置
总结词
密封装置的主要作用是防止反应物料泄漏，保证反应过程的密闭性。
详细描述
密封装置通常由密封垫、密封圈和紧固件组成。密封垫可以采用石棉垫、金属 垫等材料；密封圈可以采用橡胶、聚四氟乙烯等材料。密封装置的设计应考虑 耐腐蚀、耐高温和耐高压等性能要求。
进料/出料系统
总结词
进料/出料系统的主要作用是实现反应物料和生成物的进出料操作。
02
釜体
总结词
釜体的主要作用是提供反应所需的空 间，并承受反应物料的压力和温度。
详细描述
釜体通常由厚实的钢板焊接而成，能 够承受反应过程中产生的压力和温度。 根据不同的工艺需求，釜体有立式和 卧式两种常见结构。
搅拌装置
总结词
搅拌装置的主要作用是促进反应物料的混合，提高反应效率。
详细描述
搅拌装置通常由搅拌器、搅拌轴和搅拌桨组成。根据不同的 工艺需求，可以选择不同类型的搅拌桨，如推进式、涡轮式、 锚式等。搅拌装置的设计和安装应确保良好的混合效果和防 止死角。
材料选择
耐腐蚀性
选择具有良好耐腐蚀性能的材料，以适应反 应过程中可能产生的各种腐蚀性物质。
热稳定性
选择具有良好热稳定性的材料，以承受反应 过程中的高温和低温条件。
机械性能
确保材料具有足够的机械强度和稳定性，以 承受反应过程中的压力和温度变化。
经济性
在满足性能要求的前提下，考虑材料的经济 性，降低生产成本。
原料通过进料口进入反应釜，在搅拌作用 下与催化剂混合，加热至反应温度后进行 反应，产物通过出料口排出。
该釜式反应器具有较大的反应体积和高效 的搅拌能力，能够实现连续生产和提高产量。
某制药企业的釜式反应器案例
案例概述 某制药企业使用釜式反应器进行药物 中间体的合成。
釜式反应器最新课件

釜式反应器最新课件

3）多相反应：分别对每一项作物料衡算式， 增加了物料衡算式的数目。
釜式反应器最新课件
4）对间歇反应器，反应期间无输入输出， （1）=0，（2）=0
5）对流动反应器，（4）=0，即（1）=（2） +（3）
6）对于不稳定体系，如半间歇反应器，需要 同时考虑上式中的各项。
釜式反应器最新课件
2、热量衡算：上式中反应组分A的反应量与反 应过程的温度条件有关，计算非等温反应器的 反应体积时，需同时考虑物料衡算和热量衡算。
特征：1）垂直于物料流向的任一截面 上，所有的物系参数T、P、C、u都 是均匀的（相同的）
2）所有的粒子在反应器内的停留时间
都相同。
i
VR V0
釜式反应器最新课件
实际生产中属于理想置换的情况有：
管式反应器：它的流型基本上是理想置换模型
（活塞流模型），特别是在长径比很大、流速 较高时可看作是理想置换。
V 0、 CA 0、 X A 0
高与直径相类似
T 、 C A 、 rA
VR、 釜式反应器最新课件
C A f 、X A f rA f、 T f
特征：1）在反应器内各处的参数T、P、 C相同，并等于反应器出口值。
CA=CAf T=Tf rA =rAf 2)粒子在反应器内停留时间不同，参差
不齐，形成一个逗留时间分布
流动模型：是指流体流经反应器时的流 动和返混的状况。
对各种流动模型进行的数学描述就得到流动 的数学模型。
化工生产中有许多型式的反应器，如管式、 槽式等。这些反应器中流体流动的情况很 复杂。但在众多的反应器中，就流体的返 混情况而言，可以抽象出两种极限的情况。
釜式反应器最新课件
活塞流反应器：完全没有返混 全混流反应器：返混达到极大值实际生产
管式反应器和釜式反应器

管式反应器和釜式反应器


管式反应器的分类
•
管式反应器是应用较多的一种连续 操作反应器，常用的管式反应器有以 下几种类型： • (1)水平管式反应器 图3.1给出的 是进行气相或均液相反应常用的一种 管式反应器， • 由无缝钢管与U形管连接而成。 这种结构易于加工制造和检修。高压 反应管道的连接采用标准槽对焊钢法 兰，可承受1600-10000kPa压力。如用 透镜面钢法兰，承受压力可达1000020000kPa。
连续釜式反应器中的返混
循环反应器中的物料混合作用是有组织的，而连续 釜式反应器中的物料混合作用是由剧烈的搅拌引 起设备内部强烈环流运动造成的。 间歇釜和连续釜虽然同样存在有剧烈的搅拌与混合， 但是，参与混合的物料是不相同的。前者是同一 时刻进入反应器的物料之间的混合，也就是相同 浓度、相同性质的物料之间的混合，并不改变原 有的物料浓度；后者则是不同时刻进入反应器的 物料之间的混合，也就是不同浓度、不同性质物 料之间的混合，这种混合，常称之为返混，以区 别于前一种混合。
返混
在连续釜式反应器中，反应原料以稳定的流速进入 反应器，反应器中的反应物料以同样稳定流速流 出反应器。由于强烈搅拌的作用，刚进入反应器 的新鲜物料与已存留在反应器内的物料在瞬间达 到完全混合，使釜内物料的浓度和温度处处相等。 这种停留时间不同的物料之间的混合，称为逆向 混合或返混。 这里所说的逆向，是时间概念上的逆向，不同于一 般的搅拌混合。
选型
• 对于特定的反应过程，反应器的选型需综 合考虑技术、经济及安全等诸方面的因素。
加料方式
• 对有两种以上原料的连续反应器，物料 流向可采用并流或逆流。对几个反应器组 成级联的设备，还可采用错流加料,即一种 原料依次通过各个反应器,另一种原料分别 加入各反应器。除流向外，还有原料是从 反应器的一端(或两端)加入和分段加入之分。 分段加入指一种原料由一端加入，另一种 原料分成几段从反应器的不同位置加入， 错流也可看成一种分段加料方式。采用什 么加料方式，须根据反应过程的特征决定
化学反应工程第三章

化学反应工程第三章


反应级数 反应速率
残余浓度式
转化率式
n=0
n=1
n=2 n级 n≠1
rA k
rA kCA
rA
kC
2 A
kt CA0 CA
kt CA0 xA
CA CA0 kt
xA
kt CA0
kt ln CA0 CA
CA CA0ekt
kt ln 1 1 xA
xA 1 ekt
kt 1 1
kt 1 xA
VR
V0CA0 xAf (rA ) f
式中 (rA) f 指按出口浓度计算的反应速率。
N A,CAf X Af
, 若 xA0 0 则物料衡算方程为:
[A流入量]－[A流出量]－[ A反应量]＝累积量
NA '
NA
(rA ) f VR
0
N A ' N A0 (1 xA0 ) N A N A0 (1 xAf )
2级反应：CA
CA0 1 CA0kt
CA 随 t 缓慢下降。
对于一级或二级不可逆反应，在反应后期，CA的下降 速率，即xA的上升速率相当缓慢。若追求过低的残余 浓度，即过高的转化率，则在反应后期要花费大量的
反应时间。（见书上例3-1）
例 3-1 在间歇反应器中进行等温二级反应
A→B
反应速率
r
0.01C
应器中达到x=0.99，需要反应时间为10min，问：
（1）在全混流反应器中进行时， 应为多少？
（2）在两个串联全混流反应器中进行时， 又为多少？
第四节 多级全混流反应器的串联及优化
设有一反应，A的初始浓度为CA0，反应结束后最终浓度为 CAf,反应的平衡浓度为CA*，考察平推流反应器和全混流反应器 的浓度推动力。

《釜式反应器》PPT课件

理想混合反应器：釜内物料完全混合，浓度、温度处处相等。 间歇操作：反应参数随时间变化。等容过程。 先求得为达到一定转化率所需的反应时间，然后结合非生产时间和每小时要求处理 的物料量，计算反应器体积。 2.2.1 反应时间 反应时间计算式根据反应器物料衡算推导。 ①由于反应器内浓度、温度均一．不随位置而变，故可对整个反应器有效体积(反 应体积)进行物料衡算。 ②间歇操作．进料项和出料项均为零。
CA0
FA0 V0
VR1
1
CA1
FA1 V01 xA1
2
VR2
CA2 … FA2 V0 2 xA2
i
CAi
FAi
V0i
VRi
xAi
N
VRn
CAN
FAn V0 n x An
V0=V01=V02=V0i=V0N
如对第i段釜进行物料衡算
FAi-1 FAi rAiVRi
FVA0R(i
1FxAA0i(1x)AiFxAA0i(11 ) rAi
1 k11
CAi kiCAiτi CAi1
CAi
CAi1
1 ki i
第二段
CA2
CA1
1 k2 2
CA0 1
1 k11 1 k2 2
第三段 第N段
C A3
CA2 1 k3τ3
CA0 1 k1τ1
1 1 k2τ2
1 1 k3τ3
CAN
CAN 1 1 kNτN
CA0 1 1 1
-4.45
CA0
2.4 搅拌器
搅拌的目的： ①使互溶的两种或两种以上液体混合均匀； ②形成乳浊液或悬浮液； ③促进化学反应和加速物理变化过程、如促进溶解、吸收、吸附、萃取、传热等 过程。 搅拌的方法：机械搅拌(或称叶轮搅拌)、气流搅拌、射流搅拌和管道混合等。

化学反应工程_第三章__釜式及均相管式反应器

A0 Ae c Ae A0 Ae

dc A kc c A c B kc c L c M dt
kc t
Kc 2c A0
ln
x Ae (2 x Ae 1) x A x Ae x A
dc A 2 kc c A kc c L c M dt dc 2 A kc c A c B kc c L dt
2 c

ln
{[2(c A c A0 ) K c ] K c2 4c A0 K c }2 [2(c A c A0 ) K c ]2 K c2 4c A0 K c ( K c K c2 4c A 0 K c )2 ( K c )2 K c2 4c A0 K c {[2(c A c A0 ) K c ] K c2 4c A0 K c }2 [4(c A c A0 )2 4c A K c ] ( K c K c2 4c A0 K c )2 4c A0 K c
第三章 釜式及均相管式反应器
主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
间歇釜式反应器 连续流动均相管式反应器
连续流动釜式反应器
理想流动反应器的组合和比较 多重反应的选择率 半间歇釜式反应器 釜式反应器中进行的多相反应
第三章
釜式及均相管式反应器
结构特征 ① 特征 浓度特征 时间特征 ② 数学模型
第三章釜式及均相管式反应器主要内容第一节间歇釜式反应器第二节连续流动均相管式反应器第三节连续流动釜式反应器第四节理想流动反应器的组合和比较第五节多重反应的选择率第六节半间歇釜式反应器第七节釜式反应器中进行的多相反应数学模型优化结构特征浓度特征时间特征优化组合转化率高选择性强设计计算1理想流动釜式反应器串联及优化2理想流动釜式反应器热稳定性分析第三章釜式及均相管式反应器典型搅拌釜式反应器的结构第一节间歇釜式反应器电动机减速箱疏水阀桨叶搅拌轴测温管固体进料液体进料一釜式反应器的特征搅拌均匀浓度均一分子尺度

学习_第3章釜式及均相管式反应器2


两边同时乘以 1 xAi
1 xA,i1
V /k V0 xAi xA,i1 V0 xA,i1 xAi
V V k 1 xAi
k 1 xA,i1
0 Ri Ri1
CA,i1 CAi CAi CA,i1
例：用两只串联的全混流反应器进行乙酸和乙醇
的酯化反应，每天产乙酸乙酯12000kg，其化
1.解析计算
CA
0
CA1
CA2
CAi-
CAi
CA
V0
C
A1
V0
C
A2
V0
C1 Ai-1V0
C
Ai
V0
CA m m V0
VR
VR
1
2
VRi
VRi VR
-1
m
二、 多级全混釜的串联及优化 2. 多级全混釜串联的计算
V0C A0 (1 x Ai1 ) V0C A0 (1 x Ai ) rAiVRi
托里拆利（Evangelista Torricelli） 1608年10月15日－1647年10月
25日
亚历山大·李亚普诺夫 Александр Михайлович Ляпунов
出生 逝世 研究领域 任职于 母校 博士导师 著名成就
rA
f (CA)
-1/
CA CA CA CA CA
32 1
0
第三章 釜式及均相管式反应器
第三节 连续流动釜式反应器

一、 连续流动釜式反应器的特征
及数学模型

二、 多级全混釜的串联及优化

1. 多级全混釜的浓度特征

2. 多级全混釜串联的计算

3. 多级全混釜串联的优化

反应工程课件第三章

精品文档
影响(yǐngxiǎng)因素
(1) K值
k增大(温度升高） →t减少 →反应体积减小
(2)反应 (fǎnyìng)浓 度
零级反应：t与初浓度CA0正比 一级反应：t与初浓度CA0无关 二级反应：t与初浓度CA0反比
0级反应：kt CA0 xAf
1级反应：kt ln 1 1 xAf
2级反应：ktC A0
。
0级反应：CAf CA0 kt 1级反应：CAf CA0ekt
2级反应：C Af
CA0 ktCA0 1
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3.1.3 间歇(jiàn xiē)釜式反应器的工程放大及操作优化 1）工程放大
实验室用的小型反应器要做到等温操作比较容易，而大 型反应器就很难做到；又如实验室反应器通过搅拌可使反应 物料混合均匀(jūnyún)，浓度均一，而大型反应器要做到这 点就比较困难。生产规模的间歇反应器的反应效果与实验室 反应器相比，总是有些差异。精品文档
原料中反应(fǎnyìng)组分的质量比为A：B：S=1：2：1.35，反应(fǎnyìng)液的密度为1020kg/m3，并假定在反应(fǎnyìng)过程中不变。每批装料、卸料及清洗等辅助操作时间为1h。反应(fǎnyìng)在100℃下等温操作，其反应(fǎnyìng)速率
2) 反应时间的优化 间歇反应器每批物料的操作时间包括(bāokuò)反应时间和辅助时
间，对于一定的化学反应和反应器，辅助时间是一定值。
可以看出，存在一最佳反应时间(shíjiān)，使单位时间 (shíjiān)的生产量达到最大值。
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对于反应A→R，若要求产物R的浓度(nóngdù)为CR，则单位操 作时间的产品产量PR为
ktC A0
1 1 xAf

反应工程第三章 釜式及均相管式反应器-1


带出
传给环境
反应器
反应单元
带入量
0 √ √ √
带出量
0 √ √ √
反应热
√ √ √ √
累积量
√ 0 0 √
间歇式 平推流(稳态)
整个反应器 微元长度
全混釜(稳态) 整个反应器 非稳态
动量衡算方程（流体力学方程）
气相流动反应器的压降大时，需要考虑 压降对反应的影响，需进行动量衡算。
第二节 理想流动反应器
CA
C A0 kt ln CA
kt
C A C A0 e

kt
xA 1 e
kt ln(1 xA )


实际操作时间=反应时间(t) + 辅助时间 (t0) 反应体积VR是指反应物料在反应器中所占的体积 VR=V0(t+t0) 据此关系式，可以进行反应器体积的设计计算。
the mass balance equation the energy balance equation the momentum balance equation
物料衡算方程。针对任一反应单元，在任一时间段内：
某组分流入量=某组分流出量+某组分反应消耗量+某组分累积量
反应单元
流入
反应消耗
累积
流出
1、生活中你们遇见反应器有什么类型？ 2、石油化工生产过程又有哪些反应器？
High Pressure Polymerisation of Ethylene
Pressure : Residence time: Reactor: 1500 –2500 bar（1bar＝0.1MPa） 100 –150 s Diam. 34 – 50 mm; L = 400 –900 m
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CA f (x, y, z,t)
...... T f (x, y, z,t)
显然，要建立包含空间、时间变量的数学模型并非易事
数学模型
2、怎样建立反应器的数学模型？ ——对实际反应器内物料的流动状况进行简化 （1）先建立极限流动状况下的数学模型；
混合均匀 ——全混流 理想流动模型
完全没有混合 ——活塞流
计算温度变化 计算压力变化
4. 间歇釜式反应器的数学模型
对整个反应器进行物料衡算：
0
0
流入量 = 流出量 + 反应量 + 累积量
单位时间内反应量 = 单位时间内消失量
rAVR
dnA dt
nA0
dxA dt
( nA
nA0 (1
xA ))
t nA0
dx xAf
A
V0 0 rA
（一般式）
t CA0
dcA dt
kccAcB
kccL
(kc
kc )t
ln
c Af cA0
kct
cA0 cA0
cA cA
ln
c
2 A0
c Ae c A
(cA cAe )cA0
kct
cA0 cAe cAe (2cA0 cAe )
ln(*)
dcA dt
kccAcB
kccLcM
dcA dt
kc
c
2 A
kccLcM
1、查数学手册中的有理函数积分表，得
ax2
dx bx
c
1 arctg
4ac b2
2ax b c 4ac b2
4ac b2 0
dx
ax2 bx c
1 ln | 2ax b b2 4ac 2ax b
（2）再用理想流动模型建立实际反应器流动模型 因实际反应器内物料的流动状况肯定介于两理想流动模型之间
3. 建立模型的基本方程
the kinetic equation the mass balance equation
第二章中讲过 计算反应体积
the energy balance equation the momentum balance equation
V=0.0625+0.496=0.559 m3 。
CA0
N A0 V
1 0.559
1.79kmol / m3
t
CA0
x Af 0
dxA
kC
2 A
1 kC A0
( xAf 1 xAf
)
第二节 理想流动反应器——BSTR
分别将 xAf 0.5、0.9、0.99代入上式计算可得
t0.5
1 1.79 1.045
[分析与解答]
CH3COOH + C4H9OH
(A)
(B)
CH3COOC4H9 + H2O
(C)
(D)
对每1kmol A 而言，投料情况如下表：
第二节 理想流动反应器——BSTR
醋酸（A）
1kmol
60 kg
0.062m3
正丁醇（B）
4.96kmol 368 kg
0.496m3
该反应为液相反应，反应过程中体积不变，且每次投料体积
dx xAf
A
0 rA
CA dCA
CA0
rA
等容过程：
5. 间歇釜式反应器的数学模型图解积分
1/rA —xA
t/CA0
t
CA0
x Af 0
dxA rA
1 rA
xA
1/rA —CA
t
t
dc C A 0
A
r C A
A
1 rA
cA
t cA0
x Af 0
dxA rA
cA dcA r cA0 A
3. 间歇釜式反应器的优点——操作灵活，适应性强。 ① 操作条件可随产品不同而改变； ② 批量可小可大； ③ ③ 反应时间可长可短；
4. 间歇釜式反应器的缺点——耗费卸料、装料等辅助时间。
二、间歇釜式反应器的数学模型
1、什么是间歇釜式反应器的数学模型？ ——反应器内物料温度、组分浓度等参量分布的微分方程
以醋酸（A）和正丁醇（B）为原料在间歇反应器中生产醋酸 丁酯，操作温度为100℃，每批进料1kmol的A和4.96kmol
的B，已知反应速率， rA 1.045CA2kmol /(m3 h)
试求醋酸转化率分别为0.5、0.9、0.99所需的反应时间。已 知醋酸与正丁醇的密度分别为960 kg/m3和740 kg/m3。
第三章 釜式及均相管式反应器 结构特征
1. 间歇搅拌釜式反应器
① 特征 浓度特征
2. 均相管式反应器
3. 理想流动釜式反应器 （1）理想流动釜式反应
器串联及优化
（2）理想流动釜式反应 器热稳定性分析
② 数学模型 t f (ci )
优化组合 ③ 优化 转化率高
选择性强 例3-1
④ 设计计算 例题2 例3-4
( 0.5 ) 1 0.5
0.535h
t0.9
1 1.79 1.045
( 0.9 ) 1 0.9
4.81h
t0.99
1 1.79 1.045
( 0.99 ) 1 0.99
52.9h
计算结果表明：转化率越高，反应时间越长，而大量 时间花在高转化率上。
作业：P112，T3-1
表3-2 BSTR中等温等容液相单一可逆反应的动力学及积分式
固体进料 测温管 档版 搅拌轴 桨叶
疏水阀
第一节 间歇釜式反应器 电动机
减速箱 液体进料
液面
液体进料管 夹套 排料口
1. 典型搅拌釜式反应器的结构
一、间歇釜式反应器的特征
2. 间歇釜式反应器的操作特点 ① 搅拌均匀，浓度均一（分子尺度）； ——无需考虑传递问题； ② 器内物料同时开始和停止反应； —— 具有相同的反应时间（停留时间）。
表3-1 BSTR中等温等容液相单一不可逆反应的动力学计算结果
反应速率 rA=kCA rA=kCA2
t CA dCA
CA CA CA0
t
CA0
x Af 0
dxA rA
kt ln 1 1 xA
C A0 kt
xA 1 xA
例3-1（P79）
kct
Kc 2c A0
ln
x Ae
(2xAe 1)xA xAe xA
kct
Kc ln xAe (2xAe 1)xA
cA0
xAe xA
A B 2L
(cA0 cB0 )
dcA dt
kccAcB
kccL2
kct
Kc 4c A0
ln
x Ae
(2xAe 1)xA xAe xA
表3-2中的积分运算依据
反应
动力学方程 动力学方程积分式
可逆反应(产物初始浓度为零)
*
cA0cAe (cA0 cAe ) (cA0
(cA
cAe
)c
2 A0
cAe )2 cA
A L
A LM
AB L
(cA0 cB0 )
AB LM
(cA0 cB0 )
2A L M
dcA dt
kccA
kccL
dcA dt
kccA kccLcM