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化学反应工程原理-副本第五章-连续流动釜式反应器

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化学反应工程第五章课件

化学反应工程第五章课件

m
C A0
0
xAf
xA
0
xAf
xA
m P Vm VP
m 比较 P
1 (rA )
Chemical Reaction Engineering
xA
n =0 n=1
n=2
0.9
1
4
10
0.99
1
22 100
1
n=2
(rA )
P
n=1
CA0
0
xAf 1
xAf 2
xA
xA越大，相差越大
0
xAf
xA
反应移到一个管内径为125mm 的理想管式反应器中
进行，仍维持 75℃等温操作，且处理量和所要求转化 率相同，求所需反应器的管长。
Chemical Reaction Engineering
解：由于CA0 CB0 ，且是等摩尔反应，所以反应速率方程为
(rA )
kCACB
kC
2 A
此反应在理想间歇反应器中达到要求转化率所需反应时间为
基本方程
cA0 cAf
(rA )
cA0 xAf kcAn0 (1 xAf
)n
cAn 01k
xAf (1 xAf
)n
反应器型式 反应级数
一级
二级
零级
PFR
k ln 1 或 1 xA
C A e k C A0
C A0 k
1
xA xA
或
CA 1 C A0 1 C A0 k
k
CA0
xA
1
C A 1 k
Chemical Reaction Engineering
第五章 连续流动釜式反应器(CSTR) (Continuous Stirred Tank Reactor)

连续釜式反应器

连续釜式反应器

打漩现象
搅拌器两方面性能： 产生强大的液体循环流量； 产生强烈的剪切作用。 基本原则： 在消耗同等功率的条件下，低转速、大直径 的叶轮，可增大液体循环流量，同时减少液体受到的剪切 作用，有利于宏观混合。 反之，高转速、小直径的叶轮，结果与此恰 恰相反。
常用搅拌器的型式、结构和特点 化学工业中常用的搅拌装置是机械搅拌装置，包 括 搅拌器：包括旋转的轴和装在轴上的叶轮； 辅助部件和附件：包括密封装置、减速箱、搅拌电 机、支架、挡板和导流筒等。 搅拌器是实现搅拌操作的主要部件，其主要的组 成部分是叶轮，它随旋转轴运动将机械能施加给液体， 并促使液体运动。
通常可以采取τ1=τ2，这时整个反应系统最优。 即要
这时
釜式反应器的故障处理及维护要点
序 1 故障现象 壳体损坏 （ 腐蚀、 裂纹、透 孔） 超温超压 故障原因 1.受介质腐蚀（点蚀、晶间腐蚀） 2.热应力影响产生裂纹或碱脆 3.损变薄或均匀腐蚀 1.仪表失灵，控制不严格 2.误操作；原料配比不当；产生剧热反应 3.因传热或搅拌性能不佳，发生副反应 4.进气阀失灵，进气压力过大、压力高 处理方法 1.用耐蚀材料衬里的壳体需呕新修衬或局部补焊 2.焊接后要消除应力，产生裂纹要进行修补 3.超过设计最低的允许厚度需更换本体 1.检查、修复自控系统，严格执行操作规程 2.根据操作法，紧急放压，按规定定量。定时投料， 严防误操作 3.增加传热面积或清除结垢，改善传热效果；修复 搅拌器，提高搅拌效率 4.关总气阀，切断气源修理阀门 1.更换或修补搅拌轴，并在机床上加工，保证表面 粗糙度 2.调整油环位置，清洗油路 3.压紧填料，或更换填料 4.修补或更换 5.更换摩擦副或重新研磨 6.调整比压要合适，加强冷却系统，及时带走热量 7.密封圈选材、安装要合理，要有足够的压紧力 8.停车，重新找正，保证垂直度误差小于0.5mm 9.严格控制工艺指标，颗粒及结晶物不能进入摩擦 副 10.调整、检修使轴的窜量达到标准 11.改进安装工艺，或过盈量要适当，或粘接剂要好 用，粘接牢固

化学反应工程复习题

化学反应工程复习题
--
--
8.结合下图说明可逆放热反应最优温度序列的实施。
9、画出多段绝热反应器段间用原料冷激气和惰性气体冷凝时的最佳温度序列的实施情况。 10. 比较物理吸附和化学吸附的不同。 11. 简述全混流反应器的特点 12.可逆反应最优温度条件的实施有哪些方法?画图说明。 四、计算题 1．等温下在间歇反应器中进行一级不可逆液相分解反应 A → B ＋ Ｃ ,在 5 分钟内有 50% 的 A 分解,要达到分解率 7５%问需多少时间? 2． 在温度 555Ｋ、压力 0.２9４MPa 条件下在平推流反应器中进行反应,其动力学方程为 rA kCA ,已知 k＝０.27s-1 ,进料中含 A30%（摩尔分数)其余为惰性物料，Ａ的加料流率为 ６.3moｌ/s ,ｙA0=0．5 ，为使反应器出口转化率达 95% ，求反应器的体积。 3．一级不可逆反应 A → R ,在８5℃时 k=3.45ｈ-1 ，在一容积为 10m3 的连续釜式反应器
kmoｌ/L·mｉｎ,已知：2０℃时
k＝1.9７ L/kmoｌ.min , CA０ ＝0．0０4ｋmol/L ,加料速度为 V0＝1７1L/ｈ，转化率为０.8，
求:
①在平推流反应器中完成该反应所需的体积。
②在全混流反应器中完成该反应所需的体积。
10、有一液相二级不可逆反应，反应速率方程为: r A
６.循环比 R 表示循环物料的流量与
流量之比。
7.多级全混流模型的模型参数为
,其值可由实验确定。
8.对可逆放热反应，随温度升高,反应速率常数
;平衡常数
。
9.在若干个过程串连组成的系统中，若其中某一步的速率与其他各步相比慢了许多，则该步
骤就是整个过程的_____＿_＿＿步骤。
1０.气固相催化反应中消除外扩散影响常用的措施是

第五章釜式连续反应器

第五章釜式连续反应器
式中：
n为搅拌器转数；d为搅拌器叶轮直径；NQR为无因次准 数。在有挡板的条件下，对于推进式叶轮NQR=0.5；
对 于 涡 轮 式 叶 轮 ( 六 叶 ， 宽 径 比 为 1:5) ，
NQR=0.93D/d(用于Re104，D为反应器内径； d为搅
拌器桨径)。
连续釜式反应器在结构上通常与间歇釜式反应 器相同。其常见的进出料方式如下
①已知反应釜串联的个数n以及反应体积VR(也就 是停留时间τ)，求终点转化率xAf ②已知终点转化率xAf，求串联的个数n(已知反应 体积，即停留时间τ) ③已知终点转化率xAf，求反应体积VR(已知串联 的个数n)
第五章 连续釜式反应器
5.1 连续釜式反应器的特点及应用 5.2 连续釜式反应器的设计 5.3连续釜式反应器的并联与串联 5.4釜式反应器的热量衡算与定态操作 5.5返混对复杂反应产品分配的影响
连续釜式反应器的特点
• 定义：连续釜式反应器是一种以釜式反应器实现连续生产的 操作方式。
• 与间歇釜式相比，具有生产效率高，劳动强度低，操作费用 小，产品质量稳定，易实现自控等优点。
FV0CA0=FVfCAf+ rAVR
液相反应时，可视为恒容，FV0=FVf；而且稳态 操作时，xA=xAf，CA=CAf，于是
VR

FV 0 (CA0 rA
-CA)
由于
xA

CA0 - CA CA0
所以
VR
=
FV 0CA0 xA rA
这就是等温恒容液相连续釜式反应器的设计方程。
在给定操作条件以及反应的动力学方程后，可由 简单的代数计算求得反应体积。
CA2 1+ k3 3
CAn-1 1 kn n

化工第五章化学反应

化工第五章化学反应

2.按操作方法分类：
可分为间歇、半间歇、连续式三种。
操作特点：原料一次加入，经过一定时间后，反应产物一次卸出。 间歇反应器 生产特征：反应程度和反应物的性质均随时间而变化。 操作特点：一种原料一次加入，另外的反应物以一定的 速度连续地加入，反应后将产物全部卸出。 生产特征：反应程度和反应物的性质均随时间而变化。
反应器选型、 设计和优化
数学 模型
流动 模型
对实际过程 的简化
反应器中的 流动状况影 响反应结果
建立模型的 基本方法
理想 模型
非理想 模型
理想气体 状态方程
二、化学反应器的分类：
1.按反应器的结构型式分类： 这种分类的实质是按传递特性分类，反映出不 同的反应器中最基本的传递过程的差别。按 反应器的结构特征，常见的工业反应器可分 为釜式、管式、塔式。固定床式、流化床式 和移动床式。 书141页图
rA=k
cA x A k
xA kcA0( 1 x A ) cA0 cA 1 xA
反应体积VR是指反应物料在反应器中所占的体积
VR=qv (τ+τ′)
实际操作时间=反应时间(τ) + 辅助时间 (τ’)
上式称为反应器的设计方程，代入动力学方程积分就可算出 t。 若动力学方程复杂，可采用数值积分或图解积分。
原料 产物
物理处理
化学处理
物理处理
循环
第一节
一、化学反应工程学：
概述
1.化学反应工程发展概况： 远在古代，人们就开始利用化学反应，如陶器的制作、 酒与醋的酿造、金属的冶炼以及炼丹、造纸等等，然而， 这些生产过程直到上世纪五十年代还未形成一门独立的学 科，其原因是由于人类还没有能够从种类繁多、看起来似 乎毫不相干而又变化多端的反应过程中，认清它们的共同 规律。 科学技术的发展，特别是二战后石油化工的发展，对化 学反应器的设计产生了迫切要求，而化学动力学研究的进 展和化工单元操作方面的理论和实践经验的日趋成熟，才 使这类问题的系统解决有了可能。

连续搅拌釜式反应器PPT课件

连续搅拌釜式反应器PPT课件

下关系式成立：
CA=K(U-Uf) 式中：U——由电导电极测得在不同转化率下与釜内溶液组成相应的电压信号值；
Uf——CH3COOC2H5全部转化为CH3COONa K——
本实验采用等摩尔进料，乙酸乙酯水溶液和氢氧化钠水溶液浓度相同，且两者进
料的体积流率相同。若两者浓度均为0.02 mol·L-1 ，则反应过程的起始浓度CA,0， 应为0 .01mol·L-1 。 因此，应预先精确配置浓度为0.01 mol·L-1 的氢氧化钠水
（2）当操作状态达到稳定之后，按数据采集键，采集
与浓度CA相应的电压信号U。待屏幕 上 显示的曲线平直 之后，按终止采集键，取其平直段的平均值，即为与釜
内最终浓度CA相应 的U （3）改变流量重复上述实验步骤，测得一组在一定温
度下，不同流量时的U值精数选pp据t课件2。021
9
4. 实验结束工作
（1）先关闭加热和恒温系统，后关闭计量泵。 （2）关闭计算机，再将搅拌转速缓慢地调至零， 最后关掉电路总开关。 （3）打开底阀，将釜内的液体排尽，并用蒸馏水 将反应器和电导池冲洗干净。将电导电极 浸泡在 蒸馏水中，备用。
4.参考下列表格整理实验数据
实验组号
1
2
3
4
5
反应温度T/K
(1)
空间时间/min
(2)
反应速率（-rA）/ mol·L-1·min-1 (3) 反应速率常数k/L·mol-1·min-1 (4)
相关系数R/-
(5)
精选ppt课件2021
13
活化能
(6)
六、思考题
（1）连续搅拌釜式反应器有哪些特性? （2）做液相反应动力学实验应注意哪些事项?
14
精选ppt课件2021

连续流动釜式反应器


k ln 1 或 1 xA
C A e k C A0
C
A0 k
1
x
A
x
A
或
CA 1 C A0 1 C A0 k
k CA0
xA
1
C A 1 k
C A0
C A0
k xA 或 1 xA
CA 1 C A0 1 k
C A0k
xA (1 xA
)2
或
C A 1 4C A0k 1
C A0
2C A0 k
对小系统，是PFR：
' V
CAf dCA
(1 R)v0
CA1 (rA )
C A1
CA0 RCAf 1 R
对大系统： V
(1 R)
dC C A f
A
v0
CA1 (rA )
(1 R)
CAf CA0 RCAf
1 R
dCA (rA )
所以： (1 R) '
Chemical Reaction Engineering
空塔
或
填料
多孔板
⑾多釜串联反应器
Chemical Reaction Engineering
…
1
2
3
N
结果：总体积变小，操作复杂性加大（3~4釜）
计算：对任一釜
i
Vi vo
CA,i1 CA,i (rA )i
对一级反应，且 1 2
C A1
CA0
(1 k
)
,
CA2
CA1
(1 k
)
CA0
1 (rA )
P
m P
Vm VP
CA0 CA
P

化学反应工程陈甘棠答案

化学反应工程陈甘棠答案【篇一：反应工程第五章习题答案】xt>5.1乙炔与氯化氢在hgcl2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应c2h2?hcl?c2h3cl (a)(b) (c)其动力学方程式可有如下种种形式：(1) r??(papb?pc/k)/(1?kapa?kbpb?kcpc) (2)r??kakbpapb/(1?kbpb?kcpc)(1?kapa) (3)r??kapapb/(1?kapa?kbpb)(4) r??kbpapb/(1?kbpb?kcpc)2试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。

解：（1） a???a?b???b?a??b??c??? （控制步骤） c??c??（2） a??1?a?1b??2?b?2a?1?b?2?c?2??1（控制步骤） c?1?c??1（3）a???a?b???b?a??b?c?? （控制步骤）（4） b???b?a?b??c? （控制步骤） c??c??5.2 在pd-al2o3催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为c2h4?ch3cooh?12实验测得的初速率数据如下[功刀等，化工志，71，2007（1968）.] 115℃, pacoh?200mmhg，po?92mmhg。

2pc2h4(mmhg)r0?10(mol/hr?g催化剂)570 100 195 247 315 4653.94.4 6.0 6.6 7.255.4注：1mmhg=133.322pa如反应机理设想为acoh???acoh?c2h4???c2h4?acoh?c2h4?hc2h4oac???o2?2??2o?hc2h4oac??o??c2h3oac??h2o? (控制步骤)c2h3oac??c2h3oac??h2o? ?h2o+?试写出反应速率并检验上述部分数据能与之符合否。

解：c2h4?ch3cooh?12o2?ch2cooc2h3?h2o（a）（b）（c）（e）（f） ?a?kapa?v?b?kbpb?v?c?v?f?kfpf?v ?d?ks1kakbpapb?v ?e?kep?ev?v??k2?k3par?ks2?d?c??k1pa(k2?k3pa)2r0??pa(k2?k3pa)2pc2h4(mmhg)70 100 195 247 315 465r0?10(mol/hr?g催化剂)53.94.4 6.0 6.6 7.255.41.3410?31.51 1.80 1.932.08 2.93pa作图，基本上为一直线。

第五章 连续流动釜式反应器

x Ai Vi dxA x Ai 1 r FA0 A
15
化学反应工程/连续流动釜式反应器 Chemical Reaction Engineering
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1.解析计算
V0CA0 (1 xAi 1 ) V0CA0 (1 xAi ) rAiVRi V0CAi 1 V0CAi rAiVRi r f (c )
Ai Ai
rA
A2
A1
rA=kf(C
A)
-1/1
A3 -1/2
O
-1/3
CAm CA3 CA2 CA1 30
CA0 CA
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多级全混流反应器的串联优化
在设计反应器时，物料处理量VO、进料组成及最终转
O
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化学反应工程/连续流动釜式反应器 Chemical Reaction Engineering
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（3）等容等温，但各级体积不同
如果各级体积不相 同，则 rA ~ CA 的各直 1 线斜率 不相同， 如图依次作出CA0A1、 CA1A2 、CA2A3……，求 出CA1、CA2、CA3……。
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5.1 CSTR中的均相反应
5.1.1 反应器特征
全混流反应器是指物料流动状况符合全混流 模型，该反应器称为全混流反应器（CSTR）。在 实际反应器中，连续搅拌釜式反应器由于强烈搅 拌，物料混合均匀，其流动状况接近全混流。

《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。
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第五章 连续流动釜式反应器
1 连续流动釜式反应器的特
点： 。

2 表征循环反应器特性的一个重要参数是 ，它表示循 。

3 简述返混对反应过程的影响
4 作出BR 反应器、PFR 反应器及CSTR 反应器的浓度分布图
5 根据PFR 反应器及CSTR 反应器的设计方程，图解比较两种反应器在反应级数n 大于0、等于0及小于0时的反应器体积V PFR 与V CSTR 的大小。

6 CSTR 中，瞬时选择率β、出口状态下的选择率f β和平均选择率β的关系是 7对于反应级数为一级和二级的简单反应，分别在CSTR 和PFR 反应器中进行反应，关键组分的转化率一样，通过作图说明在两种反应器中进行反应，反应级数对完成反应任务所需要的反应器体积的影响。

8 混合是 进入反应器物料之间的混合；返混是 进入反应器物料之间的混合。

返混是 过程的伴生结果；返混与 无关，与 有关。

9 返混的起因是：（1） ，包括：循环反应器的循环流，CSTR 中的搅拌作用；（2） ，包括：流体以层流流经管式反应器，反应器内的死区、沟流、短路。

限制返混的措施有： 。

10 一液相复合反应Q A P
A k k −→−−→−21，均为基元反应。

在单一连续釜中等温反应，已知该温度
下，213k k ,问当最终转化率为80％时，目的产物P 的瞬时选择性为： ，总选择性为： 。

12 反应物A 的水溶液在等温PFR 中进行两级反应，出口转化率为0.5，若反应体积增加到4倍，则出口转化率为 。

13 反应物A 的水溶液在等温CSTR 中进行两级反应，出口转化率为0.5，若反应体积增加到4倍，则出口转化率为 。

14 在PFR 中进行等温二级反应，出口转化率为0.8，若采用与PFR 体积相同的CSTR 进行该反应，进料流量Q 0保持不变，为达到相同的转化率0.8，可采用的办法是使C A0增大 倍。

15 等温下，进行一级不可逆反应，动力学式为（-γ A ）=kCA ，k = 1min-1，CA0=1kmol/m3，PFR 、CSTR 的τ均为 1 min ，计算最终转化率。