釜式反应器

cA0
A
c
0
AP AQ
P
Q
t
cP k1
cQ
k2
即：任意时刻两 个反应产物浓度 之比，等于两个 反应速率常数之 比
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
平行反应物系组成与反应时间关系示意图
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等温 BR 的计算
复合反应
将上述结果推广到含有M个一级反应的平行反应系统 ：
M
反应物A的浓度为：
(t ki )
cA cA0e 1
P
1,2,N
Vr X Ap X Ap1
Q0 k(1 X Ap )
(1 k )N 1
1 X AN
N个釜 1 k 1 X Ap1
1 X Ap
1 [(
1
1
) N 1]
k 1 X AN
Vrp
Q0 (cAp1 cAp ) (RAp )
Q0cA0 ( X Ap X Ap1) [RAp ( X Ap )]
则：
dYp SdX A
X Af : 最终转化率
Ypf
X Af 0
SdX A
So X Af
So : 总选择性
Ypf : 总收率或最终收率
1 X Af
So X Af 0 SdX A
S : 瞬时选择性 Yp : 瞬时收率
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釜式反应器中复合反应的收率与选择性
1.总收率与总选择性
总选择性和转化率的关系取决于反应动力学，反 应器形式和操作方式等。因此，同是釜式反应器， 由于操作方式不同，虽然最终转化率一样，但最终 收率却不一样。 当瞬时选择性随关键组分转化率增大而单调增加时， 收率顺序： 间歇釜＜多个连续釜串联＜单一连续釜 当瞬时选择性随关键组分转化率增大而单调下降时， 收率顺序： 间歇釜＞多个连续釜串联＞单一连续釜

04
原料经进料口进入反应釜，在 搅拌作用下与催化剂等反应物
质充分混合。
通过加热/冷却系统将温度控 制在适宜的反应温度范围内， 使原料在反应釜内进行连续反
应。
反应过程中，物料在釜内不断 循环流动，以保证反应的均匀
性。
经过一定时间后，完成反应的 产物经出料口排出，进入下一
道工序。
釜式连续反应器的操作条件
压力
根据不同反应的需要，釜式连续反应器需 要在一定的压力下工作，通常为常压或负 压。
安全措施
由于釜式连续反应器涉及易燃、易爆、有 毒等危险物质，因此需要采取严格的安全 措施，如防爆、防火、防泄漏等。
温度
反应温度是影响釜式连续反应器性能的重 要因素，需要根据具体的化学反应来确定 。
搅拌速度
搅拌速度影响物料的混合均匀度和反应速 度，需要根据实际情况进行调整。
节省空间
连续操作可以减少所需设备数 量，从而节省空间。
釜式连续反应器的局限性
01
高能耗
为了维持连续操作，需要大量的能 源。
对原料要求高
为了保持连续操作的稳定性，对原 料的质量和供应要求较高。
03
02
维护成本高
由于设备连续运转，维护和修理的 频率增加。
操作难度大
连续操作需要精确控制各种参数， 对操作人员的技术要求较高。
根据物料流量、反应速 度和停留时间等参数， 计算反应器的尺寸，包 括反应器的高度、直径 等。
对反应器进行强度和稳 定性分析，确保其能够 承受工艺条件下的压力 和温度波动。
釜式连续反应器的设计计算实例
实例1
某化工厂需要生产某种化工原料，采用釜式连续反应器进行生产。根据工艺要求和物料 性质，选择合适的材料和结构，进行设计计算，最终确定反应器的尺寸和操作参数。

重点掌握内容
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。 连续釜式反应器的热量衡算式的建立与应用。
其它要求
dn A dt 0
0
0
对于均相，恒容过程方 程进一步变为：
(k1 k 2 )C A
dCA dt
0
k1C A
dCp dt
0
k 2C A
dCQ dt
0
设初值条件为：t=0 时，CA=CA0，CP=0，CQ=0，则方
程的解为
t 1 ln CA0 或 t 1 ln 1
k1 k2 CA
问题之二：并联操作各釜流量如何分配
图3-6 并联的釜式反应器
并联情况
通常可以采取τ1=τ2，这时整个反应系统最优。
即要
Vr1 Vr2
Q Q O1
O2
这时有 ： X Af 1 X Af 2 X Af
二、 串联釜式反应器的计算
假设N个串联的釜式反应器如图 所示。可以通过对每个釜进行 物料衡算，得到系统的计算方程。
空时的倒数，即
s
1
s↑时，生产能力↑。
其他几种术语
为了便于比较，通常采用“标准情况下的体积流 量”。
对于有固体催化剂参与的反应， 用催化剂空速（往 往以催化剂质量或体积衡量）。
几种不同的空速： 质量空速（m3/g-cat）、体积空速（m3/ m3 cat） 液空速（m3液体原料/g-cat、 m3液体原料/ m3 cat ） 碳空速、烃空速等
研究内容

13
等温间歇反应器反应时间的解析计算
由于反应在等温条件下进行，则反应速率常数在反应 过程中保持不变。
对于n级不可逆反应 将反应速率方程变换为转化率的函数并积分得到：
对于一级不可逆反应积分结果为：
14
影响间歇反应器反应时间的因素分析
从间歇反应器反应时间的计算公式可以看出： 反应时间随反应组分的初始浓度(一级反应除外)的提
rAVr
nA0
dxA dt
分离变量积分：
t
t
0 dt nA0
dx x A f
A
0 rAVr
11
间歇反应器的反应时间计算 (单一反应）
恒容条件下（多数情况）
t
cA0
xAf 0
dxA rA
or
t cA dcA
r cA0 A
如果动力学方程形式为： rA kCAn
i


反应生成

物质量 物质量 i物质量
通式为
7
间歇釜式反应器的物料衡算式
由于间歇反应器在反应过程中无物料的进出，因此
Q0=Q=0，即：
单位时间 单位时间内积
反应掉的
＝累在反应器内

i物质量 的i物质量
由间歇反应器的设计方程可得一个极为重要的结论:反应物达 到一定的转化率所需的反应时间，只取决于过程的反应速率， 也就是说取决于动力学因素，而与反应器的大小无关。
第三章 釜式反应器
釜式反应器是工业上应 用广泛的反应器之一。
可以用来进行均相反应 (主要是液相均相反应)， 又可用于多相反应，如 气液、液固、液液及气 液固等反应。
在操作方式上，既可以 是进行连续操作，也可 以进行间歇或半间歇操 作。