釜式反应器--化工PPT推荐.ppt
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变温间歇釜式反应器的计算。
广泛了解广泛了解串联釜式反应器最佳体积的求取方法。
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,着火点与熄火点产生多定态点的原因,着火点与熄火点的概念的概念2210563.13.1概述概述反应的特点及其对反应器的要求反应的特点及其对反应器的要求化学反应复杂反应物料的相态多样性:
如固相反应就难于在搅拌反应器中进行连续操作;
非均相反应要求传质效果要好。
许多反应过程的热效应大工艺条件变化范围宽反应介质的腐蚀性2210573.13.1概述概述反应器开发的三个任务反应器开发的三个任务根据反应动力学特性,选择合适的反应器形式结合动力学和反应器特性,确定操作方式和优化操作条件根据产量,设计反应装置,确定反应器的几何尺寸,并进行评价。
221058反应器的特性:
是指器内反应流体的流动状态、混合状态以及器内的传热性能等,它们又将随反应器的几何结构和几何尺寸而异。
均相反应的特点:
反应过程中不存在相间传递过程,影响反应速率物理因素只有物料的混合和流动状态两个方面。
2210593.13.1概述概述均相反应器按物料的混合状态分类反应器完全混合型反应器间歇反应器BR全混流反应器CSTR活塞流反应器PFR2210510完全混合反应器的定义是指器内反应流体处于完全混合状态,在反应器内的混合是瞬间完成的,以致在整个反应器内各处物料的浓度和温度完全相同。
且等于反应器出口处物料浓度和温度,返混达最大限度。
2210511平推流反应器的定义平推流反应器的定义;
指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动,完全不存在不同停留时间的物料的混合。
不存在返混。
22105123.2反应器操作中的几个术语反应器操作中的几个术语1.1.反应时间:
反应时间:
是指反应物料进入反应器后,从实际发生反应的时刻起,到反应达某个转化率时所需的时间。
(主要用于间歇反应器)P572.2.停留时间:
停留时间:
是指反应物料从进入反应器的时刻算起到它们离开反应器的时刻为止,所用的时间。
(主要用于连续流动反应器)。
-P1271322105.空间时间空间时间空间时间空间时间-P66-P66.平均停留时间平均停留时间平均停留时间平均停留时间-P134-P1340VRVt=轾臌,量纲:
时间流体微元平均经历的时间称为平均停留流体微元平均经历的时间称为平均停留时间时间。
是反应器的有效体积是反应器的有效体积VVRR与与进料进料的体积流量的体积流量VV00之比。
物理意义是处理一个反应器体积的之比。
物理意义是处理一个反应器体积的物料所需要的时间物料所需要的时间。
反映反应器的生产强度。
22105143.33.33.33.3等温条件下,分批式操作的完全等温条件下,分批式操作的完全等温条件下,分批式操作的完全等温条件下,分批式操作的完全混合反应器(混合反应器(混合反应器(混合反应器(BRBRBRBR)理想反应器的设计)理想反应器的设计)理想反应器的设计)理想反应器的设计分析分析分析分析3.3.1概述概述分批式(又称间歇)操作:
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。
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。
22105152210516间歇反应器特点间歇反应器特点间歇反应器特点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22105173.3.2间歇反应器体积计算间歇反应器体积计算间歇反应器体积计算间歇反应器体积计算
(1)反应时间的计算)反应时间的计算的积累速度反应器中的反应量单位时间的流出量单位时间的流入量单位时间AAAA()ARrV-dtCVdAR)(()ARrV-ARAdVCdndtdt=-=-()即:
即:
0000若反应:
若反应:
以反应物以反应物AA为关键组分,为关键组分,AA的反应速率记作(的反应速率记作(-r-rAA),根据间歇反应器的特点,在单位时间内对整个反应器根据间歇反应器的特点,在单位时间内对整个反应器VVRR作物料作物料衡算:
衡算:
ABR+2210518上式写成转化率的形式:
0()AAARdxnrVdt=-)1(0AAAxnnAAAdxndn01922105t为使A反应达到所要求转化率xA所需时间,而不是一批产品生产所需时间。
00()AxAARAdxtnVr=-积分得AAACCAAxAAArdCrdxCt000(VR恒定)2022105上述积分式可用解析法、数值法、图解法(恒容时,如下图)进行求解。
t1/rACAt/CA01/rAxA2122105若反应速率方程:
()01AAArkCXaa=-()()()1100011
(1)11AxAAAAAXdxtkCkCXaaaaaa-=-当时,1a=AArkCa-=11ln1AtkX=-思考:
从上式可得出什么结论?
-P582222105
(2)反应器有效体积)反应器有效体积VR的计算的计算一批操作若非生产时间为t0,每批操作所需时间为t+t0。
生产一批产品所需反应器的有效体积:
VR=V0(tt0)式中:
式中:
t0是辅助生产时间,包括加料、排料、清洗反应器和物料的升温、冷却。
V0是平均每小时反应物料的体积处理量。
2322105(3)反应器实际体积)反应器实际体积V的计算的计算反应器的实际体积是考虑了装料系数后的实际体积(不包括换热器、搅拌器的体积)。
RVV=F式中:
是装料系数,一般为0.40.85,不起泡、不沸腾物料取0.70.85,起泡、沸腾物料取0.40.62422105例题3.1-祥见P58,自学。
3.3.3最优反应时间反应器的最佳反应条件总是围绕一定的优化目标来选择的,如使产品的成本最低或使单位时间内产量最大。
对于间歇反应器而言,随着反应时间的延长,产量逐渐增加,但生产效率下降。
以单位操作时间内的产量为优化目标说明此问题。
2522105当反应器体积一定时,辅助时间一定,产物浓度一定,则单位操作时间内的产量FR为:
利用数学知识可得:
0rRRVCFtt=+上式对t求导得:
()()0200RRRrdCttCdFdtVdttt+-=+()00RRdCttCdt-=0RRdCCdttt=+2622105最佳反应时间的求解,可利用积分,也可利用图解方法求解。
图中曲线MN为产物浓度CR随反应时间t的变化关系。
通过点A(-t0,0)对曲线MN作切线AM,其斜率:
AD0MNCR0ttCADMDdtdCRMR27221053.3.4平行反应在等温间歇反应器中,设进行的反应为一平行反应:
APrP=k1CAP为目的产物AQrQ=k2CA()12APQArrkkC+=+对于均相、恒容过程,对反应A组分进行物料衡算。
()00AfXAAAdXtCr=-QAACCAArdCt02822105设初值条件为:
t=0时,CA=CAO,CP=0,CQ=0,则方程的解为()()0012AAAACCAACCAAdCdCtrkkC=-=-+蝌即:
同理:
0dtdnrPP0PPdCrdt+=2922105同理可得:
tkkCkCkdtdCAAP21011exptkkkkCkCAP212101exp1tkkkkCkCAQ212102exp1同理可得:
反应物系的组成随时间的变化关系如图3.3所示。
由图可见,t,CA,而CP、CQ。
3022105图图3-33-3平行反应组成随时间的变化关系平行反应组成随时间的变化关系3122105由图可见,t,CA,而CP、CQ,而且。
由于两个反应均是一级,而且反应方程形式完全相同,否则不成立,如例题3.2,由于产物P是目的产物,希望k1k2。
例题3.2P6263,自学。
21kkCCQP32221053.3.5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:
AACkr1QAPCkCkr21PQCkr2设初值条件为:
当t=0时,0,0,0QPAACCCC则有:
3322105102112exp()exp()APkCCktktkk=-0AAPQCCCC=+Q2112012exp()exp()1QAkktkktCCkk-=+-反应物系组成随时间的变化关系如图3-4所示,如果P是目的产物,其值有最优解。
通过CP对时间求导数,可以得到:
0dtdCP令1212lnkkkktopt34221053522105当时,则optoptAPtktkkkCkC122101maxexpexp21kk2111kktop2211,max02()kkkPAkCCk-36221053.4连续釜式反应器的反应体连续釜式反应器的反应体积积3.4.1连续釜式反应器的特点:
连续釜式反应器的特点:
连续釜式反应器,基本在定态下操作(稳连续釜式反应器,基本在定态下操作(稳定操作),有进有出定操作),有进有出。
操作特点操作特点反映物料整体始终均一,即无浓度和温度梯度。
瞬间实现均一,即物料进入反应器后瞬间实现均匀混合。
多用于液相反应,恒容操作。
37221053.4.1连续釜式反应器的特点:
连续釜式反应器的重要特性连续釜式反应器的重要特性
(1)反应器内物料的参数不随时间变化;
(2)不存在时间自变量,也没有空间自变量;
(2)出口处的C,T与反应器内的C,T相等,所以反应恒速进行。
38221053.4.2全混流反应器的设计方程全混流反应器的设计方程由于该反应操作具有如上特性,因此可以对整个反应器进行物料衡算。
3/ms3/mkmol000AACQFAfAfCQF0dtdn若反应前后体积流量不变,均为Q0,以A组分为衡算对象,则:
进口处A组分的摩尔流率()为,出口处A组分的摩尔流率为,在定常态下,由于关键组分的累积速率()为0。
3922105AAAA骣骣骣骣=+琪琪琪琪桫桫桫桫Q反应器中单位时间单位时间单位时间的流入量的流出量的反应量的积累速度00AQC=AfCQ0()ArfV+-fAAfArCCQV00()()()000AAfArAAfQCXXVX-=-这就是连续反应器的设计方程4022105全混流反应器全混流反应器的图解的图解
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- 反应器 化工