3釜式3.1-3.3.ppt

* * 3 釜式反应器 3.1 釜式反应器的物料衡算式 设: N个组分，进行M个均相反应，关键组分数为K。 取整个反应体积Vr作为控制体积。 对i物衡： i的进入量=i的排出量+ i的反应量+器内i的累积量 Ri 关键组分的转化速率和生成速率 ——物料衡算式 3.2? 等温间歇釜式反应器的计算（单一反应） 结构与操作特点 操作周期 加料—反应—出料—清洗 特点：反应物料间歇加入与取出，物料的温度和浓度等操作参数可随时间而变，不随空间位置而变，所有物料质点在反应器内经历相同的反应时间 优点：通用性、灵活性、适用范围广。 缺点：产量小、质量不稳。 Batch Stirred Tank Reactor 1. 反应时间t 可用于均相、多相，等温或非等温过程。 ——间歇釜基本设计方程 一 反应时间及反应体积的计算 对恒容过程 使反应物达到一定转化率所需反应时间的计算式 a 数值积分 一级反应 二级反应 间歇釜中各级反应的结果 rA=kCA2 二级反应 rA=kCA 一级反应 反应速率 级数 反应结果剖析 一级反应：（1）k的因次为时间的倒数；XA定时，k↑t↓（2）t仅与xA有关，与cA0无关。 二级反应：（1）k的因次为cA0t因次的倒数； XA定时，k↑t↓（2）xA一定时，提高cA0可提高产量，又可缩短t。 b 图解积分 t与rA有关，与Vr无关 Vr与Q0有关， 2 反应体积 式中：Q0— 单位时间内处理的反应物料的体积（由生产任务决定） 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，称反应器的有效容积。 3.实际反应器的体积： 式中：f—装料系数?????????? ? f = 0.4～0.85 对于沸腾或易起泡沫的液体物料：f = 0.4～0.6 对于不起泡或不沸腾的液体：??? f = 0.7～0.85 4 工程设计 容积大小的选择 高径比确定 搅拌器 传热装置 材质 重点：反应时间及反应体积的计算 1. 反应时间t ???? ??? ?? 二级反应 一级反应 小结 2.间歇反应器的反应体积： Vr=Q0(t+t0) 3.实际反应器的体积： ??? V=Vr/f ???式中：f—装料系数??? Q0— 单位时间内处理的反应物料的体积 例1. 某厂生产醇酸树脂是使已二酸（A）和已二醇(B) 以等摩尔比在70 ℃进行缩聚反应而得。rA=kcA2，k=1.97 L·kmol-1·min-1。若已二酸的初始浓度cA,0=0.004 kmol·L-1，求已二酸的转化率分别为0.5,0.6,0.8, 0.9所需反应时间为多少？若每天处理2400 kg已二酸，已二酸的转化率为80％，每批操作的辅助时间t0=1 h，试计算反应器的体积。(反应釜个数取1,装料系数取0.75。) 解： (1) 二级反应 XA=0.5 XA=0.6 t=3.18(h) XA=0.8 t=8.50(h) XA=0.9 t=19.0(h) (2) 计算反应器的体积 =508 min=8.5h MA=146 kg·kmol-1 =0.684 kmol·h-1 FA,0= Q0= =171 L·h-1 Vr=Q0(t+t0 )=171×(8.5+1)= 1630L=1.63 m3 V= =2.17 m3。 二、最优反应时间 当反应时间t↑时， CA↓、rA↓， nR↑ 但按单位操作时间计算的产品产量不一定↑。 以最大生产速度为目标 以生产费用最低为目标，设单位时间的反应操作费用为a、辅助操作费用为a0，固定费用af。 3.3 等温间歇釜式反应器的计算（复合反应） 一 平行反应 物衡式： 恒容过程 代入(5), 积分得