等温等容过程的反应器容积.ppt

1. 2 等温等容过程的反应器容积 1.2.1 反应速度及其表达式 均相反应速度：单位时间、单位体积反应物料中的某一组分摩尔数的变化。 1.2.2 间歇釜式反应器 特点： *** 1、所有物料按一定比例，一次加入釜内，开动搅动，物料的温度和浓度基本一致。 2、配备夹套或/和蛇管，以控制反应温度。 3、反应达到要求后，将物料排出，完成一个周期。 **适用：液相反应、液固相反应、连续鼓泡的气—液反应。 操作方便、灵活、适应性强，在精细化工领域最为常用。 1.2.2.1 反应时间（等温操作） ∵ 间歇釜内，各点的温度、浓度相同； ∴ 可对整个反应釜作物料A的衡算。 微元时间(dτ)内： 组分A反应的摩尔数 = 组分A减少的摩尔数 有： （-rA）?V?dτ=-dnA=nA0?dxA ( ∵ nA= nA0? (1-x ) ) ---反应速度式 对于 0 级反应：(-rA)= k , 则： τ= -CA0?xA/k 一级反应： (-rA)= k?CA= kCA0?(1-xA)， 则： 1.2.2.2 反应器容积 在一个操作周期中，设反应时间为τ，加料、出料等辅助时间为τ′，则：每批操作所需时间为 τ+τ′。 如果要求生产上平均单位时间处理的物料量为v，则每批处理的物料量（即反应器的装料容积） VR 为： VR = v (τ+τ′) 式中： τ：由式（1-7）、（1-8）计算，或实验测定，或图解积分求得。 τ′：由生产过程的实际过程来确定，并给以一定的裕量。 v ：由生产规定的产量来计算。 1.2.2.2 反应器容积-- VR VR = v (τ+τ ) = vτ+vτ′ 即：有效容积VR 由二部分组成。 vτ：反应容积-----完成反应所必需的容积。 vτ′：辅助容积----完成加料、出料、清洗等辅助操作所必需的容积。 如果 vτ小，vτ′相对较大，则辅助时间所占的比重较大，不宜采用间歇釜。 一般的液相反应，τ＞＞τ′（为几倍~几十倍），采用间歇釜，相对较为合理。 1.2.2.2 反应器容积-- VT 装料系数φ: （由于搅拌、泡沫等原因而引起） φ=VR/VT VT：反应器总容积 对不产生泡沫、不沸腾的液体：φ= 0.7~0.85 对同时沸腾、产生泡沫的液体：φ= 0.4~0.6 例 1-1（P11） A + B Ｒ --1 苯醌（A）与环戊二烯（B）合成5,8-桥亚甲基-5,8,9,10-四氢-α-萘醌（R），反应速度式为 (-rA)=k?CA?CB，反应温度为25℃， k= 9.92*10-3 m3/kmol?s， 起始浓度: CA0= 0.08 kmol/m3，CB0= 0.1 kmol/m3， 反应在良好搅拌的间歇釜中进行，容积变化可忽略， 计算： 1、当 xA= 0.95 时，需要的反应时间τ？ 2、如果每小时生产 0.05 kmol/hr R，τ′= 1 hr，φ=0.8，求 VR和VT？ 例 1-1（P11） A + B Ｒ -- 2 解：根据间歇釜的基础设计式（1-7）： 例 1-1（P11） A + B Ｒ -- 3 本题中，反应掉 A 的摩尔数和生成 R 的摩尔数相等 （即：反应选择性为 100%，原料回收率为100%。） 处理的物料量为： v = W/ (CA0? xA) = 0.05 / (0.08 ? 0.95) = 0.658 m3/h 每批操作时间为：τ+τ′= 2.20 + 1.0 = 3.2 hr 有效容积：VR = v (τ+τ′) = 0.658 ? 3.2 = 2.106 m3 反应器总容积： VT = VR /φ = 2.106 / 0.8 = 2.632 m3 其中： vτ = 1.448 m3 vτ′= 0.658 m3 1.2.3 连续管式反应器（PFR） 当L/d很大、Re很大时，可近似作为平推流反应器，或活塞流反应器， 物料粒子在管中没有返混， 在同一截面上，各点的温度、浓度、反应速度均一致。 1.2.3.1 PFR -- 基础设计式-1 在一微元反应体积dVR中，对A组分，进行衡算，有： 进入量 - 流出量 = ==反应量 + 积累量 1.2.3.1 PFR --基础设计式-2 进入量 -