化学反应工程8第二章均相理想流动反应器.ppt

3.6 反应器型式和操作方式的评选 化学反应器的设计内容： 3.6.1单一反应过程的评选 一、反应器的选型（浓度效应的影响） 二、最优操作温度的选定（温度效应的影响） ①对不可逆反应，反应速率随温度的升高而增大，应尽可能地提高温度。 * 一、反应器的选型； 二、反应器的操作方式的选择； 三、反应器生产能力即体积大小的确定。 选型和操作方式取决于由化学反应过程和反应器的特征。 1、 之间呈单调上升（ n0 ） 如图所示： 结论：达到同样的转化率，CSTR的?（VR）大于多釜串联、大于PFR；随xA的升高，差距越大。。 应尽量选择PFR! 2、 之间呈单调下降(n0) 如图所示： 结论：达到同样的转化率，CSTR的?（VR）小于多釜串联、小于PFR；随xA的升高，差距越大。。 应尽量选择CSTR! 3、 之间的曲线上存在最小值 在 处，反应速率为最大 ⑴CSTR或PFR ⑵PFR循环 8转10 ⑶CSTR串联PFR 结论：串联反应器所需体积最小。 循环和串联反应器的比较： 10转8 ⑷CSTR和分离器 例 自催化反应 ，其反应速率为： 。在 70℃下等温地进行此反应，在此温度下 。 其它数据如下： ， ， ， 要求反应的转化率 。试求当分别在全混流反应器；平 推流反应器；在最优循环比下操作的平推流反应器以及在全混 流串接平推流反应器中进行反应时所需的反应容积。 仅从反应器体积来说，则以全混釜加分离器为最佳，因为这时的反应速率为最大。 解：①在CSTR中 ②在PFR中 ③最优循环比下操作的平推流反应器 根据： 关键是求 试差法求解得： ④全混流串接平推流反应器 关键是求反应速率为最大值时 根据： 在CSTR中： 在PFR中： ②对可逆的吸热反应，提高温度提高反应速率，同时提高平衡常数K，应当尽可能地提高温度。 ③对可逆的放热反应，提高温度，可以提高反应速率，但却降低了平衡常数K。 可逆放热反应在一定的转化率时，反应速率存在最大值。 1、变温操作的最优温度分布 证明可得： 设起始温度T0开始，沿TOPT进行变温操作，达到出口转化率xAf，此时相应于每个xA反应速率最大，所需VR必然最小。 完全按照TOPT操作很难做到，于是只能采取简化的等温或绝热操作。 一级可逆放热反应： 2、等温操作的最优温度 反应在PFR中进行： 当 一定时， 是T的函数，存在一个最优值。 ⑴ PFR绝热操作 因为是绝热： 绝热操作线近似为直线。 操作方程式： 又： ， 代入： 3、绝热操作的最优温度 绝热操作线a：入口温度为T1，出口处反应在最大速率下进行，其余各点均远离最优操作。达到同样的xAf，所需VR较大。 绝热线c：入口温度为T3，出口温度为Te，反应器体积为 无穷大。 结论：最优的入口温度应是在T1与T3之间的T2，即按b 线进行操作。 由于反应器内流体是在其终态的条件下等温地进行反应，相应的操作温度即为Topt。 ⑵CSTR绝热操作 结论：最优温度曲线为反应过程的特性；等温和绝热操作的最优温度则是设备和过程共同作用的结果。 绝热操作或溶剂蒸发进行控温 快速反应 列管式反应器 较大 绝热或带有夹套或盘管的釜式反应器 中等 绝热操作 较小 操作方式 热效应 4、反应热与操作方式的选择 2.7.2复合反应过程的评选 一、不同反应器中选择率SP 1、在BR或PFR中 2、在CSTR中 对A作物料衡算： 对P作衡算： (2)?(1) *