化学反应工程9第二章均相理想流动反应器.ppt

三、平行反应过程的评选 2、对于双组分的平行反应 ⑵间歇操作 * 1、对于单一组分的平行反应 反应： P为目标产物，SP和CA之间具有如下三种关系： ①SP随CA的增大而增大 由图可知： 结论：PFR最优，多釜串联次之，CSTR最差。 ②SP随CA的增大而减小 由图可知： 结论：PFR最差，多釜串联次之，CSTR最好。 ③SP随CA增大开始增大，达到极值点后减小。 由图可知： 结论：CSTR+PFR最佳，PFR次之，CSTR最差 问题：PFR串联CSTR可以吗？ 结论： PFR + CSTR不是最佳，CPN较小 若反应为： 问题：如何提高选择率？ 反应速率为： 瞬时选择率： 则： ⑴连续操作 对 的控制应使都高，操作方式如下： ① 的控制应使都低，操作方式如下： ② ③ ，即A的浓度应较高，对选择率SP的提高有利； ，即B的浓度应较低，对选择率SP的提高有利。 ① 应使 都高，加料方式为瞬间加入所有的A和B。 ④温度的影响 当 时，则提高温度对SP的提高有利，反之则相反。 ② 显然，对浓度 的控制应使都低，应缓慢加入A和B。 ③ ，即A的浓度应较高，对选择率SP的提高有利； ，即B的浓度应较低，对选择率SP的提高有利。 加料方式为先把A全部加入，然后缓慢加入B。 例1 平行—串联反应的最佳操作方式要得到最大的目的产物R，对反应： 选取最佳的操作方式。 解：考察A： 考察B： 应选用高 ，故采取PFR反应器。 与R无关。 尽管B可以任意方式加入，为维持高A，B考虑分段加入为佳。 对于温度： ，应选低温。 操作方式如下图所示： 2.8 搅拌釜中的流动与传热 搅拌系统的主件是桨叶，减速器、夹套、挡板等为辅助部件 2.8.1搅拌釜的结构和桨叶特性 常用的桨叶：涡轮式、螺旋桨式、平桨式和具有高切应力的桨叶。 按转速划分：涡轮式和螺旋桨式多为高转速；三叶后掠式和平桨式为中等转速；锚式和螺带式为转速最慢。 螺旋式桨叶产生：较大的轴向循环作用； 涡轮式桨叶可产生：径向运动，由于剪切作用强烈，能使液体获得良好的混合，甚至达到微观混合的程度，非常适用于CSTR，定型尺寸见图10。 表1 几种桨叶在不同要求下的不同适用情况 桨叶处于液相进料上午中心线上 0.2~2 1.6~3.2 切应力，容积循环 容积/L 0~3.97ⅹ103 0~37.85ⅹ103 0~37.85ⅹ103 螺旋桨式 涡轮式 平桨式 溶解过程 单桨或多桨 1~3 2.5~3.5 功率强度容积循环 容积/mL 0~39.7ⅹ103 0~75.7ⅹ103 0~189ⅹ103 螺旋桨式 涡轮式 平桨式 溶液反应 （互溶系统） 桨叶处于液相进料的中心线上 1.0， 多级装置为0.5 3~3.5 控制液滴 再循环 物料流量/（cm3/s） 0~1.90 0~63 0~0.19 螺旋桨式 涡轮式 平桨式 分散过程 （不互溶 系统） 和颗粒粒度有关 1~0.5 2~3.5 固体循环 固体速度 固体含量/% 0~50 0~100 65~90 螺旋桨式 涡轮式 平桨式 固体悬浮 过程 单桨或多桨 没有 限制 3~6 容积循环 容积/mL 0~3.785ⅹ105 0~2.08ⅹ105 0~7.57ⅹ105 螺旋桨式 涡轮式 平桨式 拌合过程 补充说明 H/D D/d 要求 特征参数 桨叶形状 过程 单桨处于液面进料的中心线上 2~1 2~3.2 循环，低速度，控制切应力 容积/L 0~37.85ⅹ103 0~75.7ⅹ103 0~19ⅹ103 螺旋桨式 涡轮式 平桨式 结晶或沉淀 单桨或多桨，用盘管时注意桨叶位置 - 和其它装置有关 容积循环，高流速流过传热面 容积/L 0~37.85ⅹ103 0~75.7ⅹ103 0~19ⅹ103 螺旋桨式 涡轮式 平桨式 传热过程 单桨或多桨 0.5~2 1.5~2.5 容积循环，低流动速度 黏度范围/Pa.s 0~80 0~1000 800~1000 螺旋桨式 涡轮式 平桨式 高黏性流体 用多桨时，最下桨叶距底部等于一个桨叶直径。用自吸式时，桨叶全部在液面下 4~1 2.5~4.0 控制切应力循环，高流动速度 气液流量/（L/s） 0~236 0~2360 0~47.2 螺旋桨式 涡轮式 平桨式 气液过程 在搅拌釜反应器的放大过程中，首先要求所设计的生产装置和模型装置保持几何相似，即相应的几何尺寸大小比值一定。生产装置内的Red数、Frd数和模型装置内的Red数、Frd数相等。 2.8.2搅拌釜内的混合过程 一、流体力学 Red、Frd分别为： ，