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习　题 习　题 P86　6 作业：P86 10 对反应器系统的温度控制 ① 采用全混流反应器利于控制温度，因为搅拌混合的作用，有利于消除温差。由于要求出 口 流具有较高的转化率，釜内反应物的浓度必然较低，因而反应速率也较低，放热速率较小，整个反应器内的温差也就较小。 ② 采用多段床层，在段间注入冷料，或是沿着反应路程加入一种反应物或冷回流，以强化热交换速率，从而更有效地控制温度，因这种冷热反应混合物的直接接触换热比通过器壁的间接换热更有效。 ③ 采用稀释剂降低反应速率，它可直接用惰性物料稀释反应物浓度。对固定床反应器，也可以在床层进口处用惰性固体物料稀释催化剂，以降低反应速率。 ④ 若产品之一或系统中的某一惰性溶剂能在反应过程中连续地汽化，带走反应热，亦可使系统的温度易于控制。 ⑤ 采用自热操作，即将放热反应放出的热量直接用于预热进料以达到所需的反应温度，如全混流反应器内的情况就是自热操作的一种。通过列管式换热器使进出料进行热交换也是自热操作的一种形式。 ⑥ 对伴有较严重串联副反应的快速反应过程，通常应该设计成“淬冷系统”，在反应达到某一较佳转化率后及时予以淬冷，以防止进一步发生副反应，从而提高所需产物的收得率。 小　结 平均停留时间、空时、空速、年龄、寿命、返混、循环比β 理想反应器的概念 理想间歇反应器 理想连续反应器 间歇反应器的性能方程 平推流反应器的性能方程 全混流反应器的性能方程 理想反应器的组合 间歇式反应器、平推流反应器、全混流反应器的热量衡算 单一反应与复合反应反应器的评选 全混流反应器的定常态操作稳定性 工业反应器的设计，不仅设计反应器的规格，且要考虑在实际反应中温度的控制。选择反应器及操作方法时，要考虑到系统温度失控的可能。对于反应迅猛的热敏感程度高的反应，在设计反应器时必须充分注意这种强放热反应的定态热稳定性问题。 3 . 6 全混流釜式反应器的热稳定性 能否将温度稳定在某一范围操作，这与反应本身有关，有些还很难人为控制。 根据全混流反应器的热平衡方程： 将热量衡算式变换两边同除以 整理得： 　　Qg QR 放热速率　　　　取热速率 常数 上式中 中入口温度T0及传热介质温度Tm都可看做常数。 若想使反应温度恒定在某一范围：放热速率Qg ＝取热速率QR 等号左边就是放热速率，等号右边第二项相当于一个常数等号右边就是取热速率。 对于一级不可逆放热反应，根据全混流反应器的设计方程，有 对于n级不可逆放热反应 (等号左右同+1)整理得： 当忽略温度对反应热　　　的影响，Qg则可看做是温度的函数Qg＝f(T) 和　　分别对T作图 斜率: 截距: 定常态操作点 不可逆放热曲线 可逆放热Qg 1 2 3 4 5 定常态操作点 1 2 3 4 5 图中曲线是一级不可逆反应的放热线； 蓝色直线QR为取热线,且取热线不止一条，由斜率看，它受v0的影响，而由截距看，除受v0的影响，还受原料预热温度和传热介质温度的影响，我们可以通过v0T0Tm调整取热直线的斜率和截距； QR直线与Qg曲线的交点，最多3个， 就是可能的全混流反应器的温度操作点，我们称做定常态操作点；操作点2，当反应器温度低于操作控制温度时，它能自动恢复； 操作点3，是个不可能自动维持温度的操作点； 操作点4，也是可以自动恢复的操作点； 假若反应器确定了，可调参数只有温度和进料流率可调。 4 我们把能够自动恢复的操作点称做稳定的定常态操作点，不能自动恢复的称做不稳定的定常态操作点。 图中1、2、4、5，这些点都是稳定的定常态操作点。 3、是不稳定的定常态操作点。 对于一级可逆放热反应，为虚线。 全混流反应器的热稳定性的判据 怎样判断是否稳定的定常态操作点？ 要看交点处总热量随温度的变化率。 稳定的定常态操作点： 不(非)稳定的定常态操作点： 取热速率变化率大于放热速率 取热速率变化率小于放热速率 虽比不得两个不同类型的反应器的串联，却只用一个反应器就可实现，工艺过程的复杂性就降低，操作会简便、投资将会减小。 对于反应速率的倒数有极小值的情况，也可考虑采用循环反应器。虽然平均高度与速率负倒数数的乘积为矩形面积，若要找到最佳循环比，空时也可很小。 往往在反应工程中，我们只从单一计算的角度看如何才能使反应器的体积最小，而忽略了全过程的经济性，上面的例子就可发现，当选用一个循环反应器时，找到最佳循环比，一个反应器会比用不同类型的两个反应器的组合来的更经济。 因此具体问题，还要全面综合考虑。 3 .5 .2 复合反应 复合反应，要考虑主反应和副反应，主反应就是生成目的产物的反应，但主反应有可能也伴随有非目的产物的生成；而副反应中则根本不存在目的产物，所以要尽可能促进主反应，抑制副反应