第四章 理想管式反应器.ppt

* 化学反应工程/理想管式反应器 Chemical Reaction Engineering * * * 上海工程技术大学 化学化工学院 化学工程与工艺系 第四章 理想管式反应器 化学反应工程Chemical Reaction Engineering 4.1 流动模型概述 4.2 PFR反应过程的数学描述 4.3 空速、空时及停留时间 4.1 流动模型概述 流动模型的分类 Outlet = f(inlet, kinetics, contacting pattern) 流动模型：简化，抽象 平推流模型： Plug-Flow Reactor (PFR) 全混流模型： Continuous stirred tank reactor(CSTR) 物料质点、年龄、寿命及返混 物料质点：物料质点是指代表物料特性的微团。物料由无 数个质点组成。 年龄：是对反应器内质点而言，指从进入反应器开始到某 一时刻，称为年龄。 寿命：对离开反应器的质点而言，指从进入反应器开始到 离开反应器的时间。 返混：又称逆向返混，不同年龄的质点之间的混合。是时 间概念上的混合。 4.2 PFR反应过程的数学描述 （1） 活塞流假设 （活塞流模型、理想置换模型、理想排挤模型）平推 流模型认为物料进入反应器后沿着流动方向象气缸里的活塞 一样向前移动，彼此不相混合。 （2） 适用范围 管式反应器：L/D较大，流速比较大。 漩涡运动：涡流、湍动、碰撞填料 截面上流速不均匀 沟流、短路：填料或催化剂装填不均匀 实际管式反应器流体流动状况 （3）模型特点 ① 物料参数（浓度、温度、压力等）沿流动方向连续变化； ② 垂直于流动方向的任一截面上的物料参数相同（没有边界 层）； ③ 沿流动方向的截面间不相混合； ④ 任一截面上的质点的年龄相同；质点的寿命相同； ⑤ 返混＝0,不同年龄的质点不相混合。 Tube Reactor 用于乙烯生产的管式裂解炉 X=Z/2 X=Z CA,O CA, out CA t x = 0 time Z Z/2 CA,O CA, out CA x position x x + ?x x 0 Z Z/2 基本方程式 流入量 = 流出量 + 反应量 + 累积量 1. k与xA的关系 等温时k为常数 2. V0与xA的关系 3. 等容过程 与间歇反应器的公式相同 理想管式反应器在实现生产过程连续化时，本身并未实现生产的任何强化，但是节省了加料、出料时间，并提供了操作和控制的方便。比如温度的控制。