化学反应工程非等温过程.ppt

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3.4.2 非等温操作 系统的温度有变化的操作。 其一般原则为: (1)热效应不大:绝热操作 (2)中等:绝热操作或变温 (3)较大:需有效的热交换,如列管式反应器 (4)快速反应:绝热操作或利用溶剂蒸发控制温度 于是,可得到φ与CA的关系曲线。借助这种曲线和给定其他条件,就可对反应器进行选型。 全混流反应器的热衡算方程 改变反应温度而保持其他可变参数不变,可以得到Qg~T关系曲线如图 CSTR要进行稳定操作,就必须同时满足物料平衡和热量平衡,放热速率与散热速率必须相等,即Qr=Qg,在Q~T图上,满足这一条件的状态必须是Qr~T和Qg~T两线的交点,前者是非线性的 S型曲线,后者是直线,两线的交点可能不止一点,表示可能的热平衡操作状态点不止一个。 例右图的a、b、c三点 右图中b点符合放热=散热速率的要求,如在b点操作,因扰动而使体系温度有一微量升高,△T>0,则操作温度向右移动,此时Qg和Qr值都增 同理,如在b点操作时,温度的微小下降都会使放热速度比散热速率下降得更快,使体系很快下滑到a点,可见b点是假稳定点 右图中C点符合放热=散热速率的要求,如在C点操作,因扰动而使体系温度有一微量升高,△T>0,则操作温度向右移动,此时Qg和Qr值都增加,增量为△ Qg和△ Qr, △ Qg △ Qr, a点的情况和C点相似,a点也是真稳定点。 a点的反应温度低,放热与散热速率都比较小,其转化率也比较低,在工业上不宜采用,否则设备利用率低。 3.6.3 定常态热稳定性的判据 要使一级反应的CSTR进行稳定的定常态操作,就必须满足Qr=Qg的条件,但这并不是充分条件,因为有真稳定点和假稳定点之分,真稳定点有如下特征: 当反应体系温度升高时△T0,则△Qg △Qr 当反应体系温度降低时△T0,则△Qg△Qr 综合上述两种情况可以知 Qg=Qr 3.5反应器类型和操作方法的评选 只要过点M的切线的斜率等于 矩形KLMN对角线NL的斜率, 此串联两釜的空时就达到最小。 3.5反应器类型和操作方法的评选 不同型式简单反应器组合的最优排列 ① 对于反应速率-浓度曲线单调上升的反应(任意n级,n0),反应器应以串联操作,若n1,反应速率-浓度曲线呈凹形时,其排列次序应满足反应物浓度尽可能的高,相反若n1,即反应速率-浓度曲线呈凸形时,其排列次序应满足反应物浓度尽可能的低。如为一个平推流反应器和两个不同大小的全混釜组合,对n1时,其最优排列是为平推流反应器、较小全混釜,最后是较大全混釜;而当n1时,排列次序正相反。 ② 对反应速率-浓度曲线出现最大或最小值的反应,装置的排列,取决于实际的曲线形状,所希望达到的转化率和装置的效率,没有简单的原则可以遵循 ③ 无论反应动力学为何级和反应器是如何组合,研究(-1/-rA)对CA曲线的形状是确定装置最优排列的最好组合方法 3.5反应器类型和操作方法的评选 3.5.2复合反应 间歇釜反应器 同样适应于平推流 所以: 平推流产物出口浓度 的计算 3.5反应器类型和操作方法的评选 对于全混流反应器,由于釜内浓度是均匀的且等于出口浓度,故瞬时收率等于总收率 全混流产物出口浓度 的计算 3.5反应器类型和操作方法的评选 当化学动力学方程已知,在一定温度下,有: φ 3.5反应器类型和操作方法的评选 ⑴平行反应 对反应: 温度参数的影响: 因此,提高温度,有利于活化能高的反应。 浓度参数的影响: 高浓度有利于反应级数大的反应;反之亦然。当a1>a2时,高浓度下操作, 宜采用平推流反应器。当a1a2时,低浓度下操作,宜采用全混流反应器。 当a1=a2时,浓度无影响。 3.5反应器类型和操作方法的评选 对反应: 温度参数的影响: 因此,提高温度,有利于活化能高的反应。 浓度参数的影响 3.5反应器类型和操作方法的评选 a1a2, b1b2 CA, CB 都高 a1a2, b1b2 CA高, CB低 a1a2, b1b2 CA, CB 都低 间歇操作 3.5 反应器类型和操作方法的评选 a1a2, b1b2 CA, CB 都高 a1a2, b1b2 CA, CB 都低 a1a2, b1b2 CA高, CB低 连续流动操作 3.5反应器类型和操作方法的评选 ⑵连串反应 考虑在全混釜中进行下述一级不可逆反应: 对产物P,作物料衡算 3.5反应器类型和操作方法的评选 3.5反应器类型和操作方法的评选 由于有: 带入方程得: 考虑到下述关系: CP 3.5反应器类型和操作方法的评选 全混流的最佳空时和 最大目标产物的浓度 3.5反应器

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