平推流反应器[Plus.pptVIP

§3.8 平推流反应器（Plus Flow Reactor, PFR） ;Plus Flow Reactor, PFR----平推流反应器，也称活塞流反应器，如长径比（L/D）较大，流体粘度较小，流速较快的场合。 ;恒容及变容过程的形式;◆恒容过程 若ρ恒定，即：v=v0，则上式可写成： ;若过程恒T、P，则： ;2、平推流反应器的设计方程 ;取长度为dl，体积为dVR的微元管段对物料A作物料衡算： 进入量-排出量-反应量=累积量 ;对整个反应器进行积分 ;;例题13 在PFR反应器中，用已二酸和已二醇生产醇酸树脂，操作条件和产量与例2相同，试计算PFR反应器的有效容积。 速率方程式：（-rA）=kCACB 式中： （-rA）----以已二酸组分计的反应速率，kmol.L-1.min-1 k----反应速率常数，1.97L.kmol-1.min-1 CA、CB----分别为已二酸和已二醇的浓度，0.004kmol.L-1 若每天处理已二酸2400kg，转化率为80%， ;解： 该反应为恒容液相二级反应，故： ;特殊情况 变容过程----设计方程原则上是相同的，只是在求解时，要将变容后的CA或PA与膨胀率或膨胀因子的关系式代入设计方程中再行积分或其它解法。 例如：对于n级不可逆反应的设计方程： ;;;PFR反应器操作方程，它与设计方程联立求解，可以计算PFR反应器沿轴向的浓度及温度分布，通常采用数值法求解。 ;应用一： 绝热活塞流反应器 ;PFR在绝热反应过程中，转化率xA与物系温度呈直线关系，见下图： ;xA;图解法步骤： ;4、计算曲线下面所围成的面积S， ;应用二：循环操作的平推流反应器 将PFR出口产物部分地返回到入口处与原始物料混合，然后进入平推流反应器进行反应。 ;在定常态下: ;从循环操作的PFR反应器的设计方程可知，若 及xA1可求，则反应器的体积即可求。 ;图 解 示 意;如果红的部分面积为“1”，寻找一个高度使如图的S1=S2，则“β”分面积为蓝色区域减去S1。; 例15?? 有如下自催化反应，A+P?P+P，已知：CA0=1mol/L, CP0=0, k=1L/mol.s, FA0=1mol/s，今欲在一循环反应器中进行此反应，要求达到的转化率为98%。 求：当循环比分别为β=0、3时，所需反应器的体积为多少？ ;解： 对于自催化反应，其反应动力学方程可表示为： ;当β=3时， 当β=0时，即为活塞流的情况： 图解（如下图）之可得：VR?无解 即纯粹的平推流不可能完成该任务！;;最佳循环比： 对β求偏导并令其等于零，则可求出最优循环比的条件为： ;当调节β（实际上是调节反应器进口转化率xA1)，使上图中的A和B的面积相等时，循环反应器的体积是最小的，也即此时的循环比为最优的。 ;应用三：非绝热、非等温活塞流反应器（不作要求） 当化学反应热效应较大时，无论吸热还是放热，采用绝热操作，将会使反应器进出口的物料温差过大。 ◆若放热：可能导致超温，若放热可逆，则反应的平衡转化率下降； ◆若吸热：无论可逆还是不可逆，沿轴向反应速率将越来越慢，若可逆，还将导致转化率下降；;设管径为D，则： 则物料衡算式： （1） 热量衡算式： （2） 式（1）（2）与化学反应动力学方程联立求解，即可求出转化率和反应温度沿管长的分布和达到一定转化率所需要的反应器体积，通常采用数值法求解。 ;应用四： 活塞流反应器的组合：并联、串联、并串联组合。 对串联的N个反??器而言： 若各个反应器的温度相同，则：