第三节_间歇釜式反应器.ppt

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第三章 间歇釜式反应器 BR(Batch Reactor) 3.1 釜式反应器的特点及其应用 3.2 间歇釜式反应器的容积与数量及设备间的平衡 3.3 等温间歇反应釜的计算 3.4 变温间歇釜的计算 3.5 半间歇釜式反应器 3.1.1釜式反应器的结构 * 3.1.2间歇釜式反应器的特点及其应用 1、特点* 几乎所有有机合成的单元操作 3.2.1间歇釜式反应器的容积与数量 确定反应器的容积与数量是车间设计的基础,是实现化学反应工业放大的关键 (1)每天处理物料总体积VD和单位时间的物料处理量为FV (2) 操作周期t’* 操作周期又称工时定额或操作时间,是指生产每一批料的全部操作时间,即从准备投料到操作过程全部完成所需的总时间t’ ,操作时间t’包括反应时间t和辅助操作时间t0 两部分组成。 即t’ = t + t0 例如萘磺化制取2-萘磺酸的操作周期: 检查设备 15分 加萘 15分 加硫酸及升温 25分 反应 160分 压出料 15分 操作周期 240分或4小时 反应时间t的求算方法 由动力学方程理论计算或经验获得,但应注意: (1)不少强烈放热的快速反应,反应过程的速率往往受传热速率的控制,不能简单地用动力学方程式来求算反应过程的时间。 (2)某些非均相反应,过程进行的速率受相间传质速率的影响,也不能单纯地从化学动力学方程式计算反应时间。 (3)某些反应速率较快的反应,在加料过程及升温过程中已开始反应。在保温阶段之前可能已达到相当高的转化率。有时需分段作动力学计算。 (3)反应体积VR 反应体积是指设备中物料所占体积,又称有效体积。 (4)*设备装料系数 反应器有效体积与设备实际容积之比称为设备装料系数,以符号 表示,即: =VR/V。其值视具体情况而定 2、反应器的容积和个数的确定 (1)已知VD或FV与t ’,根据已有的设备容积Va,求算需用设备的个数m。 设备装料系数为 ,则每釜物料的体积为 Va,按设计任务,每天需要操作的总批次为: 每个设备每天能操作的批数为: 思考 选用个数少而容积大的设备有利还是选用个数多而容积小的设备有利 ? 三个还原锅交替操作的时间安排图 例3-4萘磺化反应器体积的计算。萘磺化生产2-萘磺酸,然后通过碱熔得2-萘酚。已知2-萘酚的收率按萘计为75%,2-萘酚的纯度为99%,工业萘纯度为98.4%,密度为963kg/m3 。磺化剂为98%硫酸,密度为1.84。萘与硫酸的摩尔比为1:1.07。每批磺化操作周期为3.67小时。萘磺化釜的装料系数为0.7。年产2-萘酚4000t,年工作日330天。 3.2.2 间歇操作设备间的平衡 3.3.1 单一反应 正反应速率常数k1为4.76×10-4m3/(kmol.min),逆反应速率常数k2为1.63×10-4m3/(kmol.min)。反应器内装入0.3785m3水溶液,其中含有90.8kg乙酸,181.6lkg乙醇。物料密度为1043kg/m3,假设反应过程不改变。试计算反应2h后乙酸的转化率。 3.4.1.间歇反应器热平衡 3.间歇反应器恒温操作计算 即要使反应在等温下进行,反应放出(或吸收)的热量必须等于体系与换热介质交换的热量。 应用:求换热面积。 4.等温间歇操作反应器的放热规律 3.5 半间歇釜式反应器 间歇釜式反应器思考题 1.间歇釜式反应器由哪几部分组成?具有哪些特点?主要用于何种反应? 2.为什么间歇釜式反应器存在最佳反应时间?当考核指标不同时,最佳反应时间相同吗?如何确定间歇釜式反应器最佳反应时间? 3.如何确定间歇釜式反应器内物料的反应温度与反应时间的关系? 4.写出间歇釜式反应器的绝热方程,并说明各项的含义。其有什么用途? 5.若某放热反应在间歇釜式反应器中等温操作,如何确定冷却水的流量? 6.半间歇釜式反应器的工艺计算与间歇釜式反应器有何异同点?对于平行反应A→P,A→Q,rP=CA,rQ=CA2,定性分析哪一种操作有利于P的生成? 7.某放(吸)热反应分别进行绝热操作和150℃等温操作,在相同的操作周期下,哪种操作的转化率高?说明原因。 作业:书后1、2、3、4、5、9、11 若平均热容可视为常数,绝热方程可表达为 称为绝热温升,其物理意义为反应物中的A组份完全转化时,引起物系温度变化的度数。 思考 就间歇釜式反应器而言,该绝热方程有哪些应用? 若以yA0表示组份A的初始摩尔分数,则 若为恒温过程 为了保持在等温下进行操作,化学反应过程所产生的

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