反应1-3分析.docx

《化学反应工程》通关任务项目说明书级　　别：作　　者：专业班级：指导教师：　　　年月日目录1组合反应器11.1平推流反应器的串联、并联或并串联11.2具有相同或不同体积的N个全混釜的串联11.3不同形式反应器的串联22全混流反应器的热稳定性32.1放热速率32.2移热速率32.3真稳定和假稳定操作点42.4改变进口温度的影响52.5改变进料流量的影响62.6定态热稳定性的判据73搅拌釜中的传热与传质73.1搅拌目的73.2搅拌液体的流动模型73.3常用搅拌器的型式、结构和特点84组合反应器的计算9组合反应器平推流反应器的串联、并联或并串联N个平推流反应器的串联操作，设X1，X2，……，XN为A离开反应器1,2，……N时的转化率。对反应组分A作第一个反应器的物料衡算，有：同理，对第i个反应器，可求得：因之对串联着的N个反应器而言，若每个反应器内温度相同，（-rA）相等，则有：所以N个平推流反应器相串联，其总体积为V，则其最终转化率与一个具有体积为V的单个平推流反应器所能获得的转化率相同。平推流反应器的并联或并、串联组合操作，也能够根据上述原理简化为单一反应器的情况。如为并联，则应对每个并行线上是相同的。具有相同或不同体积的N个全混釜的串联N个全混流釜式反应器（全混釜）串联操作，在工业生产上是常遇见的。由于其中各釜均能满足全混流假设，且认为釜与釜之间没有返混，这样，对任意第i釜作组分A的物料衡算，可有：进 入 量 = 排 出 量 + 反 应 量 + 积 累 量 0因系统为定态流动，且对恒容系统，v0不变，，故有： （1-1）式（1-1）既可用于各釜体积与温度均相同的反应系统，也可用于计算各釜体积与温度各不相同的操作情况，此时，在计算到某一釜时，相应地采用该釜的V的该温度条件下的反应速率即可，如对一级反应:同理：如各釜容积和温度相等，则有不同形式反应器的串联若将不同类型的反应器串联操作，在全混流釜后连接两个平推流反应器，然后再接另一个全混流釜，可对四个反应器分别写出如下关系式。全混流反应器的热稳定性放热速率在全混流釜式反应器内，反应物的浓度cA和温度T是一定值，因此，釜内的反应速率（-rA）也不变。若以1mol的A计算的反应热-△Hr，则在单位时间内反应的放热速率Qg值亦一定。即： (2-1)如对一级反应，已知xA和平均反应停留时间的关系为：反应速率常数随温度的变化规律符合阿伦尼乌斯关系式：代入式（2-1）得： （2-2）移热速率和反应的放热速率曲线相反，单位时间自系统散失的热量或热交换的速率与温度呈线性关系，在绝热情况下，它仅为进料的热焓变化，表示为：非绝热操作则需要考虑热交换量： （2-3）真稳定和假稳定操作点图2-1 放热反应的Qg和Qr线在图2-1上，反应的放热曲线和散热曲线相交于1、2、3三个点，表明可能存在三个定常状态。但是，其中只有1、3两点能经受温度的微小波动，故称为真稳定操作点，而2点处于不稳定状态，称为假稳定操作点，这是因为在2点处，只要温度稍有波动，就将导致反应系统移到另一稳定状态。如温度比2点略高一些，此时，系统将被加热上去，一直升高到上稳定点3为止，温度超过3点，由于，故能使系统温度稳定在3点。而若温度比2点略低一点，由于，系统将被冷却下来，温度降下降至稳定点1为止，温度低于1点时，此时，故能使温度稳定在1点。改变进口温度的影响图2-2 改变进口温度得到不同的操作状态如果其他参变量保持恒定而逐渐改变进料温度Ti（或冷却介质温度Tm），则线保持不变，而线将发生平移，如图2-2所示。最左边的A线，表示进料温度较低，当进料温度逐渐提高而是线移到D时，它与线相交于6、7两点，此时，只要再略超过D线一点，反应器内温度就将迅速骤增至点7，这时只有一个定常态。根据这一特点，若反应要求的温度是点7处的温度，我们可以使反应器的开车操作沿D线迅速达到反应所要求的温度，故在D线时的进料温度一般称为着火温度或者起然温度，相应地称点6为着火点或者起燃点。相反，在反应器停车操作时，可逐渐降低Ti，线将沿D、C、B、A平行位移。和上述的D线情况相似，在降温过程的B线，，也存在从点5骤降到点4的现象，一般称B线的温度为熄火温度，点5为熄火点。在点5和点6，反应器内出现一种非连续性的温度突变，不可能获得定态操作点。改变进料流量的影响为了研究进料流量变化对反应器内操作状态的影响，可对式（2-2）及式（2-3）作如下修改： （2-4） (2-5)图2-3 改变进料流量对反应器操作状态的影响如果其他参变量固定不变，仅改变进料流量v，亦即改变Ft0，从式（2-4），亦可得到不同