第三章 化学反应均相反应过程.pptVIP

第三章 均相反应过程 3.1概述 1、均相反应过程开发的任务 由实验数据建立反应动力学方程 计算反应器大小和生产能力 根据反应特点选择反应器型式和操作方式 2、按返混情况反应器类型 ⑴基本概念 流体单元：反应器中物料温度和浓度均相等的流体团 停留时间：在连续流动反应器中，流体单元从反应器入口到出口经历的时间。 返混：停留时间不同的流体单元之间的混合。 空时τ： 反应器有效容积VR与进料体积流率V0之比值。 空速SV：在单位时间内投入单位有效反应器容积内的物料体积。 注意： 空时不是停留时间; 空时和空速是人为规定的参量，空时为2h，表示每2h有相当于反应器体积的物料通过反应器。空速为4h-1, 每小时进入反应器的物料相当于4个反应器体积。 3.1概述 ⑵按返混情况反应器类型 ①间歇反应器 反应物料同一时间加入反应器，在反应器中物料被充分混合，反应完成后物料全部放出，不存在返混。 ②平推流反应器: 反应物料以一致的方向和速度向前流动，同一截面物料的停留时间相等，不存在返混。典型例子是物料在管内流速较快的管式反应器。 ③全混流反应器 刚进入反应釜的物料与已存留物料瞬间混合，返混程度达到最大。实例：连续操作的充分搅拌槽式反应器。 ④非理想流反应器 物料在这类反应器中存在一定的返混，即物料返混程度介于平推流反应器及全混流反应器之间。 3.2 间歇反应器 3.2.1 操作 反应物料一次投入反应器内，在反应过程中不再向反应器内投料，也不向外排出，待反应达到要求的转化率后，再全部放出反应物料。 工业应用：用于生产量小、品种多的精细化学品。 3.2.2 间歇反应器特点 ①由于剧烈搅拌、混合，反应器内有效空间中各位置的物料温度、浓度都相同； ②由于一次加料，一次出料，反应过程中没有加料、出料，所有物料在反应器中停留时间相同，不存在不同停留时间物料的混合，即无返混现象； ③出料组成与反应器内物料的最终组成相同； ④为间歇操作，一个生产周期除了反应时间，还包括加料时间、出料时间、清洗时间、加热（或冷却）时间等辅助生产时间。 3.2.3 间歇反应器设计方程 反应器有效容积中物料温度、浓度相同，故选择整个有效容积V’R作为衡算体系。 在单位时间内，对组分A作物料衡算： 整理得 当进口转化率为0时，分离变量并积分得 为间歇反应器设计计算的通式。它表达了在一定操作条件下，为达到所要求的转化率xA所需的反应时间tr。 在恒容条件下， 上式可简化为： 间歇反应器内为达到一定转化率所需反应时间tr，只是动力学方程式的直接积分，与反应器大小及物料投入量无关。 3.2.4 设计计算过程 1、设计的任务： 即单位时间处理的原料量FA[kmol·h-1]以及原料组成CA0[kmol·m-3]、达到的产品要求xAf及辅助生产时间t’、动力学方程等，均作为给定的条件，设计计算出间歇反应器的体积。 2、步骤： ①由式设计方程 ，计算反应时间tr； ②计算一批料所需总时间tt， tt=tr+t’，其中t’为辅助生产时间； ③计算每批投放物料总量F’A； F’A=FAtt ④计算反应器有效容积V’R； ⑤计算反应器总体积VR。反应器总体积应包括有效容积、分离空间、辅助部件占有体积。通常有效容积占总体积分率为60％～85％，该分率称为反应器装填系数φ，由生产实际决定。 某厂生产醇酸树脂是使己二酸与己二醇以等摩尔比在70℃用间歇釜并以H2SO4作催化剂进行缩聚反应而生产的，实验测得反应动力学方程为： cA0=4 kmol.m-3 若每天处理2400kg己二酸，每批操作辅助生产时间为1h，反应器装填系数为0.75，求： (1)转化率分别为xA=0.5，0.6，0.8，0.9时，所需反应时间为多少? (2)求转化率为0.8，0.9时，所需反应器体积为多少? 解：(1)达到要求的转化率所需反应时间为： 当xA=0.5时 xA=0.6 tr=3.18h xA=0.8 tr=8.5h xA=0.9 tr=19.0h (2)反应器体积的计算 xA= 0.8时：tt=tr+t’=8.5+1=9.5h 每小时己二酸进料量FA0，己二酸相对分子质量为146，则有： 处理体积为： 实际反应器体积VR： 反应器有效容积V’R： 实际反应器体积VR： 当xA=0.9时： tt=19+1=20h V’R=0.171×20=3.42m3 VR=3.42／0.75=4.56m3 3.3平推流反应器 3.3.1 定义 通过反应器的物料沿同一方向以相同速度向前流动，像活塞一样在反应器中向前平推，故又