化学工程讲义3.ppt

主讲：张颖 Email: zhzhying@ 高x、高级 数连续釜 式反应器 生产能力? 非恒容也有影响。 2.全混流反应器串联 爆炸案例 Texas City Refinery explosion On the 23rd, March 2005, a hydrocarbon vapour cloud explosion occurred at the ISOM isomerization process unit at BPs Texas City refinery in Texas City, Texas, killing 15 workers and injuring more than 170 others. The Texas City Refinery was the third-largest in the United States. /wiki/Texas_City_Refinery_explosion 新型换热装置—热管 封闭的管壳中充以工作介质并利用介质的相变吸热和放热进行热交换的高效换热元件。 典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成1.3×10-1~10-4 Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段(加热段)，另一端为冷凝段(冷却段)，根据应用需要在两段中间可布置绝热段。当热管的一端受热时芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细或重力的作用流回蒸发段。如此循环不己，热量由热管的一端传至另—端。 对于一级不可逆恒容放热反应，有 Qge-T是一条S形曲线，如图。 Q T Qre Qge T0 体系要保持定常态操作的必要条件之一为 Qre= Qge Q T Qre Qge a c b T0 Tc Tb Ta 两线交点a、b、c满足等式，因此是系统的操作状态点，该体系属于多定态。三个点的特征并不相同。 对于a点，温升 移热速率大于反应放热速率，外来干扰消失后，系统自动恢复原状。 若温降 外来干扰消失后，系统自动恢复原状。 a点具有热稳定性。C点同理。 对于b点，温升 移热速率小于反应放热速率，外来干扰消失后，温度升至Ta。 若温降 外来干扰消失后，温度降至Tc 。 Q T Qre Qge a c b T0 Tc Tb Ta 定常态操作不仅要满足 Qre= Qge，还应有 以上两式是全混流反应器热稳定操作的两个必要条件。 课本p204例题： 对强放热反应，为确保反应器稳定操作，可以通过采用过量溶剂蒸发带热的方法，可以有效降低换热面积。 对于其它放热反应，还可以考虑增大传热面积，强化传热系数，降低冷却介质的温度以及液相产品打回流等方法。 a点不仅具有热稳定性，而且反应温度和转化率都足够高，是实际生产期望的操作点。而c点温度偏低，转化率也低，无实际生产意义。 着火点、熄火点 Q T Qre Qge 1 5 T01 T02 T03 T04 T05 2 3 4 6 7 8 9 点4为着火点，温降可以恢复原状，温升导致反应器内温度自动升至点8，T0T04,反应在高于点8的温度进行。 点6为熄火点，温升可以恢复原状，温降导致反应器内温度自动降至点2，T0T02,反应在低于点2的温度进行。 九、成本核算 从经济最优化角度权衡有关工艺参数 方法：根据有关条件列出成本核算平衡式，再结合反应器的基本关系式或物料衡算式进行求解。 ￥?h-1 决定于反应器的类型及大小 一般为常数 决定于 决定于 1、对于连续操作反应器，以单位时间为基准，根据有关条件列出如下经济核算式。 * * 一、基本原理 1、反应器设计的基本内容： 选择合适的反应器形式；确定最佳的工艺条件；计算所需反应器体积。 2、反应器设计的基本方程： 1）、物料衡算方程 2）、热量衡算方程 3）、反应动力学方程 理想均相反应器的计算 3、基本方法： 在反应器体积范围内取一体积元，对该体积元做物料衡算或/和热量衡算，并结合反应的动力学方程进行相关计算。对所取体积元要求其中各处浓度、温度均匀一致。 物料衡算方程 对于反应物A：输入量 =输出量 + 反应消失量 + 累积量 ① ② ③ ④ 间歇釜式反应器（Batch) 活塞流反应器 (PFR) 全混流反应器(CSTR) 0 cA t cA0 cAf dL L dVR 0 cA L cA0 cAf ④=0 ①② =0 ④=0 0 -rA V -rAf 0 cA V cA0 cAf 衡算式 关系式 设计方程 生产能力 （反应速率随浓度升高