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釜式反应器--化工.ppt

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釜式反应器--化工

第三章 釜 式 反 应 器 反应器的分析与设计是《反应工程》的重要组成部分和主要任务。反应器设计的任务就是确定进行化学反应的最佳操作条件和完成规定的生产任务所需的反应器体积和主要寸。 对于反应器的分析计算需要建立适当的数学模型,本章将针对两类理想的反应器模型(间歇釜式反应器模型和全混流反应器模型)进行讨论和分析,考察反应器性能与各种因素的关系,反应器性能的优化设计问题等。具体内容包括: 研究内容 3.1 等温间歇釜式反应器的计算(单一反应) 3.2 等温间歇釜式反应器的计算(复合反应) 3.3 全混流反应器的设计 3.4 全混流反应器的串联与并联 3.5 釜式反应器中复合反应的收率与选择性 3.6 变温间歇釜式反应器的计算 3.7 全混流反应器的定态操作与分析 重点掌握 等温间歇釜式反应器的计算(单一反应、平行与连串反应)。 连续釜式反应器的计算 。 空时和空速的概念及其在反应器设计计算中的应用。 连续釜式反应器的串联和并联。 釜式反应器中平行与连串反应选择性的分析,连接和加料方式的选择。 连续釜式反应器的热量衡算式的建立与应用。 深入理解 ◆变温间歇釜式反应器的计算。 广泛了解 串联釜式反应器最佳体积的求取方法。 连续釜式反应器的多定态分析与计算。 产生多定态点的原因,着火点与熄火点的概念 3.1 概述 ※反应的特点及其对反应器的要求 化学反应复杂 反应物料的相态多样性:如固相反应就难于在搅拌反应器中进行连续操作;非均相反应要求传质效果要好。 许多反应过程的热效应大 工艺条件变化范围宽 反应介质的腐蚀性 3.1 概述 ※反应器开发的三个任务 根据反应动力学特性,选择合适的反应器形式 结合动力学和反应器特性,确定操作方式和优化操作条件 根据产量,设计反应装置,确定反应器的几何尺寸,并进行评价。 ※反应器的特性: 是指器内反应流体的流动状态、混合状态以及器内的传热性能等,它们又将随反应器的几何结构和几何尺寸而异。 ※均相反应的特点: 反应过程中不存在相间传递过程,影响反应速率物理因素只有物料的混合和流动状态两个方面。 3.1 概述 ※ 均相反应器按物料的混合状态分类 3.2 反应器操作中的几个术语 1.反应时间:是指反应物料进入反应器后,从实际发生反应的时刻起,到反应达某个转化率时所需的时间。(主要用于间歇反应器)P57  2.停留时间:是指反应物料从进入反应器的时刻算起到它们离开反应器的时刻为止,所用的时间。(主要用于连续流动反应器)。--P127 3.3 等温条件下,分批式操作的完全混合反应器(BR)理想反应器的设计分析 3.3.1 概述 ★分批式(又称间歇)操作: 是指反应物料一次投入反应器内,而在反应过程中不再向反应器投料,也不向外排出反应物,待反应达到要求的转化率后再全部放出反应产物。 ★充分(完全)混合: 指反应器内的物料在搅拌的作用下,其参数(如温度,浓度等)各处均一。 ★间歇反应器特点 反应物料一次加入,产物一次取出。 物料充分混合,无返混;同一瞬时,反应器内各点温度相同、浓度相同;而且出料与反应器内物料的最终组成相同;所有物料在反应器内的反应时间(停留时间)相同。 非稳态操作,反应器内浓度、温度随反应时间连续变化。 具有周期性 具有灵活性 3.3.2 间歇反应器体积计算 (1)反应时间的计算 t为使A反应达到所要求转化率xA所需时间,而不是一批产品生产所需时间。 上述积分式可用解析法、数值法、图解法(恒容时,如下图)进行求解。 若反应速率方程: (2)反应器有效体积VR的计算    一批操作若非生产时间为t0,每批操作所需时间为t+t0。生产一批产品所需反应器的有效体积:    VR′=V0 (t+t0)   式中: t0是辅助生产时间,包括加料、排料、清洗反应器和物料的升温、冷却。 V0 是平均每小时反应物料的体积处理量。 (3)反应器实际体积V的计算     反应器的实际体积是考虑了装料系数后的实际体积(不包括换热器、搅拌器的体积)。  例题3.1---祥见P58,自学。 3.3.3 最优反应时间 反应器的最佳反应条件总是围绕一定的优化目标来选择的,如使产品的成本最低或使单位时间内产量最大。对于间歇反应器而言,随着反应时间的延长,产量逐渐增加,但生产效率下降。 以单位操作时间内的产量为优化目标说明此问题。 当反应器体积一定时,辅助时间一定,产物浓度一定,则单位操作时间内的产量FR为: 利用数学知识可得: 最佳反应时间的求解,可利用积分,也可利用图解方法求解。 图中曲线MN为产物浓度CR随反应时间t的变化关系。 通过点A(-

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