3第三章_理想流动反应器.ppt

第三章 理想流动反应器 概述 按照操作方式，可以分为间歇过程和连续过程，相应的反应器为间歇反应器和流动反应器。 1.间歇反应器 物料一次性加入，反应一定时间后把产物一次性取出，反应是分批进行的。物料在反应器内的流动状况是相同的，经历的反应时间也是相同的。 物料不断地加入反应器，又不断地离开反应器。 物料在反应器内的流动过程不同。有的物料正常的通过反应器，有的物料进入反应器的死角，有的物料短路（即近路）通过反应器，有的物料在反应器内回流。 流动模型分类如下： 理想流动模型 流动模型 非理想流动模型 流动模型是专指流动反应器而言的。 对于流动反应器，必须考虑物料在反应器内的流动状况。 (1)物料质点：代表物料特性的微团。物料由无数个质点组成。 ◆ 返混指流动反应器内不同年龄质点间的混合。◆ 在间歇反应器中，物料同时进入反应器，质点的年龄都相同，所以没有返混。◆ 在流动反应器中，存在死角、短路和回流等工程因素，不同年龄的质点混合在一起，所以有返混。 1）机械搅拌引起物料质点的运动方向和主体流动方向相反，不同年龄的质点混合在一起； 2）反应器结构造成物料流速不均匀，例如死角、分布器等。造成返混的各种因素统称为工程因素。 在流动反应器中，不可避免的存在工程因素，而且带有随机性。 在流动反应器中都存在着返混，只是返混程度有所不同而已。 (1) 平推流模型（活塞流模型、理想置换模型、理想排挤模型）平推流模型认为：物料进入反应器后，沿着流动方向，象气缸里的活塞一样向前移动，彼此不相混合。 ◆ 模型特点 ①物料参数（温度、浓度、压力等）沿流动方向连续变化； ②垂直于流动方向的任一截面上的物料参数相同（没有边界层）； ③沿流动方向的截面间不相混合； ④任一截面上的质点的年龄相同；质点的寿命相同； ⑤返混＝0，不同年龄的质点不相混合（参见(3)）。 ◆ 适用范围管式反应器：L/D较大，流速比较大。 流动模型相关的重要概念 年龄 反应物料质点从进入反应器算起已经停留的时间；是对仍留在反应器中的物料质点而言的。 寿命 反应物料质点从进入反应器到离开反应器的时间；是对已经离开反应器的物料质点而言的。 反应器特性分析 第一节 流动模型概述 BSTR PFR CSTR 1投料 一次加料(起始) 连续加料(入口) 连续加料(入口) 2年龄 年龄相同(某时) 年龄相同(某处) 年龄不同 3寿命 寿命相同(中止) 寿命相同(出口) 寿命不同(出口) 4返混 无返混 　 无返混 　　 返混极大 反应器特性分析 浓度分布 ------ 推动力 反应器特性分析 5 浓度分布 ------ 推动力 偏离全混流的情况 流动状况对化学反应的影响 ----- 主要由物料停留时间不同所造成 3-2 反应器设计的基本方程 the kinetic equation 物料衡算方程。针对任一反应单元，在任一时间段内： 能量衡算方程：针对任一反应单元，在任一时间段内 Standardised stirred tank reactor sizes 例3－1以醋酸（A）和正丁醇（B）为原料在间歇反应器中生产醋酸丁酯（C），操作温度为100℃，每批进料1kmol的A和4.96kmol的B。已知反应速率 试求醋酸转化率xA分别为0.5、0.9、0.99时所需反应时间。 解：CH3COOH+C4H9OH→CH3COOC4H9+H2O A的初始浓度计算： 可求出，投料总体积为0.559m3 补充例题：用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天生产乙酸乙酯12000kg，其化学反应式为 原料中反应组分的质量比为A：B：S=1：2：1.35，反应液的密度为1020kg/m3，并假定在反应过程中不变。每批装料、卸料及清洗等辅助操作时间为1h。反应在100℃下等温操作，其反应速率方程为　 100℃时，k=4.76×10-4　L/（mol·min），平衡常数K=2.92。 试计算乙酸转化35 % 时所需的反应体积。根据反应物料的特性，若反应器填充系数取0.75，则反应器的实际体积是多少？ Tube reactor 裂解炉 平推流反应器与全混流反应器的比较 1.例题3－1 浓度分布 ------ 推动力 等温、等容、各级体积相等情况的图解计算 等温、等容、各级体积相等情况的图解