理想流反应器.ppt

上一节课的内容 全混流反应器的特征： 1、反应器中所有空间位置的物料参数都是均匀的，而且等于反应器出口处的物料性质; 2、物料质点在反应器中的停留时间参差不齐，有的很长，有的很短，形成一个停留时间分布； 3、反应器内返混达到无穷大。 Example 5.3 Mixed flow reactor performance SOLUTION Space-Time and Space-Velocity Graphical representation Performance Equations 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 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 全无返混 全无返混 返混极大 非理想流动的影响 流动状况对化学反应的影响 ----- 由物料返混所造成 * * * * * * 空间时间的概念---爆米花的例子 返混的概念：不同年龄的质点之间的混合。 给定物料的初始状态及反应器体积，求转化率或出口浓度 给定物料的初始状态及出口浓度，求反应体积 3.2.2简单反应单个全混釜设计 3.2 稳态全混流反应器 3.2 稳态全混流反应器 例3－2:在反应体积为1 m3的釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生产1,2-丙二醇： 该反应对环氧丙烷为一级，反应温度下反应速率常数等于0.98h-1，原料液中环氧丙烷的浓度为2.1kmol/m3,环氧丙烷的最终转化率为90%。 （1）若采用间歇操作，辅助时间为0.65h,则1,2-丙二醇的日产量是多少？ （2）有人建议改在定态下连续操作，其余条件不变，则1,2 -丙二醇的日产量又是多少？ （3）为什么这两种操作方式的产量会有不同？ 解： （1）?? 一级不可逆反应： 丙二醇的浓度= 丙二醇的产量= 3.2 稳态全混流反应器 m3/h 丙二醇的产量= 3.2 稳态全混流反应器 （3）因连续釜在低的反应物浓度下操作，反应速率慢，故产量低。 (2) 采用定态下连续操作 The elementary liquid-phase reaction With rate equation ☆ 稳态操作，可以用书中推导的方程 ☆ 混合后进料的浓度应是原有浓度的一半 ☆ 根据A和B的多少来定 ☆ 密度恒定，相应公式 The concentration of components in the mixed feed stream is These data show that B is the limiting component, so for 75% conversion of B and ε=0, For no density change, the performance equation is desired The composition in the reactor and in the exit stream is 均相管式反应器实例 3.3 平推流管式反应器 速度分布不均匀 产生径向或轴向混合 为简化设计计算 平推流模型 管长远大于管径 处于湍流状态 3.3 平推流管式反应器 没有径向的速度差，径向也不存在浓度和温度分布； 连续定态下，各种参数只是截面位置的函数，不随时间而变化； 反应物料具有相同的停留时间。 平推流反应器的特征 所有物料质点在反应器中具有相同的停留时间，反应器中不存在返混。 3.3 平推流管式反应器 流入量 = 流出量 + 反应量 + 累积量 0 3.2.1平推流反应器的设计方程 1 等温平推流 3.3 平推流管式反应器 3.3 平推流管式反应器 或 平推流反应器一般设计方程---数学模型 1. k与xA的关系 等温时k为常数 2. v与xA的关系 等分子反应？变分子反应？ 3. 等容过程 与间歇反应器的公式相同 间歇反应器 3.3 平推流管式反应器 对于等温液相反应，平均停留时间： 只适应于等温等容过程 对于变温变容过程，可采用接触时间： batch reactor Reaction time flow reactor Space-time