师范类化工基础PPT课件 CH 化学反应工程基础.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第七章 化学反应工程基础 * ①气因流化床中，少量气体以气泡形式通过床层，气团接触严重不均，导致气体反应很不完全，其转化率往往比全混流反应器还低； ②固体颗粒的运动方式接近全混流，停留时间相差很大，对固相加工过程，会造成固相转化率不均匀； ③固体颗粒间以及颗粒和器壁间的磨损会产生大量细粉，被气体夹带而出，造成催化剂的损失和环境污染，必须设置旋风分离器等颗粒回收装置； ④流化床反应器的放大远较固定床反应器困难。 流化床反应器也存在一些严重的缺点： * 第七章 化学反应工程基础 * 小 结 本章以恒温、等容、均相反应器为例，从理想流动模型入手，介绍了活塞流反应器、全混流反应器等理想反应器的特点及计算，并引入返混概念，在此基础上，比较和分析了各种理想反应器的流动状况对生产能力、反应的选择性的影响，从而对选择适宜反应器、强化生产、优化反应提供了途径。 工业反应器是大规模化学反应过程进行的场所，其结构型式和操作方式及流体在它里面的流动状况都直接影响着产品的质量和产量。 * 第七章 化学反应工程基础 * 对非理想流动反应器，其偏离理想流动(返混)的程度采用停留时间分布表征，它的设计计算也像理想反应器一样从建模开始。实际反应器的建模思路是：研究实际反应器的流动状况和传递规律，设想非理想流动模型，导出该模型参数与停留时间分布的定量关系，然后通过实验测定停留时间分布确定模型参数，再从若干可能的模型中筛选出最能反映实际情况而参数又少的模型(检验模型)供设计计算。 反应器计算的思路是：研究反应器的流动状况，建立流动模型(对等温反应器借助物料衡算)，结合反应器内的动力学模型，获得反应器的数学模型，再根据已知条件使用模型进行计算。 * 第七章 化学反应工程基础 * 气固相催化反应器在化工生产中有着广泛的应用，其中进行的气固相催化反应过程较之均相反应具有复杂性，但气固相催化反应器的设计计算与均相反应器的设计计算的思路却是相同的。本章仅就气固相催化反应过程的特点和气团相催化反应器的结构特征进行了介绍。 化学反应工程学的框架及其相互联系，可用下图表示： * 第七章 化学反应工程基础 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第七章 化学反应工程基础 * 为确定扩散系数D，将其与停留时间分布联系起来: 取平均停留时间 则 其中，数群 ，为传质贝克来(Peclet)数， 它与扩散系数呈反比，是表征了轴向扩散程度的准数，其值越大，轴向扩散程度越小。 * 第七章 化学反应工程基础 * 当返混小时,E(θ)呈正态分布,方差为 当返混大时,E(θ)不对称,方差为 Pe越小越接近全混流模型，Pe =0即全混流模型； Pe越大越接近活塞流模型，Pe→∞即活塞流模型。 进一步可得停留时间分布密度函数 * 第七章 化学反应工程基础 * 实际反应器的计算同样是根据生产任务和要求达到的转化率，确定反应器体积；或由生产任务和选定的反应器体积，确定所要达到的转化率。 只要测得反应器的停留时间分布和其内反应的动力学关系，就可求得平均转化率。如果停留时间用平均停留时间表示，可得到 与反应器体积VR间的关系。 7．实际反应器的计算 (1)直接应用停留时间分布进行计算 设出口物料中停留时间介于τ和τ+dτ之间的物料分率为E(τ)dτ，而其转化率为x(τ)，则 * 第七章 化学反应工程基础 * 以全混流反应器中进行一级不可逆反应为例，其动力学方程为x=1-e-kτ，全混流反应器的停留时间密度分布函数为 所以 积分上式,得 因为 此计算结果与全混流模型所得结果完全一样. * 第七章 化学反应工程基础 * 若一连续反应器流况符合多釜串联模型，由前边所得多釜串联模型的停留时间密度分布函数，得 当所进行的反应为一级不可逆反应时： ，得 （2）依据多釜串联模型进行计算 * 第七章 化学反应工程基础 * 假定一连续稳定操作的反应器符合扩散模型，将其物料衡算式改写为 （3）依据扩散模型进行计算 对于一级不可逆反应,-r = kc,引入适当边界条件,将上式求解得 式中 * 第七章 化学反应工程基础 * 气固相催化反应器内进行的是非均相反应。均相反应与非均相反应的基本区别在于，前者的