反应工程第三章第四、五、六、七节.pptVIP

第三章 釜式及均相管式反应器 本 章 内 容 第一节 间歇釜式反应器 第二节 连续流动均相管式反应器 第三节 连续流动釜式反应器 第四节 理想流动反应器的组合和比较 第五节 多重反应的选择性 第六节 半间歇釜式反应器 第七节 釜式反应器中进行的多相反应 第七节 釜式反应器中进行的多相反应 n级 n≠1 n=2 n=1 n=0 转化率式 反应器体积 反应速率 反应级数 表3-4 等温等容液相单一不可逆平推流反应器计算式p85 反应器体积：VR 衡算对象：关键组分A 衡算基准：整个反应器（VR） 第三节 全混流反应器计算的基本公式 稳定状态： [A流入量]－[A流出量]－[ A反应量]＝0 式中 指按出口浓度计算的反应速率。 (3-29) (3-28) (3-30) 表3-5列出了平推流反应器和全混流反应器的反应结果比较，其中 ，这是对等容过程而言。 对于等容过程，物料平均停留时间为 物料接触时间τ 表3-5 平推流反应器与全混流反应器等温等容液相单一不可逆反应的比较 上一页 下一页 返 回 P111习题3-1 CB0/ CA0=1时 CB0/ CA0=5时 P112习题3-3 PFR时 CSTR时 P112习题3-4 PFR时 CSTR时 P112习题3-7（2） CSTR时 作业： 习题3-1、3-4、3-7的（2）。 A+B L (主反应，n1级，活化能为E1) M (副反应，n2级，活化能为E2) 若相应的速率方程为 则瞬时选择率为 (3) 平行反应加料方式的选择 只要知道主副反应级数的相对大小，就可确定在反应过程中该组分浓度高低的要求，并决定采用何种反应器或加料方式。 表3-6 平行反应的适宜操作方式 动力学特点 对浓度的要求 适宜的操作方式 n1n2 m1m2 cA、cB都高 A、B同时加入的间歇反应器； A、B同时加入的平推流反应器； 多段全混釜， A、B同时加入第一级 n1n2 m1m2 cA、cB都低 A、B同时缓慢滴加的间歇反应器； A、B同时加入单个全混流反应器； 一次加入A，多股陆续加入B的平推流反应器 n1n2 m1m2 cA高、cB低 一次加入A，缓慢滴加B的间歇反应器； 平推流反应器，入口一次加入A，沿着管长分段加入B； 多级全混釜，由第一级一次加入A， B分段加入； 单个全混釜， A、B同时加入，而后A从出口物料中分离返回反应器 A R T 求R产量最大时的温度。 【例题】平行反应主产物产量最大的温度。在CSTR中进行下述反应 S A P S cA0=2mol/L，P为目的产物，求：(1) 在CSTR中能得到的最大反应收率； (2) 假设反应物加以回收，采用何种反应器型式合理。 【例题】平行反应主产物的最大收率 R 二、连串反应 (1) 间歇及平推流反应器中连串反应的选择率 代入式(3-62)可得 各组分的反应速率为 A的初始浓度为cA0，而cL0=cM0=0，积分 可得 此式的解为 (3-62) A的浓度单调下降，副产物M的浓度单调上升，主产物L的浓度先升后降，有最大值，如下图所示。 c t cA cA cA cL cM k1=k2 cL cM k1k2 cL cM k1k2 c t c t 瞬时选择率为 温度对选择率的影响由k2/k1所确定，由阿罗尼乌斯方程可知 (2) 连串反应的温度、浓度效应 E1E2， 温度增高有利于选择率的增大。 E1=E2，选择率与温度无关。 E1E2，温度降低有利于选择率的增大。 提高温度对活化能高的反应有利，降低温度对活化能低的反应有利。 浓度效应 n1n2， 增加初浓度有利于选择率的增大。 n1n2，降低初浓度有利于选择率的增大。 转化率的影响：随着转化率的增大，瞬时选择率下降。 所以，对连串反应，不能过渡追求高的转化率。 可以通过适当选择反应物的初浓度和转化率来提高选择率。 (3)连串反应的最佳反应时间与最大收率 平推流或间歇反应器 Ymax k2/k1 将此式对t求导，令其为0，得主产物浓度最大的反应时间 得主产物最大的出口浓度 最大收率为 最大收率与初浓度无关 全混流反应器，一级不可逆反应，且进料只含有组分A的等容液相反应，根据物料衡算 对产物L做物料衡算 可得 (3)连串反应的最佳反应时间与最大收率 最大收率为 求导 最大收率与初浓度无关 Ymax k2/k1 平推流 全混流 k1/k2=10 以Sf与xA作图如下 k1/k2=1 k1/k2=0.1 xA=1-(cAf/ cA0) 当xA、k1/k2相同，间歇操作或平推流操作时，主产物的选择率Sf比全混流操作高； 平推流 全混流 若k1/k2远小