第13章_均相化学反应器.ppt

(1)反应器的体积为0.80m3时 平均空间时间 第二节 全混流反应器 (2)0.40m3的反应器，二个串联使用时 每个槽的平均空间时间 第二节 全混流反应器 (3)0.20m3的反应器，四个串联使用时 每个槽的平均空间时间 第二节 全混流反应器 （三）图解计算法 操作方程 速率方程 反应曲线 第二节 全混流反应器 －rA 反应曲线 图解计算法的步骤 第二节 全混流反应器 －rA 【例题13.2.3】已知一级反应A → B在10个串联的完全混合流反应器(CSTR)中进行，假设反应速率常数k为0.35 h-1，反应物A的初始浓度为150 mg/L，10个CSTR完全相同，A在每个CSTR中的停留时间是1/1.5 h，分别采用公式法和图解法求A的转化率。 第二节 全混流反应器 公式法： 当n=10时, 有 所以10个串联的CSTR反应器的转化率为： xA=(150-18.0)/150×100%=88.0%。 对于完全混合流反应器，基本方程为 第二节 全混流反应器 图解法： 如图所示，以－rA对cA作图得反应曲线，以－1/τ的斜率构造三角曲线图得10个CSTR反应器的反应曲线，从图中读出第10个CSTR的出口浓度cA为18mg/L。 所以10个串联的CSTR反应器的转化率为： xA=(150-18.0)/150×100%=88.0%。 一级反应速率方程为 第二节 全混流反应器 －rA /(mg·L－1·h－1) cA/(mg·L－1) (1) 全混流连续反应器的一般操作方式是什么？你能举出哪些间歇反应器的例子？ (2) 与间歇反应器相比，对于同一反应，在同样的反应条件下，达到同样的转化率，所需全混流连续反应器的体积有何不同？为什么？ 本节思考题 第二节 全混流反应器 (3) 对于一简单不可逆反应，在反应器总有效体积和反应条件不变的条件下，随着全混流反应器的级数的增加，反应物的转化率如何变化？为什么？转化率的极限值是什么？ (4) 简述多级全混流反应器的解析计算法。 (5) 简述多级全混流反应器的图解计算法。 本节思考题 第二节 全混流反应器 一、简单的平推流反应器 二、具有循环操作的平推流反应器 第三节 平推流反应器 本节的主要内容 一、简单的平推流反应器 平推流反应器的特点： 在连续稳态操作条件下，反应器各断面上的参数不随时间变化而变化。 反应器内各组分浓度等参数随轴向位置变化而变化，故反应速率亦随之变化。 在反应器的径向端面上各处浓度均一，不存在浓度分布。 （一）操作方式 将物料连续流入、并连续取出，在反应器内使物料沿同一方向、以同样的速度流动[ 活塞流(piston flow) ] 第三节 平推流反应器 第三节 平推流反应器 平推流反应器一般应满足以下条件： 管式反应器：管长是管径的10倍以上。 固相催化反应器：填充层直径是催化剂粒径的10倍以上。 设计计算的目的：得到停留时间、反应器体积等 第三节 平推流反应器 平推流反应器的基本方程 在稳态状态下，dnA/dt=0 qnA＝qnA ＋ dqnA ＋(－rA)dV＋dnA/dt － dqnA ＝(－rA)dV (12.3.11) dV V （二）基本方程和设计计算方法 基本方程的不同表达形式 (12.3.12) (12.3.13a) (12.3.13b) 微分形式 第三节 平推流反应器 基本方程 第三节 平推流反应器 (12.3.15) (12.3.18) 积分形式 恒容反应的基本方程 在恒容条件下： cA＝cA0(1-xA)，即-cA0dxA＝dcA (12.3.19) 第三节 平推流反应器 恒温恒容反应的设计方程：与间歇反应相同（表13.1.1） 【例题13.3.1】在例题13.2.3中，假如反应在1个平推流反应器中进行，且停留时间与10个串连CSTR的总停留时间相同，试计算A的转化率，并与例题13.2.3中的结果比较。 对于平推流反应器，基本方程为 于是有 所以1个平推流反应器的转化率为： xA=(150-14.5)/150×100%=90.3%。 解： 第三节 平推流反应器 xA＝88.0% 第三节 平推流反应器 【例题13.3.2】平推流反应器中发生一级反应A → B，反应速率常数k为0.35 h-1，要使A的去除率达到90％，则A需在反应器中停留多少小时？ 设xA为转化率，则cA的值为 cA=cA0(1-xA)= cA0(1-0.90)=0.10cA0 根据反应平衡方程：cA/cA0=e-kτ 有(0.10cA0)/cA0=e-0.35τ 解得τ=6.58h 解： 第三节 平推流反应器 【例题13.3.3】乙酸的水解反应，可以近似地看作一级反应，该反应在300K时的速率方程为：