化学反应工程第三章.pptxVIP

第1页/共122页化学反应工程第三章第2页/共122页教学目标掌握等温间歇反应器反应时间、反应体积的计算方法；理解流动反应器空时和空速的概念及其应用；掌握定态下连续釜式反应器反应体积及产物组成的计算方法；掌握连续釜式反应器串联或并联操作的计算及热量衡算与应用；根据不同的反应类型能正确地选择釜式反应器的加料方式、连接方式、原料配比及操作温度；理解全混流反应器的多定态特性、着火现象和熄火现象；了解半间歇反应器的计算方法教学重点等温间歇反应器反应时间、反应体积的计算；流动反应器空时的概念；连续釜式反应器（全混流反应器）反应体积及产物分布的计算；连续釜式反应器串联或并联操作的计算；釜式反应器的加料方式、连接方式、原料配比及操作温度的选择第3页/共122页§3.1 概 述均相反应工业化过程中要解决的问题大致有三：反应动力学方程的建立与应用；反应器型式与操作方式的选择；反应器大小及其生产能力的计算a)层流流动与混合（一）层流与湍流b)湍流第4页/共122页（二）理想排挤流与理想混合流反应物料以一致的方向与流速向前运动，在流动方向上象活塞一样有序向前移动。c) 理想排挤流1）任一径向截面上各处的流速完全相等；2）所有物料颗粒在反应器中的停留时间均相同第5页/共122页反应原料以稳定流率v0流入反应器，刚进入的新鲜物料与存留在反应器中的物料瞬间达到完全混合，反应器出口处反应物料以同样的稳定v0流量流出d) 理想混合流1)釜内物料的浓度和温度处处相等，且等于出口处的物料的浓度与温度；2)返混达到最大限度，物料在釜内停留时间有长有短。第6页/共122页空时、空速、停留时间与反应时间空时，又称为空间时间，定义为反应器体积VR与流体进反应器的体积流量v0的比值空时的单位是时间，是度量连续流动反应器生产强度的一个参数。如空时为1min，表明每分钟可以处理与反应器体积相等的物料量。空时越大，反应器生产强度越小第7页/共122页 空速，为空时的倒数，定义为空速的单位是[时间]-1，其物量意义是单位时间通过单位反应器容积的物料体积。如空速为10 min-1，表示每分钟能处理进口物料的体积为反应器体积的10倍。第8页/共122页停留时间，指的是从反应物料进入反应器时算起到离开反应器时为止所经历的时间，定义为：对于恒容过程，系统物料的密度不随反应转化率而变，即v=v0，所以空时和停留时间两者相等。对于非恒容过程，反应器内物料的体积流率v 随反应转化率而变化，因此空时和停留时间两者就有差异。反应时间，指的是从反应物料加入反应器后实际进行反应时算起至反应到某一时刻所需的时间。第9页/共122页§3.2 简单反应器【前景知识回顾】反应器的分类（绪论）操作方式的分类（绪论）反应器设计的基本内容和基本方程（绪论）第10页/共122页§3.2.1 间歇(搅拌)反应器 (Batch Reactor)反应物料按一定配比同时投入反应器，经过一定时间达到额定转化率后，停止反应并排出物料，完成一个生产周期，——所有物料具有相同的反应时间；剧烈搅拌，器内物料浓度达到分子尺度上的均匀，浓度处处相等，排除物质传递对反应的影响；足够的传热条件，器内各处温度始终相等，无需考虑反应器内的热量传递；第11页/共122页间歇（搅拌）反应器的优点与缺点优点：操作灵活，易于适应不同操作条件和不同产品品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产，特别是精细化工、生物化工产品的生产缺点：装料、卸料等辅助操作要耗费一定的时间；产品质量不易稳定第12页/共122页§3.2.1.1 间歇反应器性能的数学描述在间歇反应器中，剧烈搅拌，器内物料的浓度和温度达到均一，对整个反应器中关键组分A进行物料衡算，则有：间歇操作中，物料A输入量和流出量都等于零，故有可导出，第13页/共122页当反应总体积不变时， ，则有分离变量和积分运算后，可得到在间歇反应器中，反应物料达到一定转化率所需的反应时间，只取决于过程的速率，而与反应器的大小无关；上式对大型或小型设备均适用。第14页/共122页图 间歇反应过程t/cA0的图解积分图 间歇反应过程t的图解积分第15页/共122页第16页/共122页间歇反应器的反应体积是指反应物料在反应器中所占的体积，取决于单位生产时间所处理的物料量和每批生产所需的操作时间；式中，v0 —体积流率， 单位时间所处理的物料量，m3/h；tT — 每批物料的操作时间，等于反应时间t与辅助时间t0之和。反应器的实际体积应大于反应体积，即：式中，? — 装料系数，对不沸腾不起泡的物系取0.7~0.8，对沸腾或起泡的物系取0.4~0.6第17页/共122页【例1】某厂生产醇酸树脂是使己二酸和己二醇以等摩尔比在70℃用间歇釜并以H2SO4作催化剂进行缩聚反应而生产的，实验测得反应的