第3章-理想流动均相反应器设计.ppt

于是，可得到φ与CA的关系曲线。借助这种曲线和给定其他条件，就可对反应器进行选型。按定常态操作条件设计反应器时，只考虑了反应器在稳定操作时的性能，而没有考虑反应器从非定常态过渡到定常态的过程。实际上，反应器操作时温度、浓度、流量、传热等参数难以做到一成不变。连续流动反应器操作稳定性问题，类似于一个物体的力学稳定性反应器的热稳定性问题在工业生产上具有重要性，但这类问题一般比较复杂，荷兰的VanHeerden建立全混釜内一级反应的热稳定性模型，将做介绍，其余情况反应器的热稳定性问题，考虑的思路与此相仿。全混流反应器的热衡算方程忽略反应流体的密度和定压比热容CP随温度的变化，反应器在定常态下操作时对反应器作热衡算：改变反应温度而保持其他可变参数不变，可以得到Qg~T关系曲线如图2)移热速率散热速率包括物料升温吸热与向外界传热两者之和。在CSTR操作达到定常态以后，散热速率为CSTR要进行稳定操作，就必须同时满足物料平衡和热量平衡，放热速率与散热速率必须相等，即Qr=Qg，在Q~T图上，满足这一条件的状态必须是Qr~T和Qg~T两线的交点，前者是非线性的 S型曲线，后者是直线，两线的交点可能不止一点，表示可能的热平衡操作状态点不止一个。例右图的a、b、c三点右图中b点符合放热=散热速率的要求，如在b点操作，因扰动而使体系温度有一微量升高，△T＞0，则操作温度向右移动，此时Qg和Qr值都增同理，如在b点操作时，温度的微小下降都会使放热速度比散热速率下降得更快，使体系很快下滑到a点，可见b点是假稳定点右图中C点符合放热=散热速率的要求，如在C点操作，因扰动而使体系温度有一微量升高，△T＞0，则操作温度向右移动，此时Qg和Qr值都增加，增量为△Qg和△Qr,△Qg△Qr，a点的情况和C点相似，a点也是真稳定点。a点的反应温度低，放热与散热速率都比较小，其转化率也比较低，在工业上不宜采用，否则设备利用率低。3.6.3定常态热稳定性的判据要使一级反应的CSTR进行稳定的定常态操作，就必须满足Qr=Qg的条件，但这并不是充分条件，因为有真稳定点和假稳定点之分，真稳定点有如下特征：当反应体系温度升高时△T0，则△Qg△Qr当反应体系温度降低时△T0，则△Qg△Qr综合上述两种情况可以知Qg=Qr3.5反应器类型和操作方法的评选3.5.2复合反应对于全混流反应器，由于釜内浓度是均匀的且等于出口浓度，故瞬时收率等于总收率全混流产物出口浓度的计算3.5反应器类型和操作方法的评选当化学动力学方程已知，在一定温度下，有：φ3.5反应器类型和操作方法的评选⑴平行反应对反应：温度参数的影响：因此，提高温度，有利于活化能高的反应。浓度参数的影响：高浓度有利于反应级数大的反应；反之亦然。当a1＞a2时，高浓度下操作，宜采用平推流反应器。当a1a2时，低浓度下操作，宜采用全混流反应器。当a1=a2时，浓度无影响。3.5反应器类型和操作方法的评选对反应：温度参数的影响：因此，提高温度，有利于活化能高的反应。浓度参数的影响3.5反应器类型和操作方法的评选a1a2,b1b2CA,CB都高a1a2,b1b2CA高,CB低a1a2,b1b2CA,CB都低间歇操作3.5反应器类型和操作方法的评选a1a2,b1b2CA,CB都高a1a2,b1b2CA,CB都低a1a2,b1b2CA高,CB低连续流动操作3.5反应器类型和操作方法的评选⑵连串反应考虑在全混釜中进行下述一级不可逆反应：衡算范围：V衡算对象：反应物P输入量：流入量：0输出量：流出量：vCP反应量：-rPV累积量：0根据物料衡算方程，有：对产物P，作物料衡算。3.5反应器类型和操作方法的评选全混流的最佳空时和最大目标产物的浓度3.5反应器类型和操作方法的评选3.5反应器类型和操作方法的评选由于有：带入方程得：考虑到下述关系：CP3.5反应器类型和操作方法的评选平推流反应器最佳空时及对应的最大目标产物浓度3.5反应器类型和操作方法的评选在平推流和全混流反应器中进行连串反应的比较3.5反应器类型和操作