管式反应器-相关计算.pptVIP

第六章管式反响器;6.1.1管式反响器的特点、型式和应用;图6-1水平管式反响器;图6-2几种立式管式反响器;图6-3盘管式反响器;管式反响器的加热或冷却方式;6.1.2物料在管式反响器中的流动〔理想置换假设〕;理想置换假设的内容是①假定径向流速分布均匀，即所有的质点以相同的速率从入口流向出口，就像活塞运动一样，所以理想置换所对应的流型又称为活塞流；②轴向上的同截面上浓度、温度分布均匀;6.2等温管式反响器的计算;于是;设在理想置换管式反响器中进行等温恒容n级不可逆反响，rA=kCAn。设A的浓度为CA时，A的摩尔流量为nA，那么结合转化率的定义，有

CA=nA/FV0=(nA0(1-xA))/FV0=CA0(1-xA);对于连续操作的反响系统，定义反响体积VR与物料体积流量FV之比接触时间，亦称为停留时间，用τ表示：

在操作条件下，进入反响器的物料通过反响体积所需的时间，称为空时，用τ表示:

空时的倒数为空速，其意义是单位反响体积单位时间内所处理的物料量，因次为[时间]-1，用SV表示;对于恒容过程;6.2.2管径与管长确实定;(2)先规定流体流速u，据此确定管径d，再计算管长L，再检验Re是否104;(4)对于传热型的管式反响器，可根据热量衡算得出的传热面积A，确定管径d和管长L，再检验Re是否104;例6.1化学反响A+2B→C+D在管式反响器中实现，rA=1.98×10-2CACBkmol/(m3·min)。A、B的进料流量分别为0.08m3/h和0.48m3/h；混合后A、B的初浓度分别为1.2kmol/m3和15.5kmol/m3；密度分别为1350.0kg/m3和881.0kg/m3；混合物粘度为1.5×10-2Pa·s。要求使A的转化率到达0.98，求反响体积，并从Φ24×6,Φ35×9,Φ43×10三种管材中选择一种。;解：反响物的体积流量FV0=FVA+FVB=0.56m3

密度ρ=(FVAρA+FVBρB)/(FVA+FVB)=948.0kg/m3

反响器任意位置，CA=CA0(1-xA)

CB=CB0-2CA0xA，所以

rA=kCACB=CA0(1-xA)(CB0-2CA0xA);代入数据得VR=0.134m3;6.2.3等温变容管式反响器;例如以下气相反响，设停留时间为τ，反响物A的转化率为xA，于是;n=nA0(1-xA)+nB0-bnA0xA/a+snA0xA/a+rnA0xA/a

=nA0+nB0+nA0xA((s+r-b)/a-1);定义τ=τ时，反响物A在气相中的摩尔分率为yA;此时A组份的浓度为CA，所以;于是，对于n级不可逆反响rA=kCAn，其速率方程可表达为;???是，对于n级不可逆反响rA=kCAn，其速率方程又可表达为;例6.2在理想置换管式反响器中进行等温二级不可逆反响A+B→R，气体物料的起始流量为360.0m3/h，A和B的初浓度均为0.8kmol/m3，其余的惰性气体的浓度为2.4kmol/m3，速率常数为8.0m3/(kmol·min)。要使A的转化率到达0.90，求停留时间和反响体积。;于是;6.3变温管式反响器;为方便模型化，可将反响温度和关键组份的转化率表达为反响器轴向位置的函数。;(2)热平衡方程;因此，稳态操作下，热平衡方程为;间壁传热量;与物料平衡方程联立;假设在反响器中物料温度从T0变化到T，忽略反响过程中物系总摩尔数的变化，上式左端可积分为;所以;于是;上式与间歇反响器、全混流反响器在绝热情况推导出的公式完全一样，所以绝热方程适用于各类反响器。以xA对温度T作图可得一条直线，如以以下图，直线的斜率等于1/λ。

假设放热反响，

λ＞0，直线斜角＜90°

假设吸热反响，

λ＜0，直线斜角＞90°

假设等温反响，

λ＝0，直线斜角＝90°;虽然绝热方程反映了三类反响器在绝热条件下操作温度与转化率的关系，但本质上还是有区别的：;绝热反响器的求解要用下面三个式子联立：;例6.4一级反响，rA=kCA，A的初浓度为1.0kmol/m3，速率常数为1.0/min。要求转化率到达90.0%，分别采用单釜连续、两等体积釜连续和管式反响器实现，反响时间分别是多少。;②两等体积釜连续时;问题的提出：由以上例题可以看出，对于一定的化学反响，当物料处理量、物料的初浓度及终点转化率一定时，完成反响所需要的反响时间按多釜连续、单釜连续、管式连续反响器的次序递减。;不同形式的反响器主要从两个方面进行比较：

第一，生产能力，即单位时