化学反应工程课件-7.pptx

第二章 反应器内的流体流动与混合Chapter 2 Fluid Flow Mixture in Reactor几种理想反应器不同反应器及反应器的组合停留时间对转化率选择性的影响停留时间分布测定停留时间分布与流动模型复习 全混流反应器反应器内各处物料均一，返混最大化 平推流反应器：轴向上物理不断变化，无返混cA0cA3多釜串联全混流反应器 对第i个反应器中的反应物A进行物料衡算：ci-1ciVi?i多釜串联全混流反应器任一反应器体积设计方程多釜串联全混流反应器对恒容、定常态流动系统，v0不变， ， 故有：对于N釜串联操作的系统，总空间时间：τ小于单个全混釜达到相同转化率xAN操作时的空间时间。cA0/(-rA)τixA1xAn多釜串联全混流反应器显然，除最后一釜外，其余各釜的浓度都高于最终出口浓度，对大多数反应，浓度升高反应速率加快。而且，各釜之间不存在返混，因此，总反应体积小于单个全混釜。多釜串联全混流反应器计算出口浓度或转化率对于一级反应：依此类推：cA0cA3多釜串联全混流反应器各釜进料浓度为:c0,c1,c2,…,ci-1,…,cn-1出料浓度为:c1,c2,…,ci,…,cncA0cA1cA2两釜串联等温全混流反应器反应器总体积为V，如何使出口转化率最高t = t1 + t2等温两釜串联等体积反应器效率最高多釜串联等温等体积全混流反应器总体积：V两釜串连:N釜串连：cn = c0exp(-kt)多釜串联趋近于平推流反应器多釜串联等温等体积全混流反应器多釜串联全混流反应器直线设计方程与反应速率方程的交点出口状态循环反应器 在工业生产上，有时为了控制反应物的合适浓度，以便于控制温度、转化率和收率，或为了提高原料的利用率，常常采用部分物料循环的操作方法，如图所示。K循环料 Vr循环反应器循环反应器的基本假设：①反应器内为理想活塞流流动；②管线内不发生化学反应；③整个体系处于定常态操作,反应体系进出口流量相等，v0=v2为方便起见，设循环物料体积流量与离开反应系统物料的体积流量之比为循环比R，即循环反应器对图中K点作物料衡算：其中：可以推导出：循环反应器对图中K点作物料衡算：对整个体系而言，有：可以推导出：循环反应器平推流反应器设计方程:式中，F’A0是一个虚拟的值，它由两部分组成，新鲜进料FA0和循环回来的物流vr中当转化率为0时应当具有的A的摩尔流率。即：循环反应器由此得到循环反应器体积：当循环比R为0时，还原为普通平推流反应器设计方程。当循环比R→∞时，变为全混流反应器设计方程。当0R∞时，反应器属于非理想流动反应器。反应器特性比较三种理想反应器对照：反应器特性比较间歇反应器与平推流反应器平推流反应器在结构和操作方式上与间歇反应器截然不同，一个没有搅拌一个有搅拌；一个连续操作一个间歇操作；一个是管式一个是釜式，是共同的，就是二者都没有返混，所有物料在反应器内的停留时间都相同。既然停留时间都相同，没有不同停留时间（即不同转化率，不同浓度）物料的混合，两种反应器在相同的进口（初始）条件和反应时间下，就应该得到相同的反应结果。反应器特性比较间歇反应器与全混流反应器间歇反应器与全混流反应器在结构上大体相同，但从返混的角度上看却是完全不同的。间歇反应器完全没有返混，而全混流反应器的返混达到了极大的程度。因而，二者的设计方程不同，同一个反应在这两种反应器中进行，产生的结果也就不一样。反应器特性比较单一不可逆反应过程平推流反应器与全混流反应器的比较反应器特性分析--推动力流体流动推动力-----压力差传热推动力-----温度差传质推动力-----浓度差（化学位差）化学反应推动力------体系组成与平衡组成的差 化学反应的化学势反应物浓度与其平衡浓度之差浓度推动力反应器特性分析--推动力反应器特性分析--推动力反应器特性分析--推动力反应级数n0反应级数n0反应动力学本质与反应器的关系自催化反应 返混对反应器体积的影响（反应级数n0)平推流反应器反应器特性分析--推动力全混流反应器多釜串联全混流反应器对于反应级数n0的不可逆反应，返混减低了浓度推动力，是反应器体积增大。反应级数越大，反应对于浓度的依赖越强，返混对于反应的影响越严重反应器特性分析--推动力 返混对反应器体积的影响（反应级数n0)全混流反应器平推流反应器反应器特性分析--推动力多釜串联反应器对于反应级数n0的不可逆反应，反应速率随浓度下降而增加，返混有利于反应进行。理想反应器的组合 只有连续流动反应器存在组合问题。 将反应器串联或并联，提高处理量或转化率。 各种情况：平推流反应器的并联、串联全混流反应器的并联、串联平推流和全混流的并联、串联理想反应器的组合理想反应器的组合一、平推流反应器并联：在提高生产能力的同时保持尽量平推流状态，加强传热，保持反应器径向的温度均匀