三釜式及均相管式反应器ppt.ppt

第三章 釜式及均相管式反应器 本章授课内容 第一节 间歇釜式反应器 第二节 连续流动均相管式反应器 第三节 连续流动釜式反应器 第四节 理想流动反应器的组合和比较 第五节 多重反应的选择率 第六节 半间歇釜式反应器 第七节 釜式反应器中进行的多相反应 第一节 间歇釜式反应器 釜式或槽式反应器都设置搅拌装置。釜式反应器大都用于完全互溶的液相或呈两相的液-液相及液-固相反应物系在间歇状态下操作，与化学实验室内装有电动搅拌器的玻璃三口烧瓶极为类似。 间歇操作时，反应物料按一定配料比一次加入反应器中，容器的顶部有一可拆卸的顶盖，以供清洗和维修用。在容器内部设置搅拌装置，经过一定的时间，反应达到规定的转化率后，停止反应并将物料排出反应器，完成一个生产周期。 反应器内液相均相和气-液相反应的物料浓度处处相等。 反应器内具有足够强的传热条件，无需考虑反应物料内的热量传递问题。 反应器内物料同时开始和停止反应，所有物料具有相同的反应时间。 间歇反应器的优点是操作灵活，适应不同操作条件与不同产品品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。间歇反应器缺点是，装料、卸料等辅助操作要耗费一定的时间。 桨式搅拌器 锚式和框式搅拌器 螺带式搅拌器 二、间歇釜式反应器的数学模型 间歇釜式反应器中物系温度和各组分的浓度均达到均一，可以对整个反应器进行物料衡算。若VR为反应物料在整个反应器中占有的体积，间歇操作则物料的流入量及流出量均为零，此时单一反应关键反应组分A的物料衡算式可写成 整理积分，可得 该式是液相单一反应达到一定转化率所需反应时间的数学模型。 若反应过程中等温液相物料的密度变化可以不计，即等容过程，则 cA0及cAf为关键反应组分A初始和所要求的摩尔浓度，kmol/m3。 只要已知反应动力学方程或反应速率与组分A浓度cA之间的变化规律，就能计算达到cAf所需反应时间。最基本、最直接的方法是数值积分或图解法。 图3-2等温间液相歇反应过程反应时间的图解积分 图3-1 等温间歇液相反应 过程的参数积分 1.等温等容液相单一反应 在间歇反应器中，若进行等容液相单一不可逆反应，反应物系的体积VR不变，以零级、一级和二级不可逆反应的本征速率方程代入 由于等容过程中， 在计算中采用转化率和残余浓度两种形式表示反应要求。若要求达到规定转化率，即着眼于反应物料的利用率，或着眼于减轻反应后的分离任务。另一种要求是达到规定的残余浓度，这完全是为了适应后续工序的要求，如有害杂质的除去即属此类。 间歇反应器中等温等容液相单一不可逆反应的动力学及积分结果 比较不同反应级数的残余浓度和反应时间，可以发现：零级反应残余浓度随反应时间增加呈直线下降，一直到反应物完全转化为止。而一级反应和二级反应的残余浓度随反应时间的增加而慢慢地下降。特别是二级反应，反应后期的残余浓度变化速率非常小，这意味着反应的大部分时间花费在反应的末期。若提高转化率和降低残余浓度，会使所需的反应时间大幅度增加。为了保证反应后期动力学的准确、可靠，为了要密切注意反应后期的反应机理是否发生变化，要重视反应过程后期动力学的研究。 例3-1（课本79页） 课后习题3-1（课本111页） 对于单一可逆反应，要考虑化学平衡，动力学方程及积分式，其中kc及kc’分别为正反应及逆反应速率常数，Kc为平衡常数， kc/kc’=KC 。 三、间歇釜式反应器的工程放大及操作优化 由间歇反应器的设计方程可得一个极为重要的结论：反应物达到一定的转化率所需的反应时间，只取决于过程的反应速率或动力学因素，与反应器的大小无关；反应器的大小是由反应物料的处理量决定的。 实验室用的小型反应器要做到等温操作比较容易，而大型反应器就很难做到；又如实验室反应器通过搅拌可使反应物料混合均匀，浓度均一，而大型反应器要做到这一点就比较困难。生产规模的间歇反应器的反应效果与实验室反应器相比，总是有些差异。 间歇反应器的反应体积根据单位时间的反应物料处理体积Q0及操作周期来决定。Q0由生产任务确定，而操作周期由两部分组成：一是反应时间t，由式（3-4）求得；另一是辅助时间t0，其值只能根据实际经验来决定。由此可得间歇反应器的反应