平推流反应器(Plus.ppt

*§3.8平推流反应器（PlusFlowReactor,PFR）1、平推流反应器的特点2、平推流反应器的设计方程3、平推流反应器的操作方程4、平推流反应器的设计方程及操作方程的具体应用应用一：绝热活塞流反应器应用二：循环操作的平推流反应器应用三：非绝热、非等温活塞流反应器应用四：活塞流反应器并联、串联、并串联组合PlusFlowReactor,PFR----平推流反应器，也称活塞流反应器，如长径比（L/D）较大，流体粘度较小，流速较快的场合。1、平推流反应器的特点◆定常态下，在与流动方向垂直的截面上没有流速分布；◆在反应器的各个截面上，物料的浓度不随时间变化；◆流体流动方向上不存在流体质点的混合，无返混现象；◆所有流体质点具有相同的停留时间，且等于反应时间t。恒容及变容过程的形式Lv,uVRv0PFR◆恒容过程若ρ恒定，即：v=v0，则上式可写成：液相反应：可以近似看作恒容过程；气相反应：恒T、P下的等分子反应或恒容过程；◆变容过程非等分子的气相反应,A为关键组分，其膨胀因子为δA，则：由pv=nRT求出体积流量v后代入的若过程恒T、P，则：或根据定义式：Return2、平推流反应器的设计方程两个问题1、如何确定物料衡算体积？可以对整个反应器进行衡算吗？2、如何取物料衡算的时间单元？可以任取吗？取长度为dl，体积为dVR的微元管段对物料A作物料衡算：进入量-排出量-反应量=累积量CA0FA0XA0=0v0dVRCAfFAfXAf=0vFAxAFA+dFAxA+dxAxAVRdxAdVR对整个反应器进行积分PFR反应器的设计方程（xA0=0的情况）xA0≠0，则通用的PFR反应器设计方程为：◆对于等温过程，只需将反应的速率方程代入设计方程积分求解；◆对于速率方程较为复杂的场合，可能要用到数值积分或图解积分求解；◆对于非等温过程，则要结合热量衡算式（操作方程）联立求解，下面要讲到。例题13在PFR反应器中，用已二酸和已二醇生产醇酸树脂，操作条件和产量与例2相同，试计算PFR反应器的有效容积。速率方程式：（-rA）=kCACB式中：（-rA）----以已二酸组分计的反应速率，kmol.L-1.min-1k----反应速率常数，1.97L.kmol-1.min-1CA、CB----分别为已二酸和已二醇的浓度，0.004kmol.L-1若每天处理已二酸2400kg，转化率为80%，解：该反应为恒容液相二级反应，故：问题：为什么活塞流反应器的有效体体积比间歇反应器的有效体积小一些？特殊情况变容过程----设计方程原则上是相同的，只是在求解时，要将变容后的CA或PA与膨胀率或膨胀因子的关系式代入设计方程中再行积分或其它解法。例如：对于n级不可逆反应的设计方程：Return3、平推流反应器的操作方程取反应器的微元体积，列热量衡算式，根据边界条件积分即得。CA0FA0XA0=0v0dVRCAfFAfXAf=0vQ1TQ2T+dTQAQgQ1、Q2----单位时间由物料带入、带出的热量；QA----单位时间内体系经过管壁传给热载体的热量；Qg----单位时间内因反应放出的热量。PFR反应器操作方程，它与设计方程联立求解，可以计算PFR反应器沿轴向的浓度及温度分布，通常采用数值法求解。Return应用一：绝热活塞流反应器PFR在绝热反应过程中，转化率xA与物系温度呈直线关系，见下图：注意：是有条件的！！xATT0进料温度xAT2T21.0等温反应吸热反应放热反应⊿Hr=0⊿Hr0⊿Hr0图解法步骤：1、根据操作方程：或在xA~T坐标系中绘出操作线A；2、沿操作线A读出一系列xA值对应的反应温度T，然后代入速率方程式中计算相应于各xA下的之值；3、在~xA坐标系中绘出动力学曲线；4、计算曲线下面所围成的面积S，Return应用二：循环操作的平推流反应器将PFR出口产物部分地返回到入口处与原始物料混合，然后进入平推流反应器进行反应。在定常态下:以β定义循环比：β=0时，为单