釜式及均相管式反應器課件

1、釜式及均相管式反應器課件釜式及均相管式反應器釜式及均相管式反應器 釜式及均相管式反應器課件本章授課內(nèi)容本章授課內(nèi)容第一節(jié) 間歇釜式反應器第二節(jié) 連續(xù)流動均相管式反應器第三節(jié) 連續(xù)流動釜式反應器第四節(jié) 理想流動反應器的組合和比較第五節(jié) 多重反應的選擇率第六節(jié) 半間歇釜式反應器第七節(jié) 釜式反應器中進行的多相反應釜式及均相管式反應器課件第一節(jié)第一節(jié) 間歇釜式反應器間歇釜式反應器 釜式或槽式反應器都設(shè)置攪拌裝置。釜式反應釜式或槽式反應器都設(shè)置攪拌裝置。釜式反應器大都用于完全互溶的液相或呈兩相的液器大都用于完全互溶的液相或呈兩相的液- -液相及液相及液液- -固相反應物系在間歇狀態(tài)下操作，與化學實驗固相

2、反應物系在間歇狀態(tài)下操作，與化學實驗室內(nèi)裝有電動攪拌器的玻璃三口燒瓶極為類似。室內(nèi)裝有電動攪拌器的玻璃三口燒瓶極為類似。一、一、 釜式反應器的特征釜式反應器的特征釜式及均相管式反應器課件 間歇操作時，反應物料按一定配料比一次加入間歇操作時，反應物料按一定配料比一次加入反應器中，容器的頂部有一可拆卸的頂蓋，以供清反應器中，容器的頂部有一可拆卸的頂蓋，以供清洗和維修用。在容器內(nèi)部設(shè)置攪拌裝置，經(jīng)過一定洗和維修用。在容器內(nèi)部設(shè)置攪拌裝置，經(jīng)過一定的時間，反應達到規(guī)定的轉(zhuǎn)化率后，停止反應并將的時間，反應達到規(guī)定的轉(zhuǎn)化率后，停止反應并將物料排出反應器，完成一個生產(chǎn)周期。物料排出反應器，完成一個生產(chǎn)周期。

3、F反應器內(nèi)液相均相和氣反應器內(nèi)液相均相和氣- -液相反應的物料濃度處處液相反應的物料濃度處處相等。相等。F反應器內(nèi)具有足夠強的傳熱條件，無需考慮反應物反應器內(nèi)具有足夠強的傳熱條件，無需考慮反應物料內(nèi)的熱量傳遞問題。料內(nèi)的熱量傳遞問題。F反應器內(nèi)物料同時開始和停止反應，所有物料具有反應器內(nèi)物料同時開始和停止反應，所有物料具有相同的反應時間。相同的反應時間。釜式及均相管式反應器課件 間歇反應器的優(yōu)點間歇反應器的優(yōu)點是操作靈活，適應不同操作是操作靈活，適應不同操作條件與不同產(chǎn)品品種，適用于小批量、多品種、反條件與不同產(chǎn)品品種，適用于小批量、多品種、反應時間較長的產(chǎn)品生產(chǎn)。應時間較長的產(chǎn)品生產(chǎn)。間歇反

4、應器缺點間歇反應器缺點是，裝料、是，裝料、卸料等輔助操作要耗費一定的時間。卸料等輔助操作要耗費一定的時間。釜式及均相管式反應器課件uFlow direction：(1) 攪拌器的旋轉(zhuǎn)攪拌器的旋轉(zhuǎn)(2) 槳葉形狀的不同槳葉形狀的不同切向圓切向圓周運動周運動軸向流動軸向流動徑向流動徑向流動間歇釜式反應器間歇釜式反應器 釜式及均相管式反應器課件徑向流徑向流軸向流軸向流釜式及均相管式反應器課件u Effects of Agitator：(1) 循環(huán)流動循環(huán)流動(2) 高度湍動高度湍動將流體輸送到將流體輸送到攪拌釜內(nèi)各處攪拌釜內(nèi)各處大尺度宏觀混合大尺度宏觀混合產(chǎn)生旋渦，旋渦產(chǎn)生旋渦，旋渦分裂使流體分散分

5、裂使流體分散小尺度微觀混合小尺度微觀混合釜式及均相管式反應器課件小直經(jīng)高轉(zhuǎn)速攪拌器小直經(jīng)高轉(zhuǎn)速攪拌器(1) 推進式攪拌器推進式攪拌器(2)渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器大直經(jīng)低轉(zhuǎn)速攪拌器大直經(jīng)低轉(zhuǎn)速攪拌器(1) 槳式槳式(2) 錨式和框式錨式和框式(3) 螺帶式螺帶式1.2.釜式及均相管式反應器課件(1) Propeller Agitator 葉輪直徑一般為釜徑的葉輪直徑一般為釜徑的0.20.5倍倍,常用轉(zhuǎn)速為常用轉(zhuǎn)速為100500rpm，葉端圓周速度可達，葉端圓周速度可達515m s-1。 1.Minor Diameter and High Speed Agitators釜式及均相管式反應器課件

6、(a) 直葉圓盤葉輪直葉圓盤葉輪(2)Turbine agitator(b) 彎葉圓盤葉輪彎葉圓盤葉輪 1.Minor Diameter and High Speed Agitators釜式及均相管式反應器課件 1.Minor Diameter and High Speed Agitators直葉直葉渦輪渦輪葉輪直徑為釜徑的葉輪直徑為釜徑的0.20.5倍倍,轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速10500rpm,葉端圓周速度可達葉端圓周速度可達410m s-1。彎葉彎葉渦輪渦輪 折葉渦輪折葉渦輪釜式及均相管式反應器課件 流速流速 粘度粘度 流動阻力流動阻力 機械能被消耗機械能被消耗湍動程湍動程度下降度下降總體流動范總體流動

7、范圍大大縮小圍大大縮小 大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器 2.Major Diameter and Low Speed Agitators釜式及均相管式反應器課件 2.Major Diameter and Low Speed Agitatorsv槳式攪拌器槳式攪拌器v錨式和框式攪拌器錨式和框式攪拌器v螺帶式攪拌器螺帶式攪拌器釜式及均相管式反應器課件 2.Major Diameter and Low Speed Agitators(1) 槳式攪拌器槳式攪拌器 旋轉(zhuǎn)直徑為釜徑的旋轉(zhuǎn)直徑為釜徑的0.350.8倍，甚至達倍，甚至達0.9倍以上。倍以上。常用常用轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為1100rpm，葉端圓周速

8、度為，葉端圓周速度為15m s-1。(b) 斜槳式斜槳式 (a) 平槳式平槳式釜式及均相管式反應器課件 2.Major Diameter and Low Speed Agitators(a) 平槳平槳(b) 斜槳斜槳 槳葉可分成槳葉可分成2424、4545或或6060傾角傾角 軸向和徑向運動軸向和徑向運動切向和徑向運動切向和徑向運動可用于簡單的可用于簡單的固液懸浮固液懸浮Features and Applications: 單層槳式的缺點：軸向流動范圍小單層槳式的缺點：軸向流動范圍小釜式及均相管式反應器課件 2.Major Diameter and Low Speed Agitators槳式攪

9、拌器的徑向槳式攪拌器的徑向攪拌范圍大，可用攪拌范圍大，可用于較高粘度液體的于較高粘度液體的攪拌。攪拌。釜內(nèi)液位釜內(nèi)液位較高時較高時(c) Majority Inclined 多斜槳式多斜槳式釜式及均相管式反應器課件(2)錨式和框式攪拌器錨式和框式攪拌器(a) 錨式錨式(b) 框式框式根據(jù)釜底的形狀制造根據(jù)釜底的形狀制造旋轉(zhuǎn)直徑可達釜徑的旋轉(zhuǎn)直徑可達釜徑的0.90.98倍倍 2.Major Diameter and Low Speed Agitators釜式及均相管式反應器課件一般在層流狀態(tài)下操作一般在層流狀態(tài)下操作缺點：主要使液體產(chǎn)生水平環(huán)向流動缺點：主要使液體產(chǎn)生水平環(huán)向流動基本不產(chǎn)生軸向流

10、動基本不產(chǎn)生軸向流動優(yōu)點：攪動范圍大，在槳上增加橫梁和豎梁，優(yōu)點：攪動范圍大，在槳上增加橫梁和豎梁， 防止死區(qū)的形成防止死區(qū)的形成錨式和框式攪拌器常用于中、高粘度液體的攪拌錨式和框式攪拌器常用于中、高粘度液體的攪拌難以保證難以保證軸向混合軸向混合均勻均勻Features and Applications: 2.Major Diameter and Low Speed Agitators釜式及均相管式反應器課件 2.Major Diameter and Low Speed Agitators框式攪拌器框式攪拌器釜式及均相管式反應器課件(3)螺帶式攪拌器螺帶式攪拌器目的：提高軸向混合效果目的：提高

11、軸向混合效果 一般具有一般具有12條螺帶，旋轉(zhuǎn)直徑為釜徑的條螺帶，旋轉(zhuǎn)直徑為釜徑的0.90.98倍倍。 2.Major Diameter and Low Speed Agitators釜式及均相管式反應器課件一般在層流狀態(tài)下操作一般在層流狀態(tài)下操作液體將沿著螺旋面上升或下降液體將沿著螺旋面上升或下降 形成軸向循環(huán)流動，形成軸向循環(huán)流動，螺帶式攪拌器常用于高粘度液體的混合螺帶式攪拌器常用于高粘度液體的混合Features and Applications: 2.Major Diameter and Low Speed Agitators釜式及均相管式反應器課件6.5.2 Measures of

12、improving effects 1.打旋現(xiàn)象及其消除打旋現(xiàn)象及其消除 危害危害:各層液體之間幾乎各層液體之間幾乎 不發(fā)生軸向混合，不發(fā)生軸向混合，當物料為多相體系時，當物料為多相體系時， 還會發(fā)生分層或分離現(xiàn)象。還會發(fā)生分層或分離現(xiàn)象。攪拌效率下降攪拌效率下降打旋現(xiàn)象打旋現(xiàn)象釜式及均相管式反應器課件6.5.2 Measures of improving effects (1)裝設(shè)擋板裝設(shè)擋板 目的：破壞釜內(nèi)的圓周運動目的：破壞釜內(nèi)的圓周運動釜內(nèi)液面的下凹現(xiàn)象基本消失釜內(nèi)液面的下凹現(xiàn)象基本消失對軸向和徑向流動無影響對軸向和徑向流動無影響提高了混合效果提高了混合效果作用：作用：釜式及均相管式反

13、應器課件6.5.2 Measures of improving effects流 入流 入W流 入流 入流 入流 入低粘度低粘度高等粘度高等粘度中等粘度中等粘度擋板的常見安裝方式擋板的常見安裝方式釜式及均相管式反應器課件 (2)偏心安裝偏心安裝 目的：破壞循環(huán)回路的對稱性目的：破壞循環(huán)回路的對稱性6.5.2 Measures of improving effects釜式及均相管式反應器課件2.導流筒導流筒 導導流流筒筒檔檔板板導導流流筒筒檔檔板板既提高了循環(huán)流量和混合效果，既提高了循環(huán)流量和混合效果，又有助于消除短路與流動死區(qū)。又有助于消除短路與流動死區(qū)。6.5.2 Measures of i

14、mproving effects釜式及均相管式反應器課件二、間歇釜式反應器的數(shù)學模型二、間歇釜式反應器的數(shù)學模型 間歇釜式反應器中物系溫度和各組分的濃度均達到間歇釜式反應器中物系溫度和各組分的濃度均達到均一，可以對整個反應器進行物料衡算。若均一，可以對整個反應器進行物料衡算。若VR為反應物為反應物料在整個反應器中占有的體積，間歇操作則物料的流入料在整個反應器中占有的體積，間歇操作則物料的流入量及流出量均為零，此時單一反應關(guān)鍵反應組分量及流出量均為零，此時單一反應關(guān)鍵反應組分A的物的物料衡算式可寫成料衡算式可寫成 整理積分，可得整理積分，可得 該式是該式是液相單一反應達到一定轉(zhuǎn)化率所需反應時間的

15、數(shù)液相單一反應達到一定轉(zhuǎn)化率所需反應時間的數(shù)學模型學模型。0)( /dtdnVrARVA AfAfx0VAA0Ax0VAAR0ArdxcrdxVnt)()(釜式及均相管式反應器課件 若反應過程中等溫液相物料的密度變化可以不計，若反應過程中等溫液相物料的密度變化可以不計，即等容過程，則即等容過程，則 cA0及及cAf為關(guān)鍵反應組分為關(guān)鍵反應組分A初始和所要求的摩爾濃度，初始和所要求的摩爾濃度，kmol/m3。 只要已知反應動力學方程或反應速率與組分只要已知反應動力學方程或反應速率與組分A濃度濃度cA之間的變化規(guī)律，就能計算達到之間的變化規(guī)律，就能計算達到cAf所需反應時間。最所需反應時間。最基本

16、、最直接的方法是數(shù)值積分或圖解法?；尽⒆钪苯拥姆椒ㄊ菙?shù)值積分或圖解法。 dt/dcrAVA )( Af0AccVAArdct)(釜式及均相管式反應器課件圖圖3-2等溫間液相歇反應過程等溫間液相歇反應過程反應時間的圖解積分反應時間的圖解積分圖圖3-1 等溫間歇液相反應等溫間歇液相反應過程的參數(shù)積分過程的參數(shù)積分 已知動力學數(shù)據(jù)已知動力學數(shù)據(jù)1/(rA)VxA的曲線，然后求取的曲線，然后求取xA0到到xAf之間曲線下的面積即為之間曲線下的面積即為t/cA0。同時也可作。同時也可作出曲線出曲線1/(rA)VcA，然后求取，然后求取cA0到到cAf之間曲線下的之間曲線下的面積為反應時間。面積為反應時

17、間。釜式及均相管式反應器課件1.1.等溫等容液相單一反應等溫等容液相單一反應 在間歇反應器中，若進行等容液相單一不可逆反應，在間歇反應器中，若進行等容液相單一不可逆反應，反應物系的體積反應物系的體積VR不變，以零級、一級和二級不可逆反不變，以零級、一級和二級不可逆反應的本征速率方程代入應的本征速率方程代入 由于等容過程中，由于等容過程中， 在計算中采用轉(zhuǎn)化率和殘余濃度兩種形式表示反應要求。在計算中采用轉(zhuǎn)化率和殘余濃度兩種形式表示反應要求。若要求達到規(guī)定轉(zhuǎn)化率，即著眼于反應物料的利用率，若要求達到規(guī)定轉(zhuǎn)化率，即著眼于反應物料的利用率，或著眼于減輕反應后的分離任務。另一種要求是達到規(guī)或著眼于減輕反

18、應后的分離任務。另一種要求是達到規(guī)定的殘余濃度，這完全是為了適應后續(xù)工序的要求，如定的殘余濃度，這完全是為了適應后續(xù)工序的要求，如有害雜質(zhì)的除去即屬此類。有害雜質(zhì)的除去即屬此類。)x1(cV)x1(nVncAf0ARAf0ARAfAf )x1(ccA0AA Afx0AAc0A)x(fdxkct釜式及均相管式反應器課件間歇反應器中等溫等容液相單一不可逆反應的間歇反應器中等溫等容液相單一不可逆反應的動力學及積分結(jié)果動力學及積分結(jié)果 釜式及均相管式反應器課件 比較不同反應級數(shù)的殘余濃度和反應時間，可比較不同反應級數(shù)的殘余濃度和反應時間，可以發(fā)現(xiàn)：以發(fā)現(xiàn)：零級反應殘余濃度隨反應時間增加呈直線零級反應殘

19、余濃度隨反應時間增加呈直線下降，一直到反應物完全轉(zhuǎn)化為止下降，一直到反應物完全轉(zhuǎn)化為止。而。而一級反應和一級反應和二級反應的殘余濃度隨反應時間的增加而慢慢地下二級反應的殘余濃度隨反應時間的增加而慢慢地下降降。特別是。特別是二級反應，反應后期的殘余濃度變化速二級反應，反應后期的殘余濃度變化速率非常小，這意味著反應的大部分時間花費在反應率非常小，這意味著反應的大部分時間花費在反應的末期。若提高轉(zhuǎn)化率和降低殘余濃度，會使所需的末期。若提高轉(zhuǎn)化率和降低殘余濃度，會使所需的反應時間大幅度增加的反應時間大幅度增加。為了保證反應后期動力學。為了保證反應后期動力學的準確、可靠，為了要密切注意反應后期的反應機的

20、準確、可靠，為了要密切注意反應后期的反應機理是否發(fā)生變化，要重視反應過程后期動力學的研理是否發(fā)生變化，要重視反應過程后期動力學的研究。究。釜式及均相管式反應器課件 例例3-1（課本（課本79頁）頁） 課后習題課后習題3-1（課本（課本111頁）頁） 對于單一可逆反應，要考慮化學平衡，對于單一可逆反應，要考慮化學平衡，動力學方程及積分式，其中動力學方程及積分式，其中kc及及kc分別為分別為正反應及逆反應速率常數(shù)，正反應及逆反應速率常數(shù)，Kc為平衡常數(shù)，為平衡常數(shù)， kc/kc=KC 。釜式及均相管式反應器課件三、間歇釜式反應器的工程放大及操作優(yōu)化三、間歇釜式反應器的工程放大及操作優(yōu)化 由間歇反應

21、器的設(shè)計方程可得一個極為重要的由間歇反應器的設(shè)計方程可得一個極為重要的結(jié)論：結(jié)論：反應物達到一定的轉(zhuǎn)化率所需的反應時間，反應物達到一定的轉(zhuǎn)化率所需的反應時間，只取決于過程的反應速率或動力學因素，與反應器只取決于過程的反應速率或動力學因素，與反應器的大小無關(guān)的大小無關(guān)；反應器的大小是由反應物料的處理量；反應器的大小是由反應物料的處理量決定的。決定的。1. 工程放大工程放大釜式及均相管式反應器課件 實驗室用的小型反應器要做到等溫操作實驗室用的小型反應器要做到等溫操作比較容易，而大型反應器就很難做到；又如比較容易，而大型反應器就很難做到；又如實驗室反應器通過攪拌可使反應物料混合均實驗室反應器通過攪拌

22、可使反應物料混合均勻，濃度均一，而大型反應器要做到這一點勻，濃度均一，而大型反應器要做到這一點就比較困難。生產(chǎn)規(guī)模的間歇反應器的反應就比較困難。生產(chǎn)規(guī)模的間歇反應器的反應效果與實驗室反應器相比，總是有些差異。效果與實驗室反應器相比，總是有些差異。 釜式及均相管式反應器課件 間歇反應器的反應體積根據(jù)間歇反應器的反應體積根據(jù)單位時間的反應單位時間的反應物料處理體積物料處理體積Q0及操作周期來決定及操作周期來決定。Q0由生產(chǎn)任由生產(chǎn)任務確定務確定，而，而操作周期由兩部分組成操作周期由兩部分組成：一是：一是反應時反應時間間t，由式（，由式（3-4）求得；另一是）求得；另一是輔助時間輔助時間t0，其值，

23、其值只能根據(jù)實際經(jīng)驗來決定。由此可得間歇反應器只能根據(jù)實際經(jīng)驗來決定。由此可得間歇反應器的反應體積。的反應體積。 00RttQV 釜式及均相管式反應器課件 無論間歇釜式反應器中進行液相，液無論間歇釜式反應器中進行液相，液-液相或液液相或液-固相反應，反應體積固相反應，反應體積VR要比反應器的實際體積要比反應器的實際體積Vt要要小，以保證反應物料上面存有一定的空間，小，以保證反應物料上面存有一定的空間，VR與與Vt之比為填充系數(shù)之比為填充系數(shù)f，其值根據(jù)反應物料的性質(zhì)而定，其值根據(jù)反應物料的性質(zhì)而定，一般為一般為0.40.85。間歇釜式反應器中未裝填液體物。間歇釜式反應器中未裝填液體物料的空間為

24、液體物料的蒸汽所占據(jù)，即液體混合物料的空間為液體物料的蒸汽所占據(jù)，即液體混合物中各有關(guān)組分的蒸汽之和所確定，物料的反應溫度中各有關(guān)組分的蒸汽之和所確定，物料的反應溫度越高，則蒸汽壓越大，反應器應承受的總壓越高，越高，則蒸汽壓越大，反應器應承受的總壓越高，所采用的耐壓等級也越高。釜式反應器必須在密閉所采用的耐壓等級也越高。釜式反應器必須在密閉條件下操作。條件下操作。釜式及均相管式反應器課件2. 反應時間的優(yōu)化反應時間的優(yōu)化 間歇反應器每批物料的操作時間包括間歇反應器每批物料的操作時間包括反應時間反應時間和和輔助時間輔助時間，對于一定的化學反應和反應器對于一定的化學反應和反應器，輔助輔助時間是一定

25、值時間是一定值。隨著反應操作時間延長，無疑會使隨著反應操作時間延長，無疑會使產(chǎn)品的產(chǎn)量增多，但按單位操作時間計算的產(chǎn)品產(chǎn)產(chǎn)品的產(chǎn)量增多，但按單位操作時間計算的產(chǎn)品產(chǎn)量并不增加量并不增加。因此，以單位操作時間的產(chǎn)品產(chǎn)量為。因此，以單位操作時間的產(chǎn)品產(chǎn)量為目標函數(shù)，就必然存在一個最優(yōu)反應時間，此時該目標函數(shù)，就必然存在一個最優(yōu)反應時間，此時該函數(shù)值最大。函數(shù)值最大。釜式及均相管式反應器課件 對于反應對于反應 ，若要求產(chǎn)物，若要求產(chǎn)物R的濃度為的濃度為cR，則單位操作時間的產(chǎn)品產(chǎn)量則單位操作時間的產(chǎn)品產(chǎn)量PR為為 對反應時間求導，對反應時間求導， 并可由并可由 ，得，得AR0RRRttcVP 20R

26、R0RR)tt (cdtdc)tt(VdtdP 0dtdPR 0RRttCdtdC 釜式及均相管式反應器課件3. 配料比配料比 對反應對反應 ，如動力學方程為，如動力學方程為 在工業(yè)上，為了使價格較高的或在后續(xù)工序中較在工業(yè)上，為了使價格較高的或在后續(xù)工序中較難分離的組分難分離的組分A的殘余濃度盡可能低，也為了縮短的殘余濃度盡可能低，也為了縮短反應時間，反應時間，常采用反應物常采用反應物B過量的操作方法過量的操作方法。定義。定義配料比配料比 ，于是，等容液相反應過程中組分的，于是，等容液相反應過程中組分的濃度濃度 代入動力學方程代入動力學方程ABPSBAVAckc)r( /BoAomcc000

27、()(1)BBAAAAcccccmcc )1m(ckcdt/dc)r(0AAAAVA 釜式及均相管式反應器課件 積分可得積分可得 或?qū)懗苫驅(qū)懗?當要求當要求A的轉(zhuǎn)化率較高時，配料比的影響更加的轉(zhuǎn)化率較高時，配料比的影響更加明顯，提高配料比可縮短反應時間明顯，提高配料比可縮短反應時間，而需付出的代，而需付出的代價是：價是：（1）降低反應器的容積利用率；（）降低反應器的容積利用率；（2）增加）增加組分組分B的回收費用的回收費用，所以這也是一個需優(yōu)化的參數(shù)。，所以這也是一個需優(yōu)化的參數(shù)。00(1)11lnln11(1)AAAAAAmccmxc ktmmcmmx0ln1(1)ABAmxmc ktmmx

28、釜式及均相管式反應器課件 當配料比大到在反應中的消耗可以忽略時，上當配料比大到在反應中的消耗可以忽略時，上述動力學方程可寫為述動力學方程可寫為 。 此時，該二級反應可視同一級反應。即使不是此時，該二級反應可視同一級反應。即使不是很大，在反應末期也可能發(fā)生這種反應級數(shù)的轉(zhuǎn)變。很大，在反應末期也可能發(fā)生這種反應級數(shù)的轉(zhuǎn)變。例如：當例如：當cA0=1，cB0=1.3時，在反應初期，時，在反應初期，A和和B濃濃度接近，表現(xiàn)出二級反應的特征；而當?shù)霓D(zhuǎn)化率為度接近，表現(xiàn)出二級反應的特征；而當?shù)霓D(zhuǎn)化率為0.9時，時，cA0=0.1，cB0=0.4此時配料比為此時配料比為4，組分，組分B過量過量甚多，其動力學

29、特征接近一級反應。甚多，其動力學特征接近一級反應。0ABAArkc ck c釜式及均相管式反應器課件4. 反應溫度反應溫度 對于間歇釜式反應器，對于間歇釜式反應器，可以在反應時間的不同可以在反應時間的不同階段，反應物系處于不同組成時，調(diào)整反應溫度階段，反應物系處于不同組成時，調(diào)整反應溫度。一般說來，高轉(zhuǎn)化率時，反應物濃度減少，反應速一般說來，高轉(zhuǎn)化率時，反應物濃度減少，反應速率隨之減少，可以適當調(diào)高反應溫度，以促使反應率隨之減少，可以適當調(diào)高反應溫度，以促使反應速率常數(shù)增大而增加反應速率速率常數(shù)增大而增加反應速率。 但應注意，對于液相反應，液相組分的性質(zhì)隨但應注意，對于液相反應，液相組分的性質(zhì)

30、隨溫度而變，例如：溫度而變，例如：釜式及均相管式反應器課件 反應溫度提高，液相組分的蒸汽壓很快上升，甚至反應溫度提高，液相組分的蒸汽壓很快上升，甚至某一組分會達到沸點；某一組分會達到沸點；反應溫度增大，可能使某些反應組分的腐蝕性加強；反應溫度增大，可能使某些反應組分的腐蝕性加強；對于多重反應，反應溫度增高，會使某些副反應加對于多重反應，反應溫度增高，會使某些副反應加劇。劇。釜式及均相管式反應器課件第二節(jié)第二節(jié) 連續(xù)流動均相管式反應器連續(xù)流動均相管式反應器 在連續(xù)管式反應器中，在流速較大的湍流狀態(tài)在連續(xù)管式反應器中，在流速較大的湍流狀態(tài)時，雖然徑向速度分布較均勻，但在邊界層中速度時，雖然徑向速度

31、分布較均勻，但在邊界層中速度仍然因壁面的阻滯而減慢，使徑向和軸向都還存在仍然因壁面的阻滯而減慢，使徑向和軸向都還存在一定程度的混合，一定程度的混合，人們設(shè)想了一種理想流動人們設(shè)想了一種理想流動，即認，即認為物料在反應器內(nèi)具有嚴格均勻的徑向速度分布，為物料在反應器內(nèi)具有嚴格均勻的徑向速度分布，物料像活塞一樣向前流動，物料像活塞一樣向前流動，反應器內(nèi)沒有返混反應器內(nèi)沒有返混。這。這種流動稱為種流動稱為平推流平推流，亦稱，亦稱活塞流活塞流，當管式反應器的，當管式反應器的管長遠大于管徑且物系處于湍流狀態(tài)時接近于平推管長遠大于管徑且物系處于湍流狀態(tài)時接近于平推流流動，習慣用流流動，習慣用PFR，即，即P

32、lug Flow Reactor來表示。來表示。一、均相管式反應器的特征一、均相管式反應器的特征釜式及均相管式反應器課件平推流反應器具有以下特點：平推流反應器具有以下特點：在連續(xù)定態(tài)條件下操作時，反應器的徑向截面上物在連續(xù)定態(tài)條件下操作時，反應器的徑向截面上物料的各種參數(shù)，如濃度、溫度等只隨物料流動方向料的各種參數(shù)，如濃度、溫度等只隨物料流動方向變化，不隨時間而變化；變化，不隨時間而變化；由于徑向具有均勻的流速，也就是在徑向不存在濃由于徑向具有均勻的流速，也就是在徑向不存在濃度分布，反應速率隨空間位置的變化只限于軸向；度分布，反應速率隨空間位置的變化只限于軸向；由于徑向速度均勻，反應物料在反應

33、器內(nèi)具有相同由于徑向速度均勻，反應物料在反應器內(nèi)具有相同的停留時間。的停留時間。釜式及均相管式反應器課件 如果反應物系是如果反應物系是液相液相，在等溫反應過程中，無，在等溫反應過程中，無論摩爾流量有無變化，物系的密度均可視為不變，論摩爾流量有無變化，物系的密度均可視為不變，即等容過程即等容過程，定態(tài)下平均停留時間定態(tài)下平均停留時間tm可用反應器體可用反應器體積積VR與液相物系進口體積流量與液相物系進口體積流量V0之比來確定，即之比來確定，即tm=VR/V0。如果反應物系是氣相，例如低碳烴熱裂。如果反應物系是氣相，例如低碳烴熱裂解反應，由于變溫和摩爾流量不斷增加，即變?nèi)葸^解反應，由于變溫和摩爾流

34、量不斷增加，即變?nèi)葸^程，物系的體積流量沿反應器軸向長度而變，定態(tài)程，物系的體積流量沿反應器軸向長度而變，定態(tài)下平均平均停留時間不能用下平均平均停留時間不能用VR/V0來計算。來計算。釜式及均相管式反應器課件二、平推流均相管式反應器的數(shù)學模型二、平推流均相管式反應器的數(shù)學模型 根據(jù)平推流反應器的特點，應取反應器內(nèi)一微根據(jù)平推流反應器的特點，應取反應器內(nèi)一微元體積元體積dVR進行物料衡算。在微元體積內(nèi)反應物料進行物料衡算。在微元體積內(nèi)反應物料的濃度、溫度均勻一致。的濃度、溫度均勻一致。微元中單一反應物料衡算如下微元中單一反應物料衡算如下 當當VR=0時，時，xA=0，則達到一定轉(zhuǎn)化率，則達到一定轉(zhuǎn)

35、化率xAf所需的所需的反應體積為反應體積為1. 等溫平推流均相反應器等溫平推流均相反應器RVAA0A0dV)r(dxcV Afx0VAA0A0R)r(dxcVV釜式及均相管式反應器課件 進行積分時，需知道進行積分時，需知道(rA)V與與xA的函數(shù)關(guān)系。為的函數(shù)關(guān)系。為此，要此，要注意兩點注意兩點： C反應是等溫還是變溫，等溫時反應速率常數(shù)為反應是等溫還是變溫，等溫時反應速率常數(shù)為常數(shù)，變溫反應時要結(jié)合熱量衡算式建立常數(shù)，變溫反應時要結(jié)合熱量衡算式建立k與與xA的的關(guān)系；關(guān)系；C如化學計量式如化學計量式 中，對于氣相反應，過程中，對于氣相反應，過程中氣體混合物的摩爾流量和體積流量不斷地變化，中氣

36、體混合物的摩爾流量和體積流量不斷地變化，需建立反應物系體積流量需建立反應物系體積流量xA的關(guān)系。的關(guān)系。0i釜式及均相管式反應器課件 如平推流反應器內(nèi)進行等溫等容過程，其如平推流反應器內(nèi)進行等溫等容過程，其平均平均停留時間停留時間tm為為 將上式與間歇反應器中反應時間的積分式相比，將上式與間歇反應器中反應時間的積分式相比，表明兩者結(jié)果完全相同，也即表明兩者結(jié)果完全相同，也即間歇反應器中的結(jié)論間歇反應器中的結(jié)論完全適用于平推流反應器完全適用于平推流反應器。 對于等容液相過程，以反應物濃度對于等容液相過程，以反應物濃度cA與轉(zhuǎn)化率與轉(zhuǎn)化率xf的關(guān)系的關(guān)系 代入上式，可得代入上式，可得 Afx0VA

37、A0A0Rm)r(dxcVVt0(1)AAAccx000100(1)AfAfAxcAARnnncAAAdxdcVVVkcxkc釜式及均相管式反應器課件 本書第一章將空間速度的倒數(shù)定義為本書第一章將空間速度的倒數(shù)定義為標準接觸標準接觸時間時間0，0即反應體積即反應體積VR與與STP狀況下初態(tài)反應混狀況下初態(tài)反應混合物體積流量合物體積流量VS0之比之比。當反應器中有填充物，如氣。當反應器中有填充物，如氣-固相固定床催化反應器，以含有填充物間的空隙在固相固定床催化反應器，以含有填充物間的空隙在內(nèi)的反應床層體積計算內(nèi)的反應床層體積計算VR。VR與進口狀態(tài)下初態(tài)反與進口狀態(tài)下初態(tài)反應混合物流量應混合物流

38、量V0之比，稱為接觸時間之比，稱為接觸時間。教材中表。教材中表3-4中中tm與與0或或是有區(qū)別的。是有區(qū)別的。tm只適用于等溫等容反應，只適用于等溫等容反應，而而0或或通用于變溫變?nèi)莘磻驗橥ㄓ糜谧儨刈內(nèi)莘磻?，因?或或按初態(tài)流量按初態(tài)流量VS0或或V計算，計算，VS0或或V0在反應器中是一個不變值。在反應器中是一個不變值。釜式及均相管式反應器課件第三節(jié)第三節(jié) 連續(xù)流動釜式反應器連續(xù)流動釜式反應器 連續(xù)流動釜式反應器在強烈攪拌情況下可視為連續(xù)流動釜式反應器在強烈攪拌情況下可視為全混流反應器全混流反應器，反應物料連續(xù)地加入和流出反應器，反應物料連續(xù)地加入和流出反應器，不存在間歇操作中的輔助時間

39、問題。在定態(tài)操作中，不存在間歇操作中的輔助時間問題。在定態(tài)操作中，容易實現(xiàn)自動控制，操作簡單，節(jié)省人力，產(chǎn)品質(zhì)容易實現(xiàn)自動控制，操作簡單，節(jié)省人力，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，可用于產(chǎn)量大的產(chǎn)品生產(chǎn)過程。量穩(wěn)定，可用于產(chǎn)量大的產(chǎn)品生產(chǎn)過程。一、一、 連續(xù)流動釜式反應器的特征及數(shù)學模型連續(xù)流動釜式反應器的特征及數(shù)學模型釜式及均相管式反應器課件 由于強烈攪拌，由于強烈攪拌，反應器內(nèi)物料達到全釜均勻的反應器內(nèi)物料達到全釜均勻的濃度和溫度濃度和溫度。這種連續(xù)流動反應器的流動狀況稱為。這種連續(xù)流動反應器的流動狀況稱為全混流反應器全混流反應器，常用，常用CSTR表示。表示。 這種這種全混流也是一種理想化的假設(shè)全混流也是

40、一種理想化的假設(shè)，實際工業(yè)，實際工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用連續(xù)攪拌釜式反應器進行液相反應，生產(chǎn)中廣泛使用連續(xù)攪拌釜式反應器進行液相反應，只要達到足夠的攪拌強度，其流型很接近于全混流。只要達到足夠的攪拌強度，其流型很接近于全混流。 釜式及均相管式反應器課件 根據(jù)根據(jù)全混流的定義全混流的定義，進入反應器的反應物料與進入反應器的反應物料與存留于反應器中的物料達到瞬間混合存留于反應器中的物料達到瞬間混合，而且在反應而且在反應器出口處即將要流出的物料也與釜內(nèi)物料濃度相等器出口處即將要流出的物料也與釜內(nèi)物料濃度相等。 全混流反應器的特點全混流反應器的特點是是反應器中反應物料的濃反應器中反應物料的濃度處于出口狀態(tài)的

41、低濃度，而反應產(chǎn)物濃度則處于度處于出口狀態(tài)的低濃度，而反應產(chǎn)物濃度則處于出口狀態(tài)的高濃度出口狀態(tài)的高濃度。全混流反應器的反應速率由釜。全混流反應器的反應速率由釜內(nèi)的濃度和溫度所決定。內(nèi)的濃度和溫度所決定。釜式及均相管式反應器課件 根據(jù)全混流反應器的特征，可對整個反應器作物料衡算。根據(jù)全混流反應器的特征，可對整個反應器作物料衡算。定態(tài)下，反應器內(nèi)反應物料的累積量為零，定態(tài)下，反應器內(nèi)反應物料的累積量為零，V0和和cA0分別為分別為液相物料進口流量和反應組分液相物料進口流量和反應組分A的濃度，反應物料充滿整個的濃度，反應物料充滿整個反應器，其體積為反應器，其體積為VR。對關(guān)鍵反應組分對關(guān)鍵反應組分

42、A作物料衡算作物料衡算 化簡得化簡得 式中式中(rA)f表示按出口濃度計算的反應速率表示按出口濃度計算的反應速率。當反應器進口。當反應器進口 物料中已含反應產(chǎn)物，即物料中已含反應產(chǎn)物，即0000(1)()AAAfAfRV cV cxrVfAAf0AfAAf0A0R)r/(xc)r/()cc(V/V fAAf0A0R)r/(xcVV fA0AAf0A0R)r/()xx(cVV 釜式及均相管式反應器課件 如果已知反應速率如果已知反應速率rA與反應物濃度與反應物濃度cA（或轉(zhuǎn)化（或轉(zhuǎn)化率率xA）的動力學關(guān)系，可以標繪成）的動力學關(guān)系，可以標繪成1/rAcA的曲線；的曲線；全混流反應器中進行反應的接觸

43、時間為圖中的矩形全混流反應器中進行反應的接觸時間為圖中的矩形面積面積，而，而相同條件等溫平推流反應器所需接觸時間相同條件等溫平推流反應器所需接觸時間為為1/rAcA曲線下面的面積曲線下面的面積，明顯低于全混流反應器明顯低于全混流反應器。釜式及均相管式反應器課件 圖圖3-3 全混流反應器全混流反應器的圖解法的圖解法fAAf0AfAAf0A0R)r/(xc)r/()cc(V/V Afx0VAA0A0Rm)r(dxcVVt全混流全混流平推流平推流釜式及均相管式反應器課件 例例3-4 生化工程中酶反應生化工程中酶反應AR為自催化液相反應，反應速率為自催化液相反應，反應速率式式rA=kcAcB，產(chǎn)物，產(chǎn)

44、物R是過程的催化劑，因此進口原料種含有是過程的催化劑，因此進口原料種含有產(chǎn)物產(chǎn)物R，某溫度下，某溫度下k=1.512m3/(kmolmin)，采用的原料中含，采用的原料中含A 0.99kmol/m3，含，含R 0.01kmol/m3，原料的進料量為，原料的進料量為10m3/h，要求要求A的最終濃度降到的最終濃度降到0.01kmol/m3，求，求: (l)反應速率達到最大時，反應速率達到最大時，A的濃度為多少的濃度為多少? (2)采用全混流反應器時，反應器體積是多大采用全混流反應器時，反應器體積是多大? (3)采用平推流反應器時，反應器體積是多大采用平推流反應器時，反應器體積是多大? (4)為使

45、反應器體積為最小，將全混流和平推流反應器組合使為使反應器體積為最小，將全混流和平推流反應器組合使 用，組合方式如何？其最小體積為多少用，組合方式如何？其最小體積為多少?釜式及均相管式反應器課件 解：(l)要使反應速率最大，則即化簡得(2)在全混流反應器中)cc(ckcckcrA0A0RARAA /0AAdrdc 0kc2kckcAm0A0R 30R0AAmm/kmol5 . 0)cc(5 . 0c RAf0R0AAfRfAAf0A0V)ccc(kcV)r()cc(V 3AfAfAf0A0Rm91.1060)01. 01)(01. 0)(512. 1()01. 099. 0(10)c1(kc)c

46、c(VV 釜式及均相管式反應器課件 (3) 在平推流反應器中在平推流反應器中 由由cA0到到cAm和由和由cAm到到cAf是對稱的，因此是對稱的，因此 Am0AccAmAm0A0A0AAA0R)cc1)(c1cln(kV2)c1(cdckV2V3m013. 160/)5 . 05 . 01)(99. 0199. 0ln(512. 1102 釜式及均相管式反應器課件 (4) 反應器的組合形式及最小體積。反應器的組合形式及最小體積。 要使反應器體積最小，從要使反應器體積最小，從cA0到到cAm應該用全混流反應器，應該用全混流反應器，而后從而后從cAm到到cAf串聯(lián)一個平推流反應器。串聯(lián)一個平推流反

47、應器。 全混流反應器體積為全混流反應器體積為 平推流反應器體積為平推流反應器體積為 所以最小總體積所以最小總體積3AmAmAm0A01Rm216. 060)5 . 01)(5 . 0)(512. 1()5 . 099. 0(10)c1(kc)cc(VV AfAmccAfAfAmAm0AAA0R)cc1)(c1cln(kV)c1(cdckVV507. 0)01. 001. 01)(5 . 015 . 0ln()60)(512. 1(10 32R1RRm723. 0VVV 釜式及均相管式反應器課件二、多級全混釜的串聯(lián)及優(yōu)化圖圖3-4 多級串聯(lián)全混流反應器的推動力多級串聯(lián)全混流反應器的推動力1. 多

48、級全混釜的濃度特征多級全混釜的濃度特征釜式及均相管式反應器課件 平推流反應器是無返混的反應器，全混流反應平推流反應器是無返混的反應器，全混流反應器是返混最大的反應器器是返混最大的反應器。 從反應過程的推動力來比較，平推流反應器的從反應過程的推動力來比較，平推流反應器的反應推動力比全混流反應器的反應推動力大得多，反應推動力比全混流反應器的反應推動力大得多，平推流反應器的反應速率沿物料流動方向有一個由平推流反應器的反應速率沿物料流動方向有一個由高到低的變化過程高到低的變化過程，全混流反應器的反應速率始終全混流反應器的反應速率始終處于出口反應物料低濃度的低速率狀態(tài)處于出口反應物料低濃度的低速率狀態(tài)。

49、為此，為。為此，為了降低返混影響的程度，了降低返混影響的程度，提高全混流反應過程的推提高全混流反應過程的推動力，常采用多級全混流反應器串聯(lián)的措施動力，常采用多級全混流反應器串聯(lián)的措施。釜式及均相管式反應器課件 一個體積為一個體積為VR的全混流反應器改用的全混流反應器改用m個體積個體積為為VR/m的全混流反應器串聯(lián)來代替，若兩者的初始的全混流反應器串聯(lián)來代替，若兩者的初始濃度和最終濃度濃度和最終濃度 相等，則后者的平均推動力大于相等，則后者的平均推動力大于前者。當前者。當只用一個全混流反應器時，整個反應器中只用一個全混流反應器時，整個反應器中反應物濃度均為反應物濃度均為cAf，反應過程的平均推動

50、力比例于，反應過程的平均推動力比例于濃度濃度cAf與平衡濃度與平衡濃度 之間的矩形面積之間的矩形面積；AcAc釜式及均相管式反應器課件 若采用多級串聯(lián)，各級全混流反應器中的濃度若采用多級串聯(lián)，各級全混流反應器中的濃度分別是分別是cA1、cA2、cA3、cAf，除最后一級外，其余各，除最后一級外，其余各級都在高于單級操作時的濃度下進行，因此平均推級都在高于單級操作時的濃度下進行，因此平均推動力提高。級數(shù)越多，過程就越接近平推流反應器動力提高。級數(shù)越多，過程就越接近平推流反應器。從圖還可看出，從圖還可看出，對多級全混釜，每一級內(nèi)濃度是均對多級全混釜，每一級內(nèi)濃度是均勻的，等于該級的出口濃度，而各級

51、之間濃度是不勻的，等于該級的出口濃度，而各級之間濃度是不同的。同的。釜式及均相管式反應器課件2. 多級全混釜串聯(lián)的計算多級全混釜串聯(lián)的計算解析計算解析計算 多級全混釜的串聯(lián)操作如圖多級全混釜的串聯(lián)操作如圖3-5所示。設(shè)所示。設(shè)各釜都在定態(tài)的同一等溫條件下操作各釜都在定態(tài)的同一等溫條件下操作，反應過程中反應過程中物料的體積不發(fā)生變化物料的體積不發(fā)生變化，以，以VR1、VR2、VRm；cA1、cA2、cAm及及xA1、xA2、xAm分別表示各分別表示各釜的反應體積、反應物釜的反應體積、反應物A的濃度及轉(zhuǎn)化率的濃度及轉(zhuǎn)化率圖圖3-4 多級串聯(lián)全混流反應器示意圖多級串聯(lián)全混流反應器示意圖xA1xA2x

52、Ai-1xAixAm釜式及均相管式反應器課件 式中式中(rA)i表示按第表示按第i級出口組分級出口組分A的濃度計算的的濃度計算的反應速率。只要反應的動力學關(guān)系已知，利用上式反應速率。只要反應的動力學關(guān)系已知，利用上式可以計算各釜的反應體積。對于一定的原料、給定可以計算各釜的反應體積。對于一定的原料、給定各釜的反應體積和規(guī)定的最終轉(zhuǎn)化率，可確定各釜各釜的反應體積和規(guī)定的最終轉(zhuǎn)化率，可確定各釜的出口轉(zhuǎn)化率和反應器的個數(shù)。的出口轉(zhuǎn)化率和反應器的個數(shù)。001()()AAiAiA iRiV cxxrV任一釜任一釜i中的關(guān)鍵組分中的關(guān)鍵組分A的反應速率可表示為的反應速率可表示為iAAi1Ai0Ri)r()

53、cc(VV 或釜式及均相管式反應器課件 對于一級不可逆等容單一反應，由物料衡算可對于一級不可逆等容單一反應，由物料衡算可以直接建立級數(shù)和最終轉(zhuǎn)化率的關(guān)系式，而不必逐以直接建立級數(shù)和最終轉(zhuǎn)化率的關(guān)系式，而不必逐釜計算，就可求出反應器的串聯(lián)個數(shù)和反應體積。釜計算，就可求出反應器的串聯(lián)個數(shù)和反應體積。根據(jù)根據(jù)接觸時間的定義接觸時間的定義 ， 而而 ，則：，則： 即即0RiiVV AiiAkc)r( AiAi1AiiiAAi1Ai0RiccckrccVV i1AiAik11cc 釜式及均相管式反應器課件 設(shè)設(shè)1、2、m分別為第分別為第l、2、m級的級的接觸時間，對各釜可分別寫出接觸時間，對各釜可分別寫

54、出 ， , 將以上各式相乘，得將以上各式相乘，得 由于最終轉(zhuǎn)化率由于最終轉(zhuǎn)化率 ，故，故10A1Ak11cc 111AmAmmcck m1ii0AAm)k11(cc 0AAmAmcc1x m1iiAm)k11(1x 釜式及均相管式反應器課件 當串聯(lián)級數(shù)（當串聯(lián)級數(shù)（m）及各級反應體積（）及各級反應體積（ ）已定時，由上式可直接求出所能達到的最終轉(zhuǎn)化率。已定時，由上式可直接求出所能達到的最終轉(zhuǎn)化率。 當各級反應體積已定時，也可求出達到最終反應率當各級反應體積已定時，也可求出達到最終反應率所需的級數(shù)。所需的級數(shù)。 工業(yè)生產(chǎn)上，多級全混釜串聯(lián)時，常采用相等工業(yè)生產(chǎn)上，多級全混釜串聯(lián)時，常采用相等的各

55、級體積，以便設(shè)備制造。此時的各級體積，以便設(shè)備制造。此時1=2=m=，上式便成為上式便成為 或或mAm)11(1kx 1)(1111/mAm xk 0RiiVV 反應釜級數(shù)越多，最終轉(zhuǎn)化率越高；處理量一定時，反應釜體積反應釜級數(shù)越多，最終轉(zhuǎn)化率越高；處理量一定時，反應釜體積越大，最終轉(zhuǎn)化率也越高。越大，最終轉(zhuǎn)化率也越高。釜式及均相管式反應器課件 反應系統(tǒng)的總體積反應系統(tǒng)的總體積 1)(111/mAm xkmVmVmVV00RiR 釜式及均相管式反應器課件 圖解計算圖解計算 對于對于非一級反應非一級反應，采用解析法計算各級，采用解析法計算各級濃度是比較麻煩的，當已知反應速率和初濃度時，濃度是比較

56、麻煩的，當已知反應速率和初濃度時，可用圖解法。可用圖解法。 iAii1AiiAiAAi1Ai0RiccrrccVV )()()(在在rAcA圖上為一直線，圖上為一直線，其斜率為其斜率為i1 nAiiAkcr 兩線交點的橫坐標兩線交點的橫坐標就是所求的就是所求的cAi值值釜式及均相管式反應器課件 F由于各級全混釜由于各級全混釜i相等，從相等，從cA1作作cA0A1的平行線的平行線cA1A2，與，與OM曲線交曲線交于于A2點，點，A2點的橫坐標點的橫坐標cA2為第二級為第二級的出口濃度。如此下去，當最終濃的出口濃度。如此下去，當最終濃度等于或略超過規(guī)定出口濃度時，度等于或略超過規(guī)定出口濃度時，所作

57、平行線的根數(shù)就是反應器的級所作平行線的根數(shù)就是反應器的級數(shù)。數(shù)。 若各級全混釜的溫度相等，體積也相同，作圖法若各級全混釜的溫度相等，體積也相同，作圖法求解的步驟如下。求解的步驟如下。F在在rAcA圖上標出動力學曲線，如圖中的圖上標出動力學曲線，如圖中的OM曲線曲線F以初始濃度以初始濃度cA0為起點，從為起點，從cA0作斜率為作斜率為 的直線與的直線與OM線交線交 于于Al，其橫座標，其橫座標cA1就是第一級出口濃度。就是第一級出口濃度。i1 釜式及均相管式反應器課件 如果各級的反應溫度不相同如果各級的反應溫度不相同，需作，需作出不同溫度下的動力學曲線，按上法求出不同溫度下的動力學曲線，按上法求

58、出物料衡算線與動力學曲線的交點，即出物料衡算線與動力學曲線的交點，即各級的出口濃度。各級的出口濃度。如果各級體積不相同如果各級體積不相同，各條直線的斜率就不相等，各組物料衡各條直線的斜率就不相等，各組物料衡算線不平行，用上述方法仍可求出各釜算線不平行，用上述方法仍可求出各釜的出口濃度。的出口濃度。釜式及均相管式反應器課件3. 多級全混釜串聯(lián)的優(yōu)化多級全混釜串聯(lián)的優(yōu)化 一般說來，物料處理量、進料組成及最一般說來，物料處理量、進料組成及最終轉(zhuǎn)化率是設(shè)計反應器前根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的工終轉(zhuǎn)化率是設(shè)計反應器前根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的工藝而規(guī)定的，當級數(shù)也確定后，希望合理分藝而規(guī)定的，當級數(shù)也確定后，希望合理分配各級轉(zhuǎn)化

59、率，使所需反應總體積最小。這配各級轉(zhuǎn)化率，使所需反應總體積最小。這就是各級轉(zhuǎn)化率的最佳分配問題。就是各級轉(zhuǎn)化率的最佳分配問題。 釜式及均相管式反應器課件 現(xiàn)討論一級不可逆等容單一反應的情況，現(xiàn)討論一級不可逆等容單一反應的情況，m個個全混釜，各級溫度相同，由式全混釜，各級溫度相同，由式(3-32)可計算所需的可計算所需的反應總體積反應總體積 為使為使VR最小，可將上式分別對最小，可將上式分別對xA1、xA2、xAm-1求偏導數(shù)，則求偏導數(shù)，則 (i=1，2，m-1) m1iAm1AmAm2A1A2A1A0A1A0RiRx1xxx1xxx1xxkVVV)(012111(1)1AiRAiAiAiVx

60、Vxkxx釜式及均相管式反應器課件 使使VR最小必須滿足最小必須滿足 ， 即即 (i=1，2，m-1) 化簡得化簡得 0 x/VAiR 1Ai2Ai1Aix11)x1(x1 1AiAi1AiAi1AiAix1xxx1xx )x1(k)xx(V)x1(k)xx(V1AiAi1Ai0Ai1AiAi0 1RiRiVV 釜式及均相管式反應器課件 對對一級不可逆等容單一反應一級不可逆等容單一反應，各級反應釜的溫各級反應釜的溫度均相同，采用多級全混釜串聯(lián)時，要保證總的反度均相同，采用多級全混釜串聯(lián)時，要保證總的反應體積最小，必需的條件是各釜的反應體積相等應體積最小，必需的條件是各釜的反應體積相等。對于其他