工程裝備專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯：半連續(xù)反應(yīng)器

1、工程裝備專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯：半連續(xù)反響器 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯學(xué)生姓名:學(xué) 號(hào):0964134112專(zhuān) 業(yè):過(guò)程裝備與控制工程班 級(jí):裝備09-1 班指導(dǎo)教師: 不同的行為批次和半連續(xù)反響器的兩個(gè)化學(xué)反響的比擬研究M.D. Graua,1, J.M. Nougués b,2, L. Puigjaner b,*,2a礦業(yè)及天然資源工程系,曼雷沙大學(xué),加泰羅尼亞理工大學(xué),AV.西班牙曼雷沙61-73基地,08240b巴塞羅那工業(yè)工程學(xué)院,加泰羅尼亞理工大學(xué)化學(xué)工程系,AV.西班牙巴塞羅那,對(duì)角線647,08028.2001年10月收到,2002年2月19日發(fā)表摘要:基于

2、不同的行為的兩個(gè)反響,批處理和半間歇反響器性能之間的比擬研究已經(jīng)進(jìn)行了在玻璃夾套設(shè)置與測(cè)量5升的反響器中,數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。所選擇的反響是酸 - 堿反響(乙酸乙酯皂化反響),和一個(gè)具有高的反響熱(硫代硫酸鈉,過(guò)氧化反響)的氧化 - 復(fù)原反響。甲第一差值的方法中,用于建立的動(dòng)力學(xué)方程。對(duì)于使用的酸 - 堿反響的等溫方法,根據(jù)該溶液的電導(dǎo)率,用于氧化反響的溫度的測(cè)量的根底上使用的絕熱方法。 此工作的重點(diǎn)在于得到的物種的濃度,在反響器中,通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量與不同的傳感器(pH,溫度,等)所需要的值,以得到的濃度分布。對(duì)于酸 - 堿反響,它可以轉(zhuǎn)換成濃度值的反響溶液的pH值測(cè)量。在氧化反響的情況下,通過(guò)測(cè)

3、量唯一的反響器的溫度為絕熱的批處理模式下的操作,和在半間歇法的操作模式通過(guò)仿真得到的濃度分布。以前被驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)獲得的溫度分布的數(shù)學(xué)模型。關(guān)鍵詞:批處理和半間歇反響器 ;模型 ;反響動(dòng)力學(xué)命名法a:化學(xué)計(jì)量系數(shù)反響物AAi:內(nèi)傳熱面積(米2)A0:以外的傳熱面積(米2)B:反響物B的化學(xué)計(jì)量系數(shù)cA :反響物的濃度(NaOH或H 2 O 2)(千摩爾米-3)cA0:初始反響物的濃度甲(千摩爾米-3)cA1:初始反響物的濃度在坦克(千摩爾米-3)cB:反響物B的濃度(千摩爾米-3)cB0:反響物B的初始濃度(千摩爾米-3)cB1:罐中反響物B的初始濃度(千摩爾米-3)cP:濃度的產(chǎn)品(千摩爾米-3)

4、CJ:護(hù)套的流體的熱容量(千焦耳千克-1 K -1)CP:的反響物的熱容量(千焦耳千克-1 K -1)CM:的壁的熱容量(千焦耳千克-1 K -1)Ea:活化能(千焦耳千摩爾-1)FW:護(hù)套的流體流(米3 s-1 )F0: 添加流量(米3 s-1 )hi:內(nèi)部傳熱系數(shù)(千焦耳-1 米 -2 K -1)h0:外面的傳熱系數(shù)(千焦耳-1 米 -2 K -1)?Hr:反響熱(千焦耳千摩爾-1)k:速率常數(shù)(M 3 千摩爾 -1 S -1)k0:具體的速率常數(shù)(M 3 千摩爾 -1 S -1)Qr:熱生成(千焦耳-1)QJ:外面的熱傳輸率(千焦耳-1)QM:內(nèi)部的熱傳輸率(千焦耳-1)r:反響率(千摩

5、爾米-3 s -1)R:氣體常數(shù)(千焦耳 千摩爾-1 K -1)t:時(shí)間(s)T:反響器的溫度(K)TJ :夾套溫度(K)TM :壁溫度(K)Tad :溫度的H 2 O2增值(K)TJ0 :內(nèi)外套流體溫度(K)Tset :設(shè)定點(diǎn)溫度(K)T0 :在絕熱的實(shí)驗(yàn)中的初始溫度(K)?Tad:增量的絕熱溫度(K)V:反響物料的體積(米3)VJ:夾克體積(米3)VM :壁體積(米3)x:轉(zhuǎn)換率希臘字母 反響質(zhì)量密度(公斤米-3)J 夾克流體密度(公斤米-3)M 密度墻(公斤米-3)1、介紹 批處理過(guò)程的非凡的靈活性,是眾所周知的。批生產(chǎn)過(guò)程中使用的特種化學(xué)品,聚合物和生物技術(shù)領(lǐng)域。批處理過(guò)程,通常采用獲

6、得具有高附加價(jià)值的產(chǎn)品。他們強(qiáng)烈受化學(xué)的反響,這可能是復(fù)雜的,并與動(dòng)力學(xué)知之甚少。的化學(xué)反響的動(dòng)力學(xué)分析經(jīng)常發(fā)生在一個(gè)均勻的液體相的等溫條件下(Levenspiel 1 )。這是的皂化反響的情況下,因?yàn)樗悄軌蛉菀椎乜刂品错懫鞯臏囟?。還有一些情況下,它是比擬適宜的非等溫方法的,評(píng)估反響速率模型和動(dòng)力學(xué)參數(shù)的應(yīng)用。這是使用批處理系統(tǒng)的絕熱實(shí)驗(yàn)獲得的溫度分布,從簡(jiǎn)單的和復(fù)雜的系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型和參數(shù)可以應(yīng)用的熱平衡后,提取涉及溫度與轉(zhuǎn)換(Stoessel2 )的情況下。這是氧化反響的情況下,是不可能的,因?yàn)樗员３趾愣ǖ姆错懫鞯臏囟?。?duì)絕熱反響器的研究已經(jīng)報(bào)道幾個(gè)作者用硫代硫酸鈉-過(guò)氧化反響。例如,

7、根和Schmitz和Vetjasa和Schmitz4研究了在間歇式反響器中的反響,并使用為研究穩(wěn)態(tài)多重在回路反響器和攪拌釜反響器(CSTR)中分別得到的數(shù)據(jù)。張和Schmitz 5進(jìn)行了類(lèi)似的工作。Guha 6 等人的研究報(bào)告中也有絕熱CSTR的瞬態(tài)行為。 在這項(xiàng)工作中,從數(shù)據(jù)中獲得的一系列運(yùn)行,其中的初始試劑濃度保持恒定,測(cè)量初始溫度是變化的,可以推導(dǎo)出的動(dòng)力學(xué)方程。使用的方法是相似的Cohen和Spencer 7 。 批處理和半間歇反響器中的熱行為已調(diào)查由Rafalimanana8等,Kiparissides和Shah9和Rotstein和Lewin10 ,但反響物和產(chǎn)物的濃度的演變沒(méi)有調(diào)

8、查,這是非常重要的是要優(yōu)化運(yùn)行性能,因?yàn)樗呀?jīng)指出,Hugo11 等人。 在這項(xiàng)工作中,為酸 - 堿反響,在反響器中存在的物種原位濃度通過(guò)測(cè)量溶液的pH值來(lái)確定。對(duì)于氧化復(fù)原反響,反響的電壓分布實(shí)驗(yàn)得到,但其轉(zhuǎn)換成濃度分布被認(rèn)為是非常困難的。在這種情況下,濃度分布是通過(guò)模擬獲得的。的動(dòng)態(tài)的數(shù)學(xué)模型,預(yù)測(cè)的熱行為的間歇式反響器,并在反響過(guò)程中反響物和產(chǎn)物的濃度的演變。對(duì)于該反響中,它有可能以獲得實(shí)驗(yàn)的濃度分布,僅在絕熱操作的箱子。在這種模式的操作中,它是通過(guò)只測(cè)量反響溫度可能遵循的濃度演化。 為酸-堿反響的(低反響熱),其中反響器的溫度將保持控制,兩種操作模式(分批或半間歇)是可能的。在硫代硫酸

9、鹽反響(非常的放熱反響)的情況下,溫度控制是唯一可行的半間歇反響器中。在這種情況下,當(dāng)一組點(diǎn)被選擇的反響物料的溫度,也可以通過(guò)操縱一種反響物的進(jìn)料速率,入口夾套溫度保持在一個(gè)前綴的值來(lái)控制反響。因此,這種操作模式可以被使用,以控制反響,并且,它是特別有用的高度放熱的過(guò)程,其中,平安是一個(gè)主要問(wèn)題。從這個(gè)意義上說(shuō),的的作品Steensma和Westertep12和Stoessel2是非常相關(guān)的。Hugo和Steinbach13補(bǔ)料批式反響器和連續(xù)攪拌釜式反響器平安之間的比擬研究。 紙張主要作用域從pH值和溫度數(shù)據(jù)的濃度分布的模擬,然后預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)的控制行為。因此,一個(gè)關(guān)鍵的奉獻(xiàn),目前的工作重點(diǎn)是在兩

10、個(gè)均相反響的行為的比擬研究,批次和半連續(xù)反響器中進(jìn)行。這些反響可再現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)得到的,使用的傳感器的pH,溫度或潛在的,大量的數(shù)據(jù),以便獲得適當(dāng)?shù)男畔?用來(lái)比擬的批次和半間歇反響器中的操作模式的行為。一般,該比擬是僅使用溫度測(cè)量。這項(xiàng)工作給特殊的重要性,得到的濃度分布(通過(guò)pH值或溫度的實(shí)驗(yàn)性的措施),顯示出更好的兩種操作模式之間的不同行為。在這種方式中,該研究導(dǎo)致一種推論批處理的方式來(lái)控制和半間歇反響器。 此外,使用簡(jiǎn)單的反響已被特別選擇,因?yàn)?即使在開(kāi)展的動(dòng)能表達(dá)式,使用的方法是不同的,使得可以比擬的等溫反響器中和一個(gè)絕熱反響器的行為。利益的工作還包括在比擬兩個(gè)非常不同的反響速度和熱行為反響。

11、2、數(shù)學(xué)模型在一般的方式,考慮這兩個(gè)反響可以表示為:aA + bBcC + dD其中的一個(gè)a,b,c,和d是不同的對(duì)于每個(gè)反響:CH3COOCH2CH3 + NaOH CH3COONa + CH3CH2OHNa2S2O3 + 2H2O2 Na2S3O6 + Na2SO4 + 2H2O將反響率被假定為成比例的反響物A和B的濃度的第一順序,和溶液的密度是恒定的:r kcAcB(1) 其中 ,k 是一個(gè)函數(shù),所述的溫度的Arrhenius表達(dá)式:k k0 e?Ea/RT+273 (2)兩種方法可以通過(guò)以下方式獲得的動(dòng)力學(xué)參數(shù) k 0 和 E a。得到的溶液在不同溫度下的電導(dǎo)率的檔案。因此,一組在不同

12、溫度下的k值 可以以下方式獲得的,然后通過(guò)繪制lnk對(duì)1 / T 式中的對(duì)數(shù)表達(dá) Eq(2) ,k 0和Ea值可以很容易地獲得: (3)2.2.(直接法)考慮到能量平衡方程完全是被稱為反響物料,獲得以下表達(dá)式: (4)(4)給出了在每一時(shí)刻的速率常數(shù): (5)導(dǎo)數(shù)d T / d t 可以計(jì)算從所記錄的溫度-時(shí)間曲線。然后時(shí),ln k被計(jì)算,使用從Ea得到的值(5) 。下面的過(guò)程是類(lèi)似的等溫方法。 批處理和半間歇反響器的動(dòng)態(tài)行為可以被描述由一組微分方程套?壁和夾克內(nèi)的循環(huán)流體的能量平衡的反響混合物中,產(chǎn)生的質(zhì)量和能量平衡。批式反響器的整體質(zhì)量平衡:(6) (7)半間歇反響器的整體質(zhì)量平衡: (8

13、)(9)間歇式反響器的組件的質(zhì)量平衡:(10) (11)半間歇反響器中的組件的質(zhì)量平衡: (12) (13) 對(duì)于pH值的酸 - 堿反響,轉(zhuǎn)化濃度分布不同操作模式的研究需要不同的表達(dá)式。如果A代表NaOH和乙乙酸乙酯,唯一的奉獻(xiàn)對(duì)pH值的NaOH的存在是由于,因?yàn)橐宜徕c的奉獻(xiàn)可以忽略不計(jì)。在這些條件下:POH ?log cA(14)不然cA 10pH?14 (15)否那么為間歇式反響器中,濃度可以表示為:cA cA01x (16)從式(15)和 (16) : (17)半間歇反響器中時(shí),被認(rèn)為是,試劑A的添加效果,必須考慮該混合物的初始濃度在參加時(shí)間:(18)和 (19)當(dāng)饋送的NaOH停止反響

14、器中在批處理模式下操作,并建模方程是前面所指出的那些。用于氧化反響和絕熱的間歇式反響器中,從(4)和(10)得到:(20)通過(guò)集成這個(gè)方程,得到下面的表達(dá)式:(21)的差異之間的初始溫度和最終溫度,當(dāng)轉(zhuǎn)換是 x 1時(shí),被定義為 T ad: (22)公式(21)可以改寫(xiě)為: (23)使用表達(dá)式(23),可以得到具有不同的反響物和產(chǎn)物的濃度。批式反響器的能量平衡: (24)半間歇反響器的能量平衡: (25)批次和半間歇反響器外壁的能量平衡:(26)通過(guò)QM hiAiTTM (27)和Q0 h0A0TMTJ(28)夾克液的批次和半間歇反響器的能量平衡:(29)護(hù)套的流體的行為,已被認(rèn)為是一個(gè)完美的混

15、合,因?yàn)樗怯蒐uyben 14所示。3、工廠介紹 在中試規(guī)模的反響器中(圖1)中,pH值,電導(dǎo)率,電壓和溫度的已獲得的實(shí)驗(yàn)措施。它由一個(gè)5升玻璃夾套反響器中,設(shè)置有一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于GPIB總線和PC軟件。 圖1 試驗(yàn)工廠。 在夾套中循環(huán)的流體的流率可以前綴或通過(guò)差開(kāi)閉閥控制,提供一種替代的加熱-冷卻流體(熱水或冷水),表1中表示的不同模式的狀態(tài)的閥門(mén)操作。表1中 閥門(mén)閥門(mén)行動(dòng)IaII bIIIcV1反響A入口XX(*)V2反響B(tài)入口XV3護(hù)套流體入口XXV4護(hù)套流體出口XXV5產(chǎn)品出口Xa 反響器進(jìn)行充電。b僅在半間歇模式的的反響開(kāi)展(*)。c 清空的反響器(當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí))。所有實(shí)際可用

16、的模擬輸入和輸出,以及所有的虛擬通道自動(dòng)監(jiān)視和存儲(chǔ)過(guò)程值。它也能夠得到上線,被配置在顯示畫(huà)面上的曲線。4、實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展 在不同的條件下進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn),得到的動(dòng)能表達(dá)式為每個(gè)反響和批處理模式下的操作。×10-5 2m/s。在反響器中的所選擇的設(shè)定點(diǎn)溫度為308 K,而反響物的體積一個(gè)用混合1.3升反響物B2.7升,反響的質(zhì)量得到4升。反響物A是NaOH在皂化反響和H 2 O2的氧化反響中。實(shí)驗(yàn)1和2對(duì)應(yīng)于在批處理的皂化反響和半間歇操作模式分別和實(shí)驗(yàn)3和4對(duì)應(yīng)于分別批處理和半間歇操作模式中的氧化反響,表2中表示的操作條件。皂化實(shí)驗(yàn)中所用的反響物的體積為在類(lèi)似條件下進(jìn)行氧化反響的實(shí)驗(yàn)。在這些

17、條件下,在反響器中的初始濃度而稀釋。用于該反響的硫代硫酸鹽和過(guò)氧化氫,幾個(gè)實(shí)驗(yàn)(Szeifert 15 等人)使用更集中的解決方案,其比率為cBO/ cAO 2/3。實(shí)驗(yàn)5和6分別為這些條件的例子(表3)。的反響物的初始濃度分別為在表中所標(biāo)明的一半,因?yàn)橐袅康膬蓚€(gè)解決方案的時(shí)間是相同的。這些實(shí)驗(yàn)被用來(lái)驗(yàn)證的數(shù)學(xué)模型,在FORTRAN 77語(yǔ)言編寫(xiě)的軟件模塊來(lái)實(shí)施。實(shí)驗(yàn)7和8與試驗(yàn)5中的相類(lèi)似的條件進(jìn)行,但引入的設(shè)定點(diǎn)溫度在313 K。表2操作條件,實(shí)驗(yàn)1-4皂化反響氧化反響實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)4FO(m2s-1)-7.4×10-7-8.9×10-7表 3 操作條件,實(shí)驗(yàn)5

18、-8T(K)Tset(K)TJO(K)cA(M)cB(M)Fo(米2秒-1 )×10-6×10-6×10-×10-65、結(jié)果與討論×10 11 m3 kmol-1 s -1,和9156 K為氧化反響前。 用來(lái)比擬的間歇和半間歇操作模式的行為,的溫度曲線示于圖2為兩種反響。對(duì)于皂化反響,初始斜率和過(guò)沖,在批處理模式下,半連續(xù)模式相比更為明顯。對(duì)于氧化反響,這種差異是更重要的。在批處理模式下,這是不可能以控制溫度的演化。出于這個(gè)原因,該反響將不能在此操作模式下研究了這項(xiàng)工作。說(shuō),在皂化反響的護(hù)套流體最初熱水(表2),這一點(diǎn)很重要

19、的,因?yàn)榉错憻崾欠浅５偷?如果外套流體本來(lái)冷水,將有沒(méi)有可以看到溫度上升。 圖(2) 溫度分布的實(shí)驗(yàn)1-4。 為了后續(xù)的反響物的濃度的演化,為saponifaction反響,測(cè)定其pH。使用(14),(15),(16),(17),(18)和(19),它是可以轉(zhuǎn)換成濃度公司的pH曲線。批次和半間歇反響器的反響混合物中示出圖的相應(yīng)濃度的演變。圖3 和圖 。4,分別為。A的進(jìn)給停止后1800秒時(shí)的化學(xué)計(jì)量的輸入值被到達(dá)。這是可以看到的NaOH增值(C A )在反響混合物中的積累。一旦到達(dá)最大數(shù)后,反響演化的間歇式反響器中的類(lèi)似。相同的初始條件下,進(jìn)行了模擬,基于質(zhì)量平衡方程(6),(7),(8),(

20、9),(10),(11),(12)和(13),因?yàn)樗硎驹谝郧暗墓ぷ髦?Grau和Puigjaner的17)。 圖3 實(shí)驗(yàn)的間歇式反響器(皂化反響,實(shí)驗(yàn)1)的濃度分布。 圖4, 實(shí)驗(yàn)的濃度分布的半間歇反響器(皂化反響,實(shí)驗(yàn)2)。 使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用于氧化反響的濃度分布,得到僅用于絕熱的運(yùn)作模式。使用公式。(23)得到的轉(zhuǎn)化率在每一時(shí)刻。上表示它的反響組分的濃度分布圖.5。用實(shí)驗(yàn)的溫度分布與濃度值的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。的濃度分布的半間歇法的操作模式,通過(guò)模擬獲得的。以前的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的溫度分布圖。圖.6展示出了良好的工作更濃縮的反響物和保持比CBO/ CAO 2/3的試驗(yàn)6的實(shí)驗(yàn)和模擬的溫

21、度之間的協(xié)議。已經(jīng)通過(guò)仿真驗(yàn)證的數(shù)學(xué)模型,它是可能的,得到的濃度分布。這是非常有趣的過(guò)氧化物被添加(圖7)來(lái)觀察的積累。480秒后的H 2 O2被消耗和的Na 2 S 2 O 3和產(chǎn)品的濃度分別為0.1和0.15 M。圖5,實(shí)驗(yàn)和模擬的濃度分布氧化反響(絕熱模) 圖6, 實(shí)驗(yàn)和模擬溫度曲線實(shí)驗(yàn)6 圖7, 模擬用于氧化反響(半間歇反響器)中的濃度分布。 圖8, 溫度分布與設(shè)定點(diǎn)的溫度進(jìn)行氧化反響。 實(shí)驗(yàn)5和6進(jìn)行沒(méi)有護(hù)套流體的變化,并且在不控制反響器的溫度的情況下。當(dāng)設(shè)定點(diǎn)溫度是固定的(在313 K)是不可能的,以控制反響溫度,在這些操作條件下(實(shí)驗(yàn)7和8)中,僅通過(guò)夾套流體(圖8)通過(guò)加熱去除

22、,因?yàn)樽o(hù)套是不能夠以除去反響熱。 對(duì)于相同的操作條件(半間歇反響器)中進(jìn)行了詳盡的研究,硫代硫酸鹽和過(guò)氧化氫之間的反響中的前一工作(Grau等人18 )。使用的一種優(yōu)化方法,來(lái)獲取最優(yōu)的溫度分布,利用作為變量的過(guò)氧化物的添加流量。6、結(jié)論 半間歇反響器操作的酸 - 堿低放熱反響,隨后由pH值的測(cè)量和非常放熱的氧化反響相比,間歇式反響器的操作已被。獲得的結(jié)果說(shuō)明,用于皂化反響,它是可能操作的反響器中,這兩種操作模式(批處理和半間歇)。在氧化反響的情況下,這是不可能的,以控制反響溫度在批處理模式下,僅非常稀釋的濃度時(shí),也能夠在半間歇模式下操作,通過(guò)控制反響溫度與護(hù)套流體。在這種情況下,當(dāng)反響物較為

23、集中,過(guò)氧化物的參加流量為高,這是要使用另一個(gè)參數(shù),以控制反響溫度:過(guò)氧化物的添加流量,因?yàn)樵跓醾鬏斒侨狈σ砸猿ギa(chǎn)生的熱量的的反響。在所有情況下,實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明,通過(guò)仿真得到的結(jié)果吻合良好。 濃度分布,得到兩個(gè)反響,使用不同的技術(shù)。對(duì)于皂化反響的濃度隨時(shí)間演變的不同組成局部已經(jīng)通過(guò)以下方式獲得的溶液的pH值的實(shí)驗(yàn)措施的裝置。在氧化反響的情況下,只有為絕熱的操作模式已經(jīng)能夠得到使用實(shí)驗(yàn)的溫度曲線的濃度分布。與模擬結(jié)果已獲得一個(gè)很好的協(xié)議,使得有可能開(kāi)發(fā)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證。的濃度分布的知識(shí)是非常有趣的理解的反響行為。介紹的方法提供了一個(gè)有用的方法批次和半連續(xù)反響器的操作和控制,在工業(yè)實(shí)踐中很容易實(shí)

24、現(xiàn)。致謝財(cái)政支持收到CICYT的令人欣慰的成認(rèn),(工程QUI99 1091)。參考文獻(xiàn)1O. Levenspiel,化學(xué)反響器工程,威利,紐約,1999年.2F. Stoessel,設(shè)計(jì)termally平安的半間歇反響器,化學(xué)工程.編.91(1995)46.4S.A Vetjasa,R.A Schmitz 在絕熱穩(wěn)定狀態(tài)的多樣性和穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)研究攪拌反響器 AICHE J.,16(1970)410頁(yè).5M. Chang, R.A. Schmitz 在攪拌反響器的振蕩狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)研究化學(xué)科學(xué)工程。,30(1975)21頁(yè).6B.K. Guha,G Narsimhan,J.B. Agnew 瞬態(tài)行為

25、的絕熱連續(xù)流攪拌釜式反響器的實(shí)驗(yàn)研究工業(yè)工程?；瘜W(xué)過(guò)程.德.開(kāi)發(fā),14(1975)146頁(yè).7W.C. Cohen,J.L. Spencer由量熱法測(cè)定化學(xué)動(dòng)力學(xué)化學(xué)工程.PROG.,58(1962),40頁(yè).8A. Rafalimanana M. Cabassud M.V. Le Lann, G. Casamatta,CASAMATTA和靈活的半批中試裝置反響器的自適應(yīng)控制 COMPUT.化學(xué),(1992),6,837頁(yè).9C. Kiparissides,S.L. Shah,自我調(diào)整和穩(wěn)定自適應(yīng)控制的間歇聚合反響器 自動(dòng)化,(1983),19,225頁(yè)。10GE Rotstein,D.R.

26、Lewin 一個(gè)不穩(wěn)定的間歇化學(xué)反響器的控制COMPUT.化學(xué)(1992年),16,27頁(yè).11P Hugo,F Stoessel,J Steinbach 在攪拌罐反響器中的最高溫度在一個(gè)擊穿的冷卻的情況下的計(jì)算化學(xué)工程,(1988),43,2147頁(yè).12M.Steensma,KR Westertep termally冷卻的半間歇式反響器中的平安操作。慢的液 - 液反響 化學(xué)工程.,43(1988),2125頁(yè).13P Hugo,J A Steinbach比擬平安操作的限制的SBR和一個(gè)CSTR 化學(xué)工程,41(1986),頁(yè)108114WL Luyben,化學(xué)工程師,McGraw-Hill

27、,美國(guó),1990年的過(guò)程建模仿真與控制15F Szeifert,L Nagy,T Chován 過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性和補(bǔ)料分批反響器的溫度控制COMPUT?；瘜W(xué),19(1)(1995年),S447頁(yè).16M I Ortiz,A?Romero,A Irabien積分從程序升溫反響數(shù)據(jù)的動(dòng)力學(xué)分析:乙酸乙酯作為測(cè)試反響的堿性水解Termochim.文獻(xiàn),141(1989),169頁(yè) 17M DGrau,L Puigjaner 批次和半連續(xù)反響器在線pH測(cè)量的根底上的建模和驗(yàn)證 化學(xué)工程,178(2000年),49頁(yè) 18M D Grau,J M Nougués,L. Puigjane

28、r,便利于獲得的最正確喂養(yǎng)配置文件中補(bǔ)料分批反響器,采用遺傳算法,工業(yè)工程.化學(xué)研究 40(2001)1488. Comparative study of two chemical reactions with different behaviour in batch and semibatch reactors M.D. Grau a,1, J.M. Nougués b,2, L. Puigjaner b,?,2a Mining Engineering and Natural Resources Department, Escola Universitàtia Polit

29、ècnica de Manresa, Universitat Politècnica de Catalunya,Av. Les Bases de Manresa 61-73, 08240 Manresa, Spainb Chemical Engineering Department, Escola Tècnica Superior dEnginyers Industrials de Barcelona, Universitat Politècnica de Catalunya,Av. Diagonal 647, 08028 Barcelona, Spai

30、nReceived 4 October 2001; accepted 19 February 2002Abstract Based on two reactions with different behaviour, a comparative study between batch and semibatch reactors performance has been carried out in a glass-jacketed reactor of 5 l provided with the measuring, data acquiring and controlling system

31、. The reactions chosen were an acid?base reaction ethyl acetate saponification, and an oxidation?reduction reaction with a high reaction heat thiosulfate-peroxide reaction. A first difference was in the method used to establish the kinetic equation. For the acid?base reaction was used an isothermal

32、method based on the conductivity profiles of the solution. For the oxidation reactionwas used an adiabatic method based on the measurement of temperatures. This work focuses in the interest to obtain the concentrations of the species in the reactor, by measuring experimentally with different sensors

33、 pH, temperature, etc. the needed values to get the concentration profiles. For the acid?base reaction it was possible to convert the pH measurements of the reaction solution to concentration values. In the case of the oxidation reaction, the concentration profiles were obtained by measuring only re

34、actor temperature for the adiabatic batch mode of operation, and by simulation in the semibatch mode of operation. The mathematical model was previously validated with temperature profiles obtained experimentally 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.Keywords: Batch and semibatch reactor; M

35、odelling; Reaction kinetic1. Introduction The extraordinary flexibility of batch processes is well known. Batch processes are used in the domains of speciality chemicals, polymers and biotechnology. Batch processes are generally employed to obtain products with high added value. They are strongly go

36、verned by the chemistry of the reactions, which can be complex, and with kinetics poorly known. The kinetic analysis of chemical reactions frequently takes place in a homogeneous liquid phase under isothermal conditions Levenspiel 1. This is the case of the saponification reaction, because it is pos

37、sible to control the reactor temperature easily. There are also cases where it is more appropriate the application of non-isothermal methods for evaluating reaction rate models and kinetic parameters. That is the case of adiabatic experiments using batch systems to obtain temperature profiles from w

38、hich the kinetic model and parameters for simple and complex systems can be extracted after application of a heat balance to relate temperature with conversion Stoessel 2. That is the case of the oxidation reaction, because it is impossible to maintain constant the reactor temperature. Studies with

39、adiabatic reactors have been reported by several authors using the thiosulfate-peroxide reaction. For example Root and Schmitz 3 and Vetjasa and Schmitz 4 studied the reaction in a batch reactor and used the data obtained for the study of steady state multiplicity in a loop reactor and a stirred tan

40、k reactor CSTR respectively. Similar work was carried out by Chang and Schmitz 5. Guha et al. 6 reported also an study of transient behaviour of an adiabatic CSTR. In this work the kinetic equation can be derived from data obtained in a series of runs in which the initial reagent concentrations is h

41、eld constant and the initial temperature is varied. The method used is similar to the one presented by Cohen and Spencer 7. The thermal behaviour of batch and semibatch reactors has been investigated by Rafalimanana et al. 8, Kiparissides and Shah 9 and Rotstein and Lewin 10, but the evolution of th

42、e concentration of reactants and products was not investigated, which is very important to optimise the operation performance, as it has been pointed out by Hugo et al. 11. In this work, for the acid?base reaction, the in situ concentration of the species present in the reactor was determined by mea

43、suring the pH of the solution. For the oxidation? reduction reaction the voltage profile of the reaction was obtained experimentally, but its conversion into a concentration profile was found to be very difficult. In this case, concentration profiles were obtained by simulation. A dynamic mathematic

44、al model was developed to predict both the thermal behaviour of batch reactors and the evolution of the concentration of reactants and products during the reaction. For this reaction, it has been possible to obtain the concentration profiles experimentally, only in the case of adiabatic operation. I

45、n this mode of operation it is possible to follow the concentration evolution by only measuring the reaction temperature For the acid?base reaction with a low reaction heat, where the reactor temperature would be kept controlled, two modes of operation batch or semibatch are possible. In the case of

46、 the thiosulfate reaction very exothermic reaction temperature control is only feasible for the semibatch reactor. In this case, when a set-point is selected for the reaction mass temperature, it is possible to control the reaction by manipulating the feed rate of one of the reactants, maintaining t

47、he inlet jacket temperature at a prefixed value. Thus, this mode of operation can be used to control the reaction, and it is particularly useful for highly exothermic processes where safety is a major concern. In this sense, the works of Steensma and Westertep 12 and Stoessel 2 are very relevant. Hu

48、go and Steinbach 13 make a safety comparison study between a fed-batch reactor and a continuous stirred tank reactor The paper is mainly scoped to the simulation of the concentration profiles from pH and temperature data, and then to predict the experimental behaviour of the control. Therefore, a ke

49、y contribution of the present work focuses in a comparative study of the behaviour of two homogeneous reactions, carried out in batch and semibatch reactors. These reactions can be reproduced experimentally to get, using sensors of pH, temperature or potential, substantial amount of data that allow to obtain appropriate information to compare the behaviou