理想管式反應(yīng)器

1、理想管式反應(yīng)器理想管式反應(yīng)器理想管式反應(yīng)器的特點(diǎn)理想管式反應(yīng)器的特點(diǎn)在正常情況下，它是連續(xù)定態(tài)操作，在反應(yīng)器的各個徑向截面上，物料濃度不隨時間而變化；反應(yīng)器內(nèi)各處的濃度未必相等，反應(yīng)速率隨空間位置而變化；由于徑向具有嚴(yán)格均勻的速度分布，也就是在徑向不存在濃度變化，所以反應(yīng)速率隨空間位置的變化將只限于軸向。 理想管式反應(yīng)器的反應(yīng)結(jié)果唯一地由化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)所確定。 理想管式反應(yīng)器基本方程式理想管式反應(yīng)器基本方程式流入量 流出量 反應(yīng)量 累積量 0 AFAAdFF dVrA)(dVrdFFFAAAA)()(dVrdxFAAA)(0)1 (0AAAxFF 為理想管式反應(yīng)器的基本方程式。無論是等溫、變溫

2、或反應(yīng)過程中反應(yīng)物料的總摩爾數(shù)是否發(fā)生變化均可適用，只要滿足平推流這一假定即可。 在下列兩種情況下可以直接進(jìn)行求解：等溫理想管式反應(yīng)器。反應(yīng)速率常數(shù)為常數(shù)。絕熱理想管式反應(yīng)器。反應(yīng)的熱效應(yīng)全部用作加熱或冷卻反應(yīng)物料，反應(yīng)物料沿反應(yīng)器長度溫度變化可以用熱量衡算與反應(yīng)轉(zhuǎn)化率關(guān)聯(lián)。反應(yīng)速率常數(shù)可轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化率的函數(shù)。 除上述兩種情況，對于非絕熱非等溫過程，需結(jié)合熱量衡算式聯(lián)立求解。對于反應(yīng)器壓降較大的，如管式裂解反應(yīng)器，還需要再與動量衡算式聯(lián)立求解。 對裝有固體催化劑的固定床反應(yīng)器，只要滿足平推流的基本假定，同樣可以適用。 AfxAAArdxFV00)(dWrdxFWAAA)(0空時、空速和停留時間空

3、時 空速停留時間進(jìn)料體積流率反應(yīng)器體積0vVRRVvSV01率反應(yīng)器中物料的體積流反應(yīng)器體積vVR 對于恒容過程，系統(tǒng)物料的密度不隨反應(yīng)轉(zhuǎn)化率而變，即 ，所以空時和停留時間兩者相等。對于非恒容過程，反應(yīng)器內(nèi)物料的體積流率隨反應(yīng)轉(zhuǎn)化率而變化，因此空時和停留時間兩者就有差異。 對于等溫恒容過程，只要把理想管式反應(yīng)器空時 代之理想間歇反應(yīng)器中的反應(yīng)時間t，則在理想間歇反應(yīng)器中的結(jié)論完全適用于理想管式反應(yīng)器。 0vv 等溫等容理想管式反應(yīng)器中簡單反應(yīng)的結(jié)果 反應(yīng)前后分子數(shù)變化的氣相反應(yīng)在間歇反應(yīng)器中分子數(shù)發(fā)生變化的氣相反應(yīng)，由于反應(yīng)器的容積恒定，其結(jié)果使反應(yīng)系統(tǒng)的總壓變化，稱之為恒容過程。 在連續(xù)流動

4、的理想管式反應(yīng)器中進(jìn)行的氣相反應(yīng)，反應(yīng)物料從反應(yīng)器進(jìn)口加入，如果忽略物料在管內(nèi)流動的壓力降，則反應(yīng)器進(jìn)口和出口系統(tǒng)壓力不變，稱之為恒壓過程。 表征反應(yīng)前后分子數(shù)變化程度的方法有膨膨脹率法脹率法和膨脹因子法膨脹因子法。 膨脹率法膨脹率法基于物系體積隨轉(zhuǎn)化率呈線性關(guān)系，即上式表示反應(yīng)在等溫等壓下進(jìn)行。膨脹率的定義是反應(yīng)組分A全部轉(zhuǎn)化后系統(tǒng)體積變化的分率，即)1 (0AAxVV001AAAxxxAVVV膨脹因子法膨脹因子法膨脹因子的定義是原料A消耗一衡分子時，反應(yīng)系統(tǒng)總衡分子數(shù)的變化，對反應(yīng)aAbB pPsS當(dāng)理想管式反應(yīng)器進(jìn)口總摩爾流率為 abaspA)()(00000SPBAtFFFFF)1 (

5、0000AAAtAAAttxyFxFFF式中對等壓過程因此膨脹因子和膨脹率的關(guān)系為 000/tAAFFyAAAAAttxxyVVFF11000AAAy0變分子數(shù)反應(yīng)過程的反應(yīng)器計(jì)算變分子數(shù)反應(yīng)過程的反應(yīng)器計(jì)算對于理想管式反應(yīng)器中進(jìn)行變分子氣相反應(yīng)過程，其基本方程式仍為只是反應(yīng)速率表達(dá)式應(yīng)把體積變化這一因素考慮進(jìn)去，當(dāng)用濃度表示反應(yīng)速率時對n級反應(yīng)，反應(yīng)速率表達(dá)式為AfxAAArdxFV00)(AAAAAxxCC110nAAAAnAnAAAnAnAAxyxkCxxkCkCr)11()11()(000等溫、變?nèi)堇硐牍苁椒磻?yīng)器的設(shè)計(jì)式（膨脹率法） 對于AP反應(yīng)反應(yīng)級數(shù) 反應(yīng)速率式 設(shè)計(jì)式零級一級二級

6、k)r(AkxFVAAR0AAkC)r()1ln()1 (100AAAAAARxxkCFV2)(AAkCrAAAAAAAAAARxxxxkCFV1)1 ()1ln()1 (2122200等溫、變?nèi)堇硐牍苁椒磻?yīng)器的設(shè)計(jì)式（膨脹因子法）當(dāng)用分壓表示反應(yīng)速率式時，對級反應(yīng)，反應(yīng)速率式為反應(yīng)級數(shù) 反應(yīng)速率式 設(shè)計(jì)式零級Amp 二級2Amp 二級ABmp nAAAApnApAPxxykpkr1)1 ()(0ApAPkr)(2)(ApAPkrBApAPPkr)()1ln()1 (10000AAAAAAApARxyxyPykFV1)1 ()1ln()1 (2120202002200AAAAAAAAAAAAAPARxxyxyxyyPykFVx )yy(lnyy)y()xxln(yy)y(xyPykFVABABABAAABAAAAAAApAR0000200020022200111111理想管式反應(yīng)