反應(yīng)器穩(wěn)定性及非等溫反應(yīng)器設(shè)計(jì)

1、復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) 反應(yīng)器體積反應(yīng)器體積 熱衡算熱衡算: :11|nniiiniioutiidEQWE FE Fdt 00AfAVcAcAvdcVdVr 平衡轉(zhuǎn)化率平衡轉(zhuǎn)化率 可逆放熱反應(yīng)可逆放熱反應(yīng): 溫度升高溫度升高,反應(yīng)速度加快反應(yīng)速度加快,平衡轉(zhuǎn)化率降低平衡轉(zhuǎn)化率降低, 溫度降低溫度降低,反應(yīng)速度減慢反應(yīng)速度減慢,平衡轉(zhuǎn)化率增大平衡轉(zhuǎn)化率增大 如何取舍如何取舍? 工業(yè)上如何實(shí)現(xiàn)既要較高轉(zhuǎn)化率又要較快反應(yīng)速工業(yè)上如何實(shí)現(xiàn)既要較高轉(zhuǎn)化率又要較快反應(yīng)速率率?平衡轉(zhuǎn)化率平衡轉(zhuǎn)化率 例例4.6 有液相一級(jí)可逆反應(yīng)有液相一級(jí)可逆反應(yīng)AB,進(jìn)料只有反應(yīng)進(jìn)料只有反應(yīng)物物,進(jìn)料溫度為進(jìn)料溫度為300K,反應(yīng)參數(shù)為

2、反應(yīng)參數(shù)為: HA,298k=-40KCal/mol HB,298k =-60KCal/mol CpA=CpB=50cal/(molK) 298K時(shí)時(shí),Ke=105,試確定絕熱操作最高轉(zhuǎn)化率和對(duì)試確定絕熱操作最高轉(zhuǎn)化率和對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度應(yīng)的反應(yīng)溫度平衡轉(zhuǎn)化率平衡轉(zhuǎn)化率 解解: 平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系( )()11ln()errerrK TH TK TRTT 52000011( )1 10 exp1.987198eK TT 5510 exp33.78 (298)/( )1( )10 exp33.78 (298)/1eAeeTTK TxK TTT 00(1)/AAeAAeeCx

3、CxK ( )1( )eAeeK TxK T 平衡轉(zhuǎn)化率平衡轉(zhuǎn)化率 熱衡算熱衡算:03()2.5 10 (300)(298)pAArCTTxTH 最高轉(zhuǎn)化率最高轉(zhuǎn)化率: xAe=0.41段間換熱式多段反應(yīng)器段間換熱式多段反應(yīng)器段間冷激式絕熱反應(yīng)器段間冷激式絕熱反應(yīng)器全混流反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性全混流反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性全混流反應(yīng)器操作中的溫度控制問(wèn)題全混流反應(yīng)器操作中的溫度控制問(wèn)題全混流反應(yīng)器的多重定態(tài)全混流反應(yīng)器的多重定態(tài)全混流反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性全混流反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性反應(yīng)器的溫度控制反應(yīng)器的溫度控制 采用全混流反應(yīng)器采用全混流反應(yīng)器攪拌充分混合攪拌充分混合, ,溫差小溫差小釜內(nèi)反應(yīng)物濃度低釜內(nèi)反應(yīng)物濃度

4、低, ,反應(yīng)速率慢反應(yīng)速率慢, ,放熱慢放熱慢適用于強(qiáng)放熱反應(yīng)適用于強(qiáng)放熱反應(yīng) 多段床反應(yīng)器多段床反應(yīng)器段間冷卻段間冷卻段間冷激段間冷激 采用稀釋劑降低反應(yīng)速率采用稀釋劑降低反應(yīng)速率反應(yīng)器的溫度控制反應(yīng)器的溫度控制 蒸發(fā)產(chǎn)品或惰性溶劑移熱蒸發(fā)產(chǎn)品或惰性溶劑移熱 以乙酸為溶劑的對(duì)二甲苯氧化以乙酸為溶劑的對(duì)二甲苯氧化 甲苯液相空氣氧化甲苯液相空氣氧化 自熱操作自熱操作 合成氨反應(yīng)器催化劑床層預(yù)熱原料氣合成氨反應(yīng)器催化劑床層預(yù)熱原料氣 采用稀釋劑降低反應(yīng)速率采用稀釋劑降低反應(yīng)速率 副反應(yīng)嚴(yán)重的反應(yīng)采用副反應(yīng)嚴(yán)重的反應(yīng)采用“淬冷淬冷”反應(yīng)器的定態(tài)及穩(wěn)定性反應(yīng)器的定態(tài)及穩(wěn)定性 定常態(tài)設(shè)計(jì)：定常態(tài)設(shè)計(jì)：

5、確定的物料流量、組成和溫度；確定的物料流量、組成和溫度； 確定的釜內(nèi)溫度和濃度；確定的釜內(nèi)溫度和濃度； 確定的換熱劑溫度和流量確定的換熱劑溫度和流量 穩(wěn)定定態(tài)操作穩(wěn)定定態(tài)操作 外部干擾使反應(yīng)器的操作偏離了定常態(tài)，但能很快恢復(fù)外部干擾使反應(yīng)器的操作偏離了定常態(tài)，但能很快恢復(fù) 不穩(wěn)定的定態(tài)操作不穩(wěn)定的定態(tài)操作 外部干擾使反應(yīng)器偏離原有的定態(tài)操作，擾動(dòng)消除后不外部干擾使反應(yīng)器偏離原有的定態(tài)操作，擾動(dòng)消除后不能回到原有狀態(tài)能回到原有狀態(tài)Tcv0v0全混流反應(yīng)器的多重定態(tài)全混流反應(yīng)器的多重定態(tài)00()()rpcQv CTThA TT ()grARQHkC V 01AACCk 000exp(/)()1exp(/)grRAkE RTQH V CkE RT 全混流反應(yīng)器的多重定態(tài)全混流反應(yīng)器的多重定態(tài) 操作定態(tài)： Qg=Qr 定態(tài)數(shù)： 最多三個(gè) 最少一個(gè)QT Qg QrABCDEF全混流反應(yīng)器定態(tài)點(diǎn)的穩(wěn)定性全混流反應(yīng)器定態(tài)點(diǎn)的穩(wěn)定性 定態(tài)點(diǎn)E： 溫度高于定態(tài)點(diǎn) QgQr 可回到定態(tài)點(diǎn) 穩(wěn)定的定態(tài)點(diǎn)QTQgQrABCDEF全混流反應(yīng)器定態(tài)點(diǎn)的穩(wěn)定性全混流反應(yīng)器定態(tài)點(diǎn)的穩(wěn)定性 定態(tài)點(diǎn)B： 溫度高于定態(tài)點(diǎn) QgQr 可回到定態(tài)點(diǎn) 穩(wěn)定的定態(tài)點(diǎn) 反應(yīng)速度慢，無(wú)意義QTQgQrABCDEF全混流反應(yīng)器定態(tài)點(diǎn)的穩(wěn)定性全混流反應(yīng)器定態(tài)點(diǎn)的穩(wěn)定性 定態(tài)點(diǎn)D： 溫度高于定態(tài)點(diǎn) QgQr