化學反應工程 3.1 間歇釜式反應器課件

1、第三章 理想反應器概述化學反應器是化工生產(chǎn)中的關鍵設備，反應器的類型很多，在不同類型的反映器中，能量與物質(zhì)的傳遞特性有很大差異，因此反應器的類型對產(chǎn)品的質(zhì)量及整個工藝過程的經(jīng)濟性都起著決定性的作用。反應器的選型就是要根據(jù)給定反應體系的動力學特性，選擇具有適宜傳遞特性的反應器設備本章將以均相反應為背景，討論理想流動反應器設計的基本理論。理想反應器的三種基本形式間歇反應器 (Batch reactor)活塞流反應器 (Plug flow reactor PFRs)全混流反應器 (Continuous stirred tank reactors CSTRs)本章內(nèi)容掌握工業(yè)反應器設計和開發(fā)計算中所為

2、基本原理以反應動力學為基礎，根據(jù)反應的特點和反應器的性能，確定化學反應器的形式和最佳操作條件復完成生產(chǎn)任務所必需的反應器體積及生產(chǎn)能力理想反應器特性理想混合反應器特性返混無窮大，完全混合，混合瞬間完成，器內(nèi)物料具有完全相同的溫度和濃度，且等于反應器出口的溫度和濃度。如：攪拌良好的釜式反應器。平推流反應器特性器內(nèi)物料以相同的速率和一致的方向進行移動、返混為0，所有物料在器內(nèi)具有相同的停留時間。如：長徑比較大、流速較高的管式反應器。連續(xù)流動反應器的空時、空速 空速（SV）：是空間速度的簡稱，它是空時的倒數(shù)。指在規(guī)定的條件下，單位時間內(nèi)通過單位反應器容積的物料體積 空速表明反應器的生產(chǎn)能力，一般說來

3、，空速越大，反應器的生產(chǎn)能力越大。 3.2間歇攪拌釜式反應器（BSTR）本節(jié)所要掌握的內(nèi)容1.間歇反應器的設計方程、操作方程的建立及應用；2.等溫間歇釜式反應器的計算（單一反應）3.變?nèi)蓍g歇釜式反應器的計算（單一反應）4.確定最佳操作條件，計算完成規(guī)定的生產(chǎn)任務所需的反應器體積3.2間歇攪拌釜式反應器（BSTR） 排除了物質(zhì)的傳遞（攪拌良好）無需考慮的反應器內(nèi)熱量傳遞非定常態(tài)過程，cA、產(chǎn)物隨時間而變，化學反應的結(jié)果將唯一地由化學反應動力學確定，反應進行的程度決定于反應時間的長短具有周期性，一個周期包括操作（反應）時間t，也包括輔助（非生產(chǎn)性）時間t生產(chǎn)靈活性大間歇釜式反應器的物料衡算對整個反

4、應器中A組分物料進行衡算： 0 0 rAVt 當t趨于0時定義產(chǎn)物P組分的生成速率：rP 反應速率為單位時間單位體積生成P的摩爾量 對設計方程進行積分 A組分的轉(zhuǎn)化率 間歇反應的反應時間例題對于一級不可逆反應方程：在一間歇反應器完成上述反應，如k0.01s-1，試計算轉(zhuǎn)化率達到30%時所用的反應時間。 間歇反應器的體積計算 生產(chǎn)任務給定后，平均每小時需要處理的物料量 ，根據(jù)每批操作所需要的時間可以算出反應器的體積。其中每批操作所需要的時間包括兩部分，一是物料的反應時間t，另外還有反應以外的加料、生溫、冷卻、卸料、清洗等時間，稱為輔助時間t。因此反應器體積V計算公式為： 求得反應器的體積V后，根據(jù)實際反應過程的裝料系數(shù)，可以求得反應器實際體積例題例題 工廠采用間歇反應器以硫酸為催化劑使已二酸與已二醇以等摩爾比在70下進行縮聚反應生產(chǎn)醇酸樹脂，實驗測得該反應的速率方程式為： rA=kCACB式中： rA-以已二酸組分計的反應速率，kmol.L-1.min-1 k-反應速率常數(shù)，1.97L.kmol-1.min-1 cA、cB-分別為已二酸和已二醇的濃度，kmol.L-1 cA0、cB0均為0.004 kmol.L-1求：已二酸的轉(zhuǎn)化率分別為xA=0.5、0.6、0.8所需的反應時間分別為多少？若每天處理已二酸2400kg，轉(zhuǎn)化率為80%，每批操作的輔助時間為1小時，試計算確定