化學(xué)反應(yīng)工程教案5(化工13)-胡江良

PAGEPAGE5化學(xué)反應(yīng)工程課程教案課型課次 5 課時(shí) 2 （請√）

理論課√ 討論課實(shí)驗(yàn)課□習(xí)題課□其他□授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題：第2章復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型2.1單一不可逆反應(yīng)過程與反應(yīng)器（分掌握、熟悉、了解三個(gè)層次：了解復(fù)合反應(yīng)的動力學(xué)特點(diǎn)；掌握多級全混流反應(yīng)器中進(jìn)行簡單反應(yīng)時(shí)的體積計(jì)算及其優(yōu)化；掌握理想流動反應(yīng)器簡單組合的基本概念和計(jì)算；教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)：重點(diǎn)：反應(yīng)器的分類、混合與返混、停留時(shí)間等幾個(gè)時(shí)間概念。難點(diǎn)：反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)方程。教學(xué)基本內(nèi)容第2章復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)重視反應(yīng)體積的概念，強(qiáng)調(diào)在反應(yīng)器中不同時(shí)間、不同位置上的局部濃度可能不相同。這就造成了同一個(gè)反應(yīng)發(fā)生在不同反應(yīng)器中會有不同的結(jié)果。平推流反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)和操作方式上與間歇反應(yīng)器截然不同，一個(gè)沒有攪拌一個(gè)有攪拌；一個(gè)連續(xù)操作一個(gè)間歇操作；一個(gè)是管式一個(gè)是釜式。但有一點(diǎn)是共同的，就是二者都沒有返混，所有物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間都相同。既然停留時(shí)間都相同，沒有不同停留時(shí)間（即不同轉(zhuǎn)化率，不同濃度）物料的混合，兩種反應(yīng)器在相同的進(jìn)口（初始）條件和反應(yīng)時(shí)間下，就應(yīng)該得到相同的反應(yīng)結(jié)果。的，都是沒有返混的反應(yīng)器。而全混流反應(yīng)器則是返混達(dá)到極大程度的另一類反應(yīng)器。間歇反應(yīng)器和平推流反應(yīng)器的相同體現(xiàn)在二者的設(shè)計(jì)方程相同。反應(yīng)器的選型，其實(shí)就是根據(jù)不同反應(yīng)的特性，選擇適合這種反應(yīng)類型的操作方式。從本質(zhì)上說，物理過程不改變反應(yīng)過程的動力學(xué)規(guī)律。也就是說，反

方法及手段講解從而影響實(shí)際反應(yīng)場的濃度和溫度在時(shí)間、空間上的分布，從而影響反應(yīng)的最終結(jié)果。對某個(gè)具體反應(yīng)，選擇反應(yīng)器、操作條件和操作方式主要考慮化學(xué)反應(yīng)本身的特征與反應(yīng)器特征，最終選擇的依據(jù)將取決于所有過程：一是反應(yīng)器的大小，二是產(chǎn)物分布濟(jì)性。過程的經(jīng)濟(jì)性主要受兩個(gè)因素影響；而對于復(fù)合反應(yīng)，首先要考慮產(chǎn)物分布。2.1單一不可逆反應(yīng)過程與反應(yīng)器單一不可逆反應(yīng)過程平推流反應(yīng)器與全混流反應(yīng)器的比較在反應(yīng)器設(shè)計(jì)評比中,只考慮如何有利于反應(yīng)速率的提高。當(dāng)然,其中一個(gè)重要因素是,考察反應(yīng)器的大小.一、理想流動反應(yīng)器的體積比較基本條件：V C ,x 和反應(yīng)溫度均相同；等容過程。0 A0 AfR RP V，V ，V R RP 體積和全混流反應(yīng)器體積，則：V V CR 0 A0

xAfdxA0 rV VCRp 0

AAxAfdxA0 rAVC xV 0 A0 AfRM (r)A fV VRp 0

[OABD]A0V VRM 0V

[OCBD]A0RP1VRM當(dāng)轉(zhuǎn)化率越大，則兩者的差距1、對同一單一的正級數(shù)反應(yīng)，在相同工藝為達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率PFR所需的反應(yīng)器體積最小CSTR所需的反應(yīng)器體積最大。（若反應(yīng)器體積相同，則PFR可達(dá)的轉(zhuǎn)化率最大，而CSTR可達(dá)的轉(zhuǎn)化率最小。）2隨著轉(zhuǎn)化率增加，二者體積差距逐漸增大。3PFR01；4、如果反應(yīng)密度降低（即體積膨脹），會增加二者體積比，即導(dǎo)致CSTR的效率下降；反之則反。然而密度變化對反應(yīng)器大小的影響與流動狀況對其影響小得多，為次要影響因素。因而，確定反應(yīng)器型式，不但要考慮反應(yīng)級數(shù)，還要考慮轉(zhuǎn)化率高低。如果反應(yīng)級數(shù)高、要求的轉(zhuǎn)化率也高，應(yīng)采用PFR；PFR能。、理想流動反應(yīng)器的組合理想流動反應(yīng)器的組合。CSTRNCSTR混的影響，使其具有PFR的某些特征；而循環(huán)反應(yīng)器則可以使PFR具有CSTR的某些特征。1、理想流動反應(yīng)器的并聯(lián)操作1）PFR目標(biāo)：使轉(zhuǎn)化率最高或反應(yīng)器體積最小。V V VR R1 R2V V V0 01 02x dxV Vc (A A)V Vc

(xA

dxA)V

(xA

dx 0iA)

0 (r)i0AR 01A0

0 (r)

0

A0 0 (r)2A Adx如果反應(yīng)溫度相同，使反應(yīng)體積最?。O值）：dxVR0

c (x

dxA)c

(xA A)V 01

0 (r)A

A0 0 (r)2AV x xR cV A00

A2 A1(r)A即：1 2這就意味著為使反應(yīng)體積最小，并聯(lián)操作的多個(gè)PFR，其體積流量應(yīng)按反應(yīng)器體積大小進(jìn)行分配。VR1 R2

RN

V01

0N當(dāng)反應(yīng)溫度相同，流量、初始濃度及各反應(yīng)器體積相同，進(jìn)行一級不可逆反應(yīng)，考察出口濃度。則每只PFR出口濃度即為混合后的出口濃度：VVR1R2RN01020N作業(yè)、討論題、思考題：名