化學(xué)反應(yīng)工程第四章

第四章管式反應(yīng)器天津大學(xué)化工學(xué)院反應(yīng)(fǎnyìng)工程教學(xué)組1精品資料理想流動模型等溫管式反應(yīng)(fǎnyìng)器設(shè)計管式與釜式反應(yīng)(fǎnyìng)器反應(yīng)(fǎnyìng)體積的比較循環(huán)反應(yīng)(fǎnyìng)器變溫管式反應(yīng)(fǎnyìng)器計算本章(běnzhānɡ)內(nèi)容2精品資料4.1理想流動(liúdòng)模型流動模型：反應(yīng)器中流體(liútǐ)流動與返混情況的描述。返混：在流體流動方向上停留時間不同的流體粒子之間的混合稱為返混，也稱為逆向混合。

(1)徑向流速分布均勻(2)軸向上無返混活塞流模型（平推流）層流湍流活塞流(1)徑向上物料的所有參數(shù)都相同(2)軸向上不斷變化基本假定特點3精品資料管徑較小，流速較大(jiàodà)的管式反應(yīng)器可按活塞流處理4.1理想流動(liúdòng)模型全混流模型徑向混合和軸向返混都達(dá)到最大反應(yīng)物系的所有參數(shù)在徑向上均一，軸向上也均一，即：各處物料均一，均為出口值基本假定特點

劇烈攪拌的連續(xù)釜式反應(yīng)器可按全混流處理4精品資料4.2等溫管式反應(yīng)器的設(shè)計(shèjì)進(jìn)入量=排出(páichū)量+反應(yīng)量+累積量4.2.1單一反應(yīng)單一反應(yīng)比較5精品資料4.2.2復(fù)合(fùhé)反應(yīng)4.2等溫管式反應(yīng)器的設(shè)計(shèjì)平行反應(yīng)恒容過程6精品資料4.2.2復(fù)合(fùhé)反應(yīng)4.2等溫管式反應(yīng)器的設(shè)計(shèjì)連串反應(yīng)恒容過程k1

k27精品資料例：4.2在活塞流反應(yīng)器（PFR）中，于923K等溫下進(jìn)行丁烯脫氫反應(yīng)生產(chǎn)丁二烯：C4H8C4H6+H2原料氣為丁烯與水蒸汽的混合氣，丁烯的摩爾分?jǐn)?shù)10%，操作壓力(yālì)為105Pa，973K時，k=1.079×10-4kmol/(h.m3.Pa)若要丁烯的轉(zhuǎn)化率達(dá)35%，空時為多少？解8精品資料例4.4管式，4.05MPa,936K下進(jìn)行如下(rúxià)反應(yīng)yT0=25％,yH075％,流速(liúsù)0.1m/s,求XTf=80%時所需的反應(yīng)器長度二甲基萘、一甲基萘及萘的收率獨立反應(yīng)數(shù)？關(guān)鍵組分？解T、D、M9精品資料恒容設(shè)計(shèjì)方程速率方程變換(XT,YD,YM)10精品資料051015200.00.20.40.60.81.0(反應(yīng)器長度(chángdù))11精品資料4.2.3擬均相模型(móxíng)例4.50.12MPa,898K,乙苯脫氫ASH乙苯/水蒸氣＝1:20,XA=60%,催化劑用量=?解12精品資料4.3管式與釜式反應(yīng)器反應(yīng)體積(tǐjī)的比較1.正常(zhèngcháng)動力學(xué)相同條件下，PFR所需的反應(yīng)體積小于CSTR和BRCSTR單釜CSTR兩釜串PFR或BR13精品資料4.3管式與釜式反應(yīng)(fǎnyìng)器反應(yīng)(fǎnyìng)體積的比較2.反常(fǎncháng)動力學(xué)OCSTR單釜CSTR兩釜串PFR或BR結(jié)論？14精品資料3.有極大值情況(qíngkuàng)4.3管式與釜式反應(yīng)(fǎnyìng)器反應(yīng)(fǎnyìng)體積的比較15精品資料例：4.6等溫下進(jìn)行如下反應(yīng)：操作溫度下平衡常數(shù)已知，且進(jìn)料濃度給定，求當(dāng)辛醇轉(zhuǎn)化率達(dá)30%時，計算反應(yīng)體積。（PFR和CSTR）HCl(A)+CH3(CH2)6CH2OH(B)CH3(CH2)6CH2Cl+H2OHCl(A)+CH3(CH2)10CH2OH(C)CH3(CH2)10CH2Cl+H2O（1）PFR反應(yīng)器解設(shè)計(shèjì)方程（B、C）16精品資料（2）采用(cǎiyòng)CSTR反應(yīng)器設(shè)計(shèjì)方程（B、C）17精品資料ReactorM4.4循環(huán)(xúnhuán)反應(yīng)器32118精品資料4.5變溫管式反應(yīng)器

4.5.1管式反應(yīng)器的熱量(rèliàng)衡算反應(yīng)器內(nèi)流體流動符合活塞(huósāi)流假定反應(yīng)器內(nèi)溫度分布徑向均勻，軸向變化控制體積基本假設(shè)熱力學(xué)第一定律dVr19精品資料Δ

Δ

（4.26）反應(yīng)熱溫度(wēndù)變20精品資料單一(dānyī)反應(yīng)復(fù)合(fùhé)反應(yīng)？21精品資料4.5.2

絕熱管式反應(yīng)器絕熱22精品資料吸熱反應(yīng)等溫反應(yīng)(fǎnyìng)放熱反應(yīng)(fànɡrèfǎnyìng)ABCtZZAZBZCtBtctABRCSTRPFRT,XAABCXAXA1XA2XA3T0TATBTCTO23精品資料圖4.8可逆放熱反應(yīng)(fànɡrèfǎnyìng)溫度與轉(zhuǎn)化率關(guān)系24精品資料圖4.9絕熱管式反應(yīng)器最佳(zuìjiā)進(jìn)料溫度25精品資料（1）催化劑用量（2）反應(yīng)器軸向溫度(wēndù)與轉(zhuǎn)化率分布例4.7絕熱管式反應(yīng)器計算(jìsuàn)26精品資料等溫過程絕熱過程(juérèɡuòchénɡ)27精品資料管式反應(yīng)器絕熱操作溫度與濃度(nóngdù)分布圖28精品資料4.5.3

非絕熱變溫管式反應(yīng)器（1）催化劑用量（2）反應(yīng)器軸向溫度(wēndù)與轉(zhuǎn)化率分布例4.8非絕熱管式反應(yīng)器計算(jìsuàn)29精品資料等溫過程絕熱過程(juérèɡuòchénɡ)非絕熱變溫過程(guòchéng)30精品資料過程等溫T=898K絕熱T0=898K非絕熱T0=898K催化劑用量/Kg172549493135XAf=60%時催化劑用量31精品資料4.6管式反應(yīng)器的最佳(zuìjiā)溫度序列4.6.1單一(dānyī)反應(yīng)等溫操作變溫操作不可逆或可逆吸熱反應(yīng)?可逆放熱反應(yīng)?單一反應(yīng)：生產(chǎn)強度最大復(fù)合反應(yīng)：目的產(chǎn)物的收率（選擇性）最大可逆放熱反應(yīng)32精品資料4.6.2復(fù)合(fùhé)反應(yīng)平行反應(yīng)生產(chǎn)(shēngchǎn)強度最大P選擇性最大先低溫后高溫低溫E1<E2E1>E2?連串反應(yīng)1.等溫反應(yīng)，不存在最佳溫度

若E1