反应工程课件.pptx

[RA ( X A1)]
[RA ( X A2 )]
Vrp
Q0cA0
X A2
dX A
0 [RA ( X A )]
对反常动力学情况，结论与正常动力学相反。
4.3.3 有极大值情况
1 (RA )
若: XAf > XAm ，则 Vrp > Vrm 若： XAf < XAm ，则 Vrp < Vrm
0
X
管径较小，流 速较大的管式 反应器－－可 按活塞流处理
剧烈搅拌的连 续釜式反应器 －－可按全混 流处理
4.2 等温管式反应器的设计
Fi 0
单一反应
进入量 = 排出量 + 反应量 + 累积量
Fi
Fi (dFi Fi ) (Ri )dVr 0
dz
dVr
dFi dVr
Ri
dFA dVr
RA
入反应器的流体粒子必同一时刻离开 反应器，所有粒子在反应器内停留时 间相同。 ❖ 特点：径向上物料的所有参数都相 同，轴向上不断变化。
层流 湍流 活塞流
4.1 理想流动模型—基本概念（续2）
全混流模型：
基本假定：
径向混合和轴向返混都达到最大
符合此假设的反应器，物料的停留 时间参差不齐
❖ 特点
反应物系的所有参数在径向上均一， 轴向上也均一，即：各处物料均一， 均为出口值
4.2 等温管式反应器的设计（续6）
根据空时的定义 对恒容均相反应，空时等于物料在反应器内的平均停
留时间
问题？
对变容反应，空时等否物料在反应器内的平均 停留时间？
自测题
自测题
4.3 管式与釜式反应器反应体积的比较
前提条件：进行相同的反应； 采用相同的进料流量与进料浓度； 反应温度与最终转化率相同。
第四章 管式反应器
第四章 管式反应器
本章内容
理想流动模型 ❖ 等温管式反应器的计算 管式与釜式反应器反应体积的比较 循环反应器 变温管式反应器的计算
本章内容
活塞流模型的基本假定 等温管式反应器设计与分析 管式反应器与釜式反应器的性能比较 循环管式反应器的分析计算 管式反应器的变温操作
4.1 理想流动模型—基本概念
' Af
X Am
X Af
XAБайду номын сангаас
此时，可以： 釜式与管式的串联
4.4 循环反应器
对于单程转化率不高的情况，为提高原料的利用率， 将反应器出口物料中的产品分离后再循环进入反应器入口， 与新鲜原料一起进行反应。
Q0
X A0
cA0
M
Vr
Qr Q0
Reactor
X Af
N
Vr
? cA0
X Af ?
dX A ( A )
分三种情况 1.正常动力学 2.反常动力学 3.反应速率有极大值的情况
4.3.1 正常动力学
A
B
D
VrM
Q0cA0 X A2 [RA ( X A )]
1 (RA )
F
0
E
H
K
X A1 X A
X A2
VrM
Q0cA0 X A1 Q0cA0 ( X A2 X A1)
[RA ( X A1)]
[RA ( X A2 )]
数为2，因此，此三式中仅二式是独立的。
4.2 等温管式反应器的设计（续4）
复合反应
(k1
k2 )cA
dcA
d
0
k1cA
dcP
d
0
cA cA0 exp[(k1 k2 ) ]
cp
k1cA0 k1 k2
{1 exp[(k1
k2 ) ]}
k2cA
dcQ
d
0
cQ
k2cA0 k1 k2
{1 exp[(k1
dVr
Ri
M
ij rj
j 1
i 1,2,..., k
该方程组初值为：Vr 0 , Fi Fi0 ,i 1,2,...,k
解该方程组时，需首先选定反应变量，可以选关键组分的 转化率或收率或各关键反应的反应进度。
然后将 Fi 和 r变j 为反应变量的函数，即可求解方程组。
解时一般用数值法。简单情况可解析求解。
流动模型：是反应器中流体流动与返混情况的描述， 这一状况对反应结果有非常重要的影响。
返混：在流体流动方向上停留时间不同的流体粒子 之间的混合称为返混，也称为逆向混合。
4.1 理想流动模型—基本概 念（续1）
活塞流模型（平推流）： 基本假定： (1) 径向流速分布均匀，所有粒子以 相同的速度从进口向出口运动。 (2) 轴向上无返混 符合上述假设的反应器，同一时刻进
Vr (1
)Q0cA0
X Af
X Af 1
dX A (A )
4.4 循环反应器（续1）
设循环物料与新鲜原料量之比为循环比： Qr
Q0
故,反应器的物料处理量为： Q0 Qr (1 )Q0
4.2 等温管式反应器的设计（续3）
复合反应
A P, rP k1c A （主） A Q, rQ k2c A （副）
对A的物料衡算： 对P的物料衡算：
Vr (k1 k2 )cA
dnA
d
0
Vr k1cA
dnP
d
0
对Q的物料衡算：
Vr k2cA
dnQ
d
0
系统中只进行两个反应，都是独立的，所以关键组分
X Af
Vr Qo
cA0
X Af 0
dX A [RA ( X A )]
VPrFRQ0cA等0 容0X，Af [等RXdAAX(XA At)B] R
Q0 c A0
dX A dVr
RA ( X A )
4.2 等温管式反应器的设计（续2）
复合反应
对关键组分作物料衡算的结果，得到一常微
分方程组
dFi
Fi dFi
X Af
FA FA0 (1 X A )
FA0
dX A dVr
RA ( X A )
FA0 Q0cA0
Q0 c A0
dX A dVr
RA ( X A )
4.2 等温管式反应器的设计（续1）
Fi 0
t间歇
cA0
X Af 0
dX A [RA ( X A )]
Fi
dz
dVr
Fi dFi
k2 )
]}
t 0时，cA cA0 , cP 0, cQ 0
4.2 等温管式反应器的设计（续5）
复合反应
A k1 P k2 Q
对A的物料衡算：
k1c A
dc A
d
0
cA cA0ek1
对P的物料衡算：
(k 1c A
k2cP
)
dcP
d
0
cP
k1cA0 k1 k2
(ek2
ek1
)
k1 k2
Vrp
Q0cA0
X A2
dX A
0 [RA ( X A )]
达到相同的转化率， 管式反应器所需的反应体积小于釜式反应器
4.3.2 反常动力学
M
G
VrM
Q0cA0 X A2 [RA ( X A )]
1
(RA ) L
0
N
P
X X A1
X A2
A
VrM
Q0cA0 X A1 Q0cA0 ( X A2 X A1)