反应工程ppt课件

1 kc
1 ln
1 xAf
k 9.52109 exp( 7448.4 ) 0.92(h1) 273 50
t 1 ln 1 1.31h 0.92 1 0.7
则每批操作实际所需要的操作时间为：
t t 0 1.31 0.75 2.06h
反应终了时R的浓度为： CR 2C A0 xA 3.22kmol / m3
其中（rA)V ：按单位体积计算的反应速率 VR ：反应物料在反应器中占的体积 nA ：反应时间为t的反应组分A的量
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(rA )V VR
dnA dt
nA0
dxA dt
整理积分，可得
t nA0
VR
dx xAf
A
0 (rA )V
CA0
xAf 0
dxA (rA )V
等容条件下
cA
c
(1
A0
xA)
Q0
50000 kg 1 24h M R
1 CR
50000 24
1 1 60 3.22
10.783 m3 / h
VR Q0 (t t0 ) 10.783 2.06 22.2m3
正丁醇(B) 4.96kmol 368kg 368/740=0.496m3
该反应为液相反应，反应过程中体积不变，对1kmol A
而言，每次投料体积为：VR＝0.0625+0.496＝0.559m3
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cA0 n A0 / VR 1/ 0.559 1.79kmol / m3
t cA0
x Af 0
t cA0
xAf 0
dxA (rA )V
cAf dcA cA0 (rA )V
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理想的间歇式反应器中反应时间和转化率以及反应物浓
度间的关系：
t＝
cA0
xA dxA 0 (rA )V
cAf dcA cA0 (rA )V
(一般式) (恒容)
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1.等温等容液相单一不可逆反应
(rA )V
dcA dt
⑶反应物按一定比例一次性加入反应器，反应后一次性 将物料排出，反应器内物料同时开始和停止，所有物 料具有相同的反应时间
二、间歇釜式反应器的数学模型(基本设计方程) 对整个反应器进行物料衡算：
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单位时间
进入反应 = 器A的量
单位时间流出反应器A的量 单位时间反应消失的A的量
单位时间反应器A的累积量
流入量 = 流出量 + 反应量 + 累积量 0 = 0 + （rA)V VR + dnA /dt （rA)V VR + dnA /dt=0
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反应器
间歇反应器 (强烈搅拌的 间歇釜式反应器) 平推流
连续流动反应器 全混流 中间型
半间歇半连续型反应器
理ห้องสมุดไป่ตู้反应器
第一节 间歇釜式反应器
一、间歇釜式反应器的特点：
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⑴由于剧烈搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度上的 均匀，且反应器内浓度处处相等，因而排除了物质传 递对反应的影响
⑵由于反应器内具有足够强烈的传热条件，反应器内各 处温度相等，因而无需考虑反应物料内的热量传递问 题
零级反应：残余浓度随t直线下降 一级反应：残余浓度随t逐渐下降 二级反应：残余浓度随t慢慢下降
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【例3－1】以乙酸(A)和正丁醇(B)为原料在间歇反应器 中生产乙酸丁酯，操作温度为100℃，每批进料1kmol 的A和4.96kmol的B，已知反应速率
(rA )V
1.045
c
2 A
k
mol
/(m3
kc
f
(cA )
t cAf dcA cAf dcA
cA0 (rA )V
cA0 kc f (cA )
由于等容过程中
cA
c
(1
A0
xA)
c Af
c
(1
A0
xAf
)
t cA0 xAf dxA
kc 0 f (xA)
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9
1. 反应浓度 的影响
2. 残余浓度
零级反应：t与初浓度CA0正比 一级反应：t与初浓度CA0无关 二级反应：t与初浓度CA0反比
操作周期＝反应时间t +辅助时间t0
VR Q0 (t t 0 )
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★反应器实际体积V＞VR
V＝VR / f
其中 f 为装料系数：沸腾发泡的液体：0.4－0.6 其他液体一般：0.75－0.85
【例3－2】在间歇釜式反应器中进行如下的一级不可逆 液相反应：A=2R rA = kCA kmol/(m3·h) 其中： k 9.52109 exp( 7448.4)(h 1)
h)
试求乙酸转化率xA分别为0.5、0.9、0.99所需的反应时间。 已知乙酸与正丁醇的密度分别为960kg/m3和740kg/m3
解： CH 3COOH C4H9OH CH 3COOC 4H9 H2O
对1kmol A而言，投料情况是：
乙酸(A) 1kmol
60kg
60/960=0.0625m3
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2.等温等容液相单一可逆反应(要考虑到化学平衡)
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3.等温等容液相多重反应
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由间歇反应器的设计方程可得出结论： 反应物达到一定的转化率所需要的反应时间，只取决
于过程的反应速率或动力学因素，与反应器的大小无 关； 反应器的大小由反应物料的处理量决定 ★工程放大的时候，只要保证大型设备中的反应条件和 设备结构(如搅拌装置合理放大)与小型设备相同，便 可达到相同的反应效果 三、间歇釜式反应器的有效体积VR的计算方法： VR与单位时间反应物料处理体积Q0和操作周期有关
化学反应工程
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第3章 理想反应器
反应工程研究的内容：
反应
反应器：反应器的设计和开发
反应器开发的任务：
(1)根据化学反应的动力学特征来选择合适的反应器型式
(2)结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优 化设计
反应器特性：
流体的流动状态
流体的混合状态
反应器的结构和尺寸有关
反应器内的传热性能
(3)根据给定的产量对反应器进行设计计算，确定反应器 的几何尺寸
T
CR0=0，R的分子量MR=60，CA0＝2.30 kmol/m3 反应终了A的转化率xA为0.70，装置的生产能力为 50000kg产物R/天。该生产的辅助时间为t0=0.75h，试 求在50℃下进行等温操作所需的反应器的有效体积
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解：等温操作下反应时间t的计算
t cA0
x Af 0
dxA kcCA
dxA
k
c
c
2 A
1 ( xAf ) kccA0 1 xAf
将xAf＝0.5、0.9、0.99分别代入上式计算可得
t 0.5 0.535 h t0.9 4.81h t0.99 52.9h
计算结果表明，转化率从0.9提高到0.99时，反应时间从 4.81 h延长到52.9 h，说明大量反应时间花在高转化率上