均相化学反应器
环境工程原理pp第13章均相化学反应器综述PPT文档共71页
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11、用道德的示范来造就一个人,显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的,对谁都一视同仁。在每件事上,她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由,因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样,法律和法律都是相互依存的。——伯克
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28、知之者不如好之者,好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人,倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢!
71
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快,这是不可能的,因为人类必须具备一种能应抱怨环境的心情,化为上进的力量,才是成功的保证。——罗曼·罗兰
第三节 理想均相反应器的计算
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间歇搅拌釜式反应器(BSTR) 平推流(活塞流)反应器(PFR) 理想均相反应器 全混流(连续搅拌釜式)反应器(CSTR) 多级全混流反应器(MCSTR)
一、基本原理
1. 物料衡算式:
流入量 = 流出量 + 反应消耗量 + 累积量 2. 热量衡算式: 物料带入量 = 物料带出量 + 反应热效应 + 累积量 3. 反应动力学方程式:
0
c A0 x Af (rA ) f (1 A x Af )
因此,对于变容过程,往往选择标准状况下的体积流量 作为计算空时的基准。
全混釜一般设计方程讨论
5. 动力学特征
1 rA
c A0
1 rA f
1 x Af (rA ) f
1 rA
t c A0
x Af
0
dxA rA
矩形面积
FA0 0.685 1 171 L h 单位时间处理物料的体积量为: 0 c A0 0.004
(3)计算反应体积 V 0 (t t) 171 (8.47 1) 1619L 1.619(m3 ) (4)由装料系数0.75计算反应器体积 V 1.619 VR 2.159(m3 ) 0.75
3.2kmol/m3。该反应为一级,反应温度下的反应速率常数为8×10-3s-1,最 终转化率为98.9%。若加料速率为10kmol/h,则需多大体积的全混流反应 器?若在一个体积为1m3的等温间歇釜中进行,辅助操作时间为30min,求 苯酚的产量和处理10kmol/h过氧化异丙苯时的反应体积?并与全混釜比较。 【思考123】① 恒容过程?变容过程?② 求反应器体积?反应体积? ③ 怎样从设计方程到反应体积?
实验十九 连续均相反应器停留时间分布的测定
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实验十九连续均相反应器停留时间分布的测定1 实验目的本实验旨在通过测量连续均相反应器中溶液的进出时间,得到反应器的停留时间分布,并探究不同进料流速对停留时间分布的影响。
2 实验原理连续均相反应器是指反应物在气液、液液或固液两相混合后,在反应器内不断流动,实现反应的一种装置。
在连续均相反应器中,每个质点在反应器内的停留时间是不同的,因此停留时间分布是一个反应器的重要性能参数。
停留时间分布是指质点在反应器内停留时间的概率密度函数,它能反映反应器内的流动特性、物理化学变化。
在本实验中,设计的反应器为塔式反应器,研究单一液相在反应器中的停留时间分布。
反应器内的搅拌器不断搅拌反应液,以保持液体中浓度的均匀分布,使反应均匀进行。
反应器内自上向下分别放置了进料管口、液面计和出料口,通过测量进出管口的时间,可以测定连续均相反应器中质点的停留时间分布。
3 实验步骤3.1 实验器材塔式连续反应器、溶液储罐、液面计、蠕动泵、计时器。
1. 准备实验样品。
将20%的乙醇溶液稀释为5%分数的乙醇溶液,作为实验样品。
2. 设置实验参数。
设定不同的进料流速,包括1.0 mL/min、2.0 mL/min、3.0 mL/min、4.0 mL/min、5.0 mL/min。
3. 注入实验样品。
将实验样品注入液体储罐,设定蠕动泵的流速。
4. 记录出料时间。
在实验操作开始时,记录出料口的时间和液面计读数,随着溶液的流动,不断记录出料时间和液面计读数。
5. 重复实验。
重复同样的实验步骤,至少进行3次以上的实验。
4 实验结果4.1 停留时间分布曲线通过实验数据计算得出不同进料流速下的停留时间分布曲线,如图所示。
图中的横坐标为反应器内质点的停留时间,纵坐标为停留时间的概率密度函数。
根据图中的曲线可以看出,不同进料流速下,停留时间分布的峰值和分布范围都存在差异。
在进料流速较低(≤2.0 m L/min)时,停留时间分布的峰值较窄、分布范围较窄。
化学反应工程-9-第二章-均相理想流动反应器
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表1 几种桨叶在不同要求下的不同适用情况
过程 桨叶形状 螺旋桨式 涡轮式 平桨式 螺旋桨式 涡轮式 平桨式 特征参数 容积/mL 0~3.785ⅹ105 0~2.08ⅹ105 0~7.57ⅹ105 固体含量/% 0~50 0~100 65~90 物料流量/ (cm3/s) 0~1.90 0~63 0~0.19 容积/mL 0~39.7ⅹ103 0~75.7ⅹ103 0~189ⅹ103 容积/L 0~3.97ⅹ103 0~37.85ⅹ103 0~37.85ⅹ103 要求 D/d H/D 没有 限制 补充说明
螺旋桨叶:NV=0.5;
NV=0.93D/d,D为釜直径。
六叶涡轮桨叶,叶片宽度和直径之比W/d=1/5 ,当Red>104,
功率数NP、NV和Red之间的关系如下图:
二、釜式反应器内混合概念
对于CSTR,存在两种混合。 1、返混 不同停留时间物料间的混合,即返混。CSTR是返混达到最大 的一种反应器。 问题:完全混合如何判断? 经验标准是:
a b
rS k 2C A2 CB2
a
b
瞬时选择率: 则:
rP SP rP rS
1 1 SP rS k 2 a2 a1 b2 b1 1 C A CB 1 k1 rP
问题:如何提高选择率?
⑴连续操作 ① a1 a2,b1 b 2 对 C A、C B 的控制应使都高,操作方式如下:
螺旋桨 式,平 直叶, 三叶 41.0 0.32
桨叶型 式 KL KT
螺距式, 涡轮式, 三叶 六平叶 43.5 1.00 71.0 6.30
六叶后 掠弯式 70.0 4.80
风扇涡 轮式, 六叶 70.0 1.65
平桨式, 二叶 36.5 1.70
化学反应工程chap 1 均相单一反应动力学和理想反应器
![化学反应工程chap 1 均相单一反应动力学和理想反应器](https://img.taocdn.com/s3/m/4e8c3beee009581b6bd9ebd5.png)
活化能隐含的反应速率对温度敏感程度的度量
例子: 例子:现有两个反应的活化能分别为100kJ/mol和
150kJ/mol ,试计算两者分别(a)温度由300K上 升10K,(b)温度由400K上升10K时速率常数k的 增大倍数。
E(KJ/mol) 100 100 150 150 温度(K) 300-310 400-410 300-310 400-410 速率常数增大倍数 3.64 2.08 6.96 3.00
22
对于体系中只进行一个不可逆反应的过程。 对于体系中只进行一个不可逆反应的过程。
aA+bB→rR + sS
m n −rA = kccAcB
m ⋅ m−3 ⋅s−1 ol
度上,符合阿累尼乌斯关系。 度上,符合阿累尼乌斯关系。
kc为以浓度表示的反应速率常数,随反应级数的不同 为以浓度表示的反应速率常数, 有不同的因次。一般, 是温度的函数, 有不同的因次。一般,kc是温度的函数,在一般工业精
∆nI nI −nI 0 ξ= = aI aI
相应地, 相应地,反应进行到某一时刻
nI = nI 0 + aIξ
10
反应程度的性质
※ ※ ※ ※ 时间的函数, 时间的函数,随反应的进行而不同 积累量,恒大于0 积累量,恒大于0 广度量 与反应式的写法有关
和性,如:功 和性,
广度量:描述体系的广度性质, 广度量:描述体系的广度性质,具有加 强度量:描述体系的强度性质, 强度量:描述体系的强度性质,不具加
7
对于化学反应计量方程 对于化学反应计量方程
aA+bB+L = rR+ sS +L L L
表示化学反应过程中各个组份间量的变化关系。亦 表示化学反应过程中各个组份间量的变化关系。 可以写成其它若干形式: 可以写成其它若干形式:
反应器基础知识—化学反应器的类型
![反应器基础知识—化学反应器的类型](https://img.taocdn.com/s3/m/bc7141632e60ddccda38376baf1ffc4ffe47e231.png)
反应过程 进行的条件
操作温度:等温反应、变温反应。 操作压力:常压反应、加压反应、减压反应。 操作方式:间歌式、连续式、半连续式。 旗热方式:自热式、对外换热式、绝执斗。
相的类别和数目
根据反应过程中所涉及的物料的相态可把反应分为均相反应和 非均相反应。 均相度应:指反应过程中只存在一个相态。如气相反应、液相 反应、固相反应。 均相反应:反应过程中不只存在一个相态。如气液相反应、液固相反应、气-液-固三相反应、气-固相反应。
反应速率除考虑温度、浓度等因素外,还与相间传质速率有关。
2. 按反应器结构分类 (a) 釜式反应器; (b)管式反应器; (c)固定床反应器; (d)流化床反应器; (e)塔式反应器:板式塔、填料塔、鼓泡塔、喷雾塔
实质是按传递过程的特征分类,相同结构反应器内物料具 有相同流动、混和、传质、传热等特征。
。
常见的工业反应器
均相间歇反应器
半间歇反应器
连续搅拌反应器组合
轴向填充床催化反应器
流化床催化反应器
一、化学反应类型:
化学反应类型
操作温度: 操作压力: 操作方式: 换热方式:
均相反应: 非均相反应:
反应特性
反应机理:简单反应(只发生一个化学反应)、复杂反应(不 只发生一个反应,如平行反应、连串反应、自催化反应)。 反应级数:零级反应、一级反应、二级反应、分数级反应等。 不同级数的反应,反应浓度对反应速率的贡献不同。 反应分子数:单分子反应、双分子反应、三分子反应等。 可逆性:可逆反应、不可逆反应。 热效应:吸热反应、放热反应。
均相: 气相:如石油烃管式裂解炉 液相: 如乙酸丁酯的生产
非均相: g-l相:如苯的烷基化 g-s相:如合成氨 l-l相:如已内酰胺缩合 l-s相:如离子交换 g-l-s相:如焦油加氢精制
环境工程原理 均相化学反应器
![环境工程原理 均相化学反应器](https://img.taocdn.com/s3/m/0540c29755270722192ef7c3.png)
反应量 -rAV
浓度cA,cB 体积V
积累量:dnA/dt=d(cAV)/dt=cA(dV/dt)+V(dcA/dt) 物料衡算式:
qVcA0=(-rA)V+ cA(dV/dt)+V(dcA/dt) qVcA0=(-rA)V+ cAqV+V(dcA/dt) V=V0+qVt
(13.1.2) (13.1.3)
二、多级串联反应器
(一)多级串联全混流反应器的基本方程
c0
c1
c2
cn
-1/rA
τ=τ1+τ2+···+τn
τ = τ1 +τ2 +τ3 +τ4
τ4 τ3
τ2
τ1
0 cA
c A0
第二节 全混流反应器
在恒容条件下,第i个反应器的基本设计方程为:
τi
=
Vi qV
=
cA(i−1) −cAi − rAi
=
反应器的基本方程
A的输入量=A的输出量+A的反应量+A的积累量 qnA0=qnA+(-rA)ΔV+dnA/dt
第一节 间歇与半间歇反应器
本节的主要内容
一、间歇反应器 二、半间歇反应器
第一节 间歇与半间歇反应器
一、间歇反应器
1. 间歇反应器的操作方法 将反应物料按一定比例一次加到反应器内,然后开始搅
A ⎯⎯k1→ P ⎯⎯k2 → Q
− rA = k1cA rP = k1cA − k2cP
rQ = k2cP
cA
=
cA0
1+ k1τ
cP
=
(1 +
cA0k1τ k1τ )(1+
k2τ )
cQ
均相反应器安全操作及保养规程
![均相反应器安全操作及保养规程](https://img.taocdn.com/s3/m/72abcc0f2a160b4e767f5acfa1c7aa00b42a9d66.png)
均相反应器安全操作及保养规程前言均相反应器是在化学工程、医药等领域中广泛应用的一种实验室器材。
它能够保持反应物在反应中的均相状态,从而提高反应效率。
均相反应器在使用过程中,必须注意安全操作和保养,以保持其长期稳定运行。
本文主要介绍均相反应器的安全操作及保养规程,包括使用前准备、操作过程中的注意事项、使用后的清理保养等内容,以帮助操作人员正确使用和保养均相反应器。
使用前准备1. 安装在使用均相反应器之前,应先检查其安装是否正确。
应将均相反应器放置在平稳的表面上,并连接好电源和水源等相应的设备。
在连接电源和水源时,必须保证其安全可靠,避免发生电漏、水渗漏等不安全因素。
2. 检查仪器检查均相反应器的所有配件是否齐全、无损坏现象,防止在使用过程中发生器材的故障或信息的错误。
3. 开启空气泵通电后,先开启空气泵,同时观察仪表的压力,以判断空气泵是否工作正常。
空气泵开启后,观察出口的气泡是否正常。
4. 开启水泵等空气泵工作正常后,再开启水泵。
用手触摸出水口,检查水流是否正常,是否有渗漏现象。
如果水流过小,应先检查滤芯有无泥沙等杂物阻塞。
5. 预热在进行反应前,首先需要用适量的水和试剂进行清洗,使均相反应器能够达到适宜的反应温度。
均相反应器开始工作后,应进行预热,预热时需根据反应物的特性合理地控制反应温度,以避免均相反应器过热。
操作过程中的注意事项1. 操作前的准备在进行反应操作前,应首先熟悉所需反应物和反应条件,制定相应的实验方案。
操作时应穿着适当的工作服和安全防护服,并保持仪器周围的清洁和整齐,避免杂物占据仪器周围的空间。
2. 使用聚四氟乙烯器皿使用均相反应器时,尽量选择聚四氟乙烯器皿,这样可以降低反应物附着并减少表面张力。
并应注意选择适合聚四氟乙烯器皿的容器大小。
3. 添加试剂在均相反应器中添加试剂时,应逐步加入,避免一次加入过多。
同时,应注重振荡速度和时间的关系,避免振荡速度过快,导致消耗过多的反应物。
第三章均相理想反应器
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第三章均相理想反应器反应器的开发主要有两个任务:1.优化设计—反应器选型、定尺寸、确定操作条件。
2.优化操作—根据实际操作情况,修正反应器的数学模型参数,优化操作条件。
最根本任务—最高的经济和社会效益。
3.1 反应器设计基础3.1.1反应器中流体的流动与混合理想反应器的分类对理想反应器(ideal reactor),主要讨论三种类型:1.间歇反应器(Batch Reactor—BR);2.平推流反应器(Plug /Piston Flow Reactor—PFR);3.全混流反应器(Continuously Stirred Tank Reactor—CSTR)。
返混(back mixing)—不同停留时间的粒子之间的混合;混合(mixing)—不同空间位置的粒子之间的混合。
注意:返混≠混合!平推流—物料以均一流速向前推进。
特点是粒子在反应器中的停留时间相同,不存在返混。
T、P、C i随轴向位置变(齐头并进无返混,变化随轴不随径)。
全混流(理想混合)—物料进入反应器后能够达到瞬间的完全混合。
特点是反应器内各处的T、P、C i相同,物性不随反应器的位置变,返混达到最大。
3.1.2 反应器设计的基础方程反应器的工艺设计包括两方面的内容:1.由给定生产任务和原料条件设计反应器;2.对已有的反应器进行较核,看达到质量要求时,产量是否能保证,或达到产量时,质量能否保证。
反应器设计的基础方程主要是:1.动力学方程;2.物料衡算方程;3.热量衡算方程;4.动量衡算方程。
一、物料衡算方程对反应器内选取的一个微元,在单位时间内,对物质A有:进入量=排出量+反应消耗量+积累量(3.1-1)用符号表示:F in F out F r F b即:F in=F out+F r+F b(3.1-2) 1.对间操作,反应过程无进料和出料,即:F in=F out=0则:-F r=F b(3.1-4) 反应量等于负积累量。
2.对连续稳定操作,积累量为零,即:F b=0则F in=F out+F r(3.1-6)二、热量衡算方程对反应器内选定的微元,单位时间内的热量变化有:随物料流-随物料流+与边界交+反应热=积累热量入的热量出的热量换的热量符号:Q in Q out Q u Q r Q b入为正放热为正即:Q in-Q out+Q u+Q r=Q b(3.1-8) 1.对于稳定操作的反应器,热的积累为零,即:Q b=0Q in-Q out+Q u+Q r=0(3.1-9) 2.对稳态操作的绝热反应器,Q u=Q b=0,即:Q in-Q out+Q r=0(3.1-10) 反应热全部用来升高或降低物料的温度。
反应器基础知识—反应器设计的基本方程
![反应器基础知识—反应器设计的基本方程](https://img.taocdn.com/s3/m/2649921176232f60ddccda38376baf1ffc4fe331.png)
nA0
A ( A )
nA0 xA
的
三 率
nR
nR0
R ( A )
nA0 xA
nB
nB0
B ( A)
nA0 xA
nS
nS 0
S ( A
)
nA0
x
A
nt
nt0
( A
B R ( A )
S ) nA0 xA
nt 0
nA0 xA
I ( A )
3、膨胀因子和膨胀率
生 产
膨胀因子:
A
I ( A )
中
A>0 摩尔数↑的反应
中
V V0 (1 AxA )
的 三
物理意义:反应物全部转化后系统体积的变化率
率
A (VxA 1 VxA 0 ) VxA 0
两者关系:
A = yA0A
浓度变化关系:
cA
nA V
cA0 (1 xA )
V0 (1 A xA )
4、收率和产率
生 产
收率:指通入反应器的原料量中有多少生成了目的产品。
反应速率
定义:某一时刻单位量的反应体系中反应程度随时间的变化率。 或单位时间单位体积物料数量的变化。
反应速率
变化量
反应时间 (反应体系)
注意:
1、上述定义无论对反应物和产物均成立。
若为反应物则为消失速度. 若为产物则为生成速度.
(rA )
1 V
dnA dt
ri
1 V
dni dt
2、反应速率恒为正值
生 产
AABB RR SS
中 的
初始 nA0
nB0
nR0
ns0
三 某一时刻 nA
1-均相反应动力学和理想反应器
![1-均相反应动力学和理想反应器](https://img.taocdn.com/s3/m/15c602c85fbfc77da269b13d.png)
A A B B ... R R S S ... I I 0
I组分的计量系数
化学计量方程特点:
1)只表示反应过程中参与反应组分间量的变化关 系,与反应的历程无关;
2)将计量方程乘以非零常数以后,可得到一个新 的计量方程 I I 0 ,不会改变组分之间量的 变化关系;为了消除计量系数在数值上的这种不 确定性,规定计量系数之间不应含有除1以外的任 何公因子。
n A n A0 nB nB 0 nR nR 0 nS nS 0 0 A ( 0) B ( 0) R ( 0) S ( 0)
( 0 )
( 0 )
( 0 )
( 0 )
n A n A0 A ( 0)
( 0 )
n nB 0 B B ( 0)
k k0 e
E RT
活化能与反应热
•活化能:将反应分子激发到可进行反应的“活化状态”所需要的能量。
活化能的物理意义:
k k0 e
E RT
dk E dk dT E k ( ) /( ) dT RT 2 k T RT
活化能反应了温度对反应速率常数的影响程度。
k k0 e
第一章 均相单一反应动力学和理想反应器
[学习目的]
Chapter 1 Chemical Kinetics of Homogenous Reactions & Ideal Reactor
了解反应程度、转化率、化学反应速率、化学动力学方程等基本知识;
了解反应器设计的基本概念及基础方程; 了解理想反应器在非等温条件下的设计、组合;
并按单一反应过程求得各自的动力学方程; 2)求和:在复合反应系统中,某一组分对化学反 应的贡献通常用该组分的生成速率来表示。当该 组分同时参与若干个单一反应时,该组分的生成 速率应该是其在各个单一反应中的生成速率之和。
化工反应器分类、特征、应用及放大方法
![化工反应器分类、特征、应用及放大方法](https://img.taocdn.com/s3/m/d2262a07763231126edb11f2.png)
化工反应过程的放大方法:
1、逐级经验放大法 2、数学模拟法 3、部分解析法 4、相似放大法
第一种 逐级经验放大法
定义: 运用物质模型从实验室规模的小试开始,经过逐 级放大的模型试验研究,直到将化工过程放大成为生产规 模。
依据:以前一级试验所取得的研究结果和数据为依据。
特点:比较原始,不够精确,不够经济,但有一定的价值
特点:用一组微分方程或一组代数方程,描述过
程的动态规律。是目前比较先进、科学的方法。
要求:即能描述过程,又简单便于应用。
一、数学模型 建立数学模型的思维方法
如反应器模型的基础: 热力学方程、反应动力学方程、三大传 递 物料衡算式、热量衡算式、动量衡算式 数学模型的简化 非理想流动模型—— 轴向分散模型、多釜 串联模型
考察设备内物料的流动与混合,传热和传质等物理过
程的规律。 反应器内各种物理过程的规律,只随反应器的型式或 结构的改变而改变,反应的类型不会改变传递规律。
综合化学反应特征和传递过程特征,建立函
数关系式,形成数学模型,预测工业反应器 性能。
只要反应器的型式结构和化学反应相同, 由数学模型表示的过程动态规律应不受设备 几何尺寸的限制,因此用数学模型进行工业 反应器的设计,应不存在放大效应。
数学模型的针对性
每一种数学模型都有一定的限制范围 。
例:管式反应器内物料的返混可以用扩散
模型描述,但扩散模型不能描述物料在管 式反应器的层流或湍流状态。
二、研究方法 以化学反应过程开发为例,按以下步骤 进行:
测定反应热力学和动力学的特征规律及其参数。
流化床反应器的类别
![流化床反应器的类别](https://img.taocdn.com/s3/m/2ae4ea0eef06eff9aef8941ea76e58fafab0450a.png)
流化床反应器的类别流化床反应器是一种广泛应用于化工、石化等领域的反应设备。
根据反应物料的状态和反应过程的特点,流化床反应器可以分为多种不同的类别。
本文将从不同角度介绍几种常见的流化床反应器类别。
一、按反应物料状态分类根据反应物料的状态,流化床反应器可以分为气体流化床反应器、液体流化床反应器和气液流化床反应器三种类别。
1. 气体流化床反应器气体流化床反应器主要用于气相反应,反应物料以气体形式进入反应器,并在床层内与固体催化剂或吸附剂进行反应或吸附。
气体流化床反应器具有良好的传质和传热性能,反应速率高,操作灵活等优点。
2. 液体流化床反应器液体流化床反应器主要用于液相反应,反应物料以液体形式进入反应器,并与固体催化剂或吸附剂在床层内进行反应或吸附。
液体流化床反应器具有较大的反应体积和接触面积,反应速率较快,能够实现高效的传质和传热。
3. 气液流化床反应器气液流化床反应器是气体流化床反应器和液体流化床反应器的结合,反应物料既包括气体又包括液体。
气液流化床反应器广泛应用于气液相催化反应、气液相吸附等过程。
二、按反应过程特点分类根据反应过程的特点,流化床反应器可以分为均相反应器和非均相反应器两种类别。
1. 均相反应器均相反应器是指反应物料和催化剂在反应过程中处于相同的物理状态,比如气体与气体的反应、液体与液体的反应等。
均相反应器具有反应速度快、反应条件容易控制等优点,广泛应用于化学工业中。
2. 非均相反应器非均相反应器是指反应物料和催化剂在反应过程中处于不同的物理状态,比如气体与固体的反应、液体与固体的反应等。
非均相反应器具有较大的反应接触面积,可以实现高效的传质和传热,适用于一些困难的反应。
三、按反应过程控制方式分类根据反应过程的控制方式,流化床反应器可以分为等温流化床反应器和非等温流化床反应器两种类别。
1. 等温流化床反应器等温流化床反应器是指反应过程中反应床温度保持恒定不变。
等温流化床反应器通常采用外部换热器或循环流体方式控制床温,以确保反应过程的稳定性和高效性。
化学反应工程-14-第三章-均相非理想流动反应器
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I是随所取样品的尺寸而改变的,单凭I不能完全反映混合状态。
混合尺度 用以说明调匀度是在何种尺度上测得。
①若在设备尺度上来考察,上图中两者都是均匀的,这时的状态 称为宏观均匀。
②若在微团尺度上,则两者具有不同的调匀度。 ③若在分子尺度上,两者都是不均匀的,只有微团消失,才 称为分子尺度的均匀或微观均匀。 结论:混合状态的度量由调匀度、混合尺度结合在一起共同描述的。
④对平推流,滴际混合对反应也没有影响。因为这时即使存在滴 际混合,在平推流情况下,这种混合只能是停留时间相同的物料 之间的混合,故不影响反应的总结果,而返混越大,滴际混合的 影响也越大;
⑤若整个反应过程转化率很低,则滴际混合的影响也很 小,转化率越高,滴际混合对反应过程的影响也越突出。
⑴液滴合并原因——界面张力
界面张力力图使液滴的表面积最小,抵抗任何变形和破碎。为
使液滴破碎,首先必须克服界面张力使液滴变形。界面张力是 搅拌过程的抗力。
⑵液滴破碎原理——绕流产生的不均匀压力和剪切力
当总体流动中存在高度湍动状态时,存在着方向迅速变换
的湍流脉动,液滴不能追随这种脉动而产生相对速度很大 的绕流运动。这种绕流运动,沿液滴表面产生不均匀的压 强分布和表面剪应力,从而将液滴压扁并破碎。
3.5 流体的混合态及其对化学反应的影响
问题的缘起:
对于两组分参加的化学反应,如果两组分未经预先混合而是
直接加入反应装置内,则它们在反应之前必需先发生混合。
对单一流体,同样存在着新鲜物料与反应器内已有的反应物 料之间的混合。
结论:
混合过程将直接影响反应组分在装置内的浓度,因而会影响
反应速率和反应效果。
3、流体混合态对反应结果的影响实例
⑴PFR中:
化学反应工程第三章均相理想反应器
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第三章均相理想反应器反应器的开发主要有两个任务:1.优化设计—反应器选型、定尺寸、确定操作条件。
2.优化操作—根据实际操作情况,修正反应器的数学模型参数,优化操作条件。
最根本任务—最高的经济和社会效益。
3.1 反应器设计基础3.1.1反应器中流体的流动与混合理想反应器的分类对理想反应器(ideal reactor),主要讨论三种类型:1.间歇反应器(Batch Reactor—BR);2.平推流反应器(Plug /Piston Flow Reactor—PFR);3.全混流反应器(Continuously Stirred Tank Reactor—CSTR)。
返混(back mixing)—不同停留时间的粒子之间的混合;混合(mixing)—不同空间位置的粒子之间的混合。
注意:返混≠混合!平推流—物料以均一流速向前推进。
特点是粒子在反应器中的停留时间相同,不存在返混。
T、P、C i随轴向位置变(齐头并进无返混,变化随轴不随径)。
全混流(理想混合)—物料进入反应器后能够达到瞬间的完全混合。
特点是反应器内各处的T、P、C i相同,物性不随反应器的位置变,返混达到最大。
3.1.2 反应器设计的基础方程反应器的工艺设计包括两方面的内容:1.由给定生产任务和原料条件设计反应器;2.对已有的反应器进行较核,看达到质量要求时,产量是否能保证,或达到产量时,质量能否保证。
反应器设计的基础方程主要是:1.动力学方程;2.物料衡算方程;3.热量衡算方程;4.动量衡算方程。
一、物料衡算方程对反应器内选取的一个微元,在单位时间内,对物质A有:进入量=排出量+反应消耗量+积累量(3.1-1)用符号表示:F in F out F r F b即:F in=F out+F r+F b(3.1-2) 1.对间操作,反应过程无进料和出料,即:F in=F out=0则:-F r=F b(3.1-4) 反应量等于负积累量。
2.对连续稳定操作,积累量为零,即:F b=0则F in=F out+F r(3.1-6)二、热量衡算方程对反应器内选定的微元,单位时间内的热量变化有:随物料流-随物料流+与边界交+反应热=积累热量入的热量出的热量换的热量符号:Q in Q out Q u Q r Q b入为正放热为正即:Q in-Q out+Q u+Q r=Q b(3.1-8) 1.对于稳定操作的反应器,热的积累为零,即:Q b=0Q in-Q out+Q u+Q r=0(3.1-9) 2.对稳态操作的绝热反应器,Q u=Q b=0,即:Q in-Q out+Q r=0(3.1-10) 反应热全部用来升高或降低物料的温度。
均相反应器压力溶弹安全操作及保养规程
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均相反应器压力溶弹安全操作及保养规程引言均相反应器是一种常用的化工设备,用于进行高压、高温的化学反应。
操作均相反应器时,要特别关注安全操作以保证人员的安全,并且进行定期的保养以确保设备的正常运行和寿命。
本文将介绍均相反应器压力溶弹的安全操作和保养规程。
1. 均相反应器压力溶弹的定义均相反应器压力溶弹是指在均相反应器中,由于压力过高、温度过高或其他原因导致容器爆炸的情况。
均相反应器压力溶弹具有严重的危险性,可能导致人员伤亡和设备损坏。
2. 均相反应器压力溶弹的原因均相反应器压力溶弹的原因可以归结为以下几个方面:•不合理的操作:如过高的温度、过大的压力、不正确的物料投料等。
•设备故障:如密封不好、冷却装置故障等。
•突发事件:如意外的停电、火灾等。
3. 均相反应器压力溶弹的危害均相反应器压力溶弹可能导致以下危害:•人员伤亡:爆炸发生时,可能会造成周围人员的伤亡。
•设备损坏:爆炸会导致设备的破坏,引发生产中断和经济损失。
•环境污染:爆炸会导致化学品泄漏,造成环境污染。
4. 均相反应器压力溶弹的安全操作规程为了保障均相反应器的安全运行,以下是均相反应器压力溶弹的安全操作规程:4.1 操作前的准备•阅读并理解相关操作手册、安全说明和应急处理计划。
•检查均相反应器的密封装置、压力表、温度计等设备是否正常。
•检查冷却装置是否正常运行。
4.2 操作过程中的注意事项•严格按照操作手册的要求进行操作,禁止超负荷操作。
•注意监控均相反应器的压力、温度和流量等参数,如发现异常要及时采取措施。
•定期检查承压部件和密封部位是否有裂纹、漏气等异常情况。
4.3 突发事件的应急处理•突发事件发生时,要立即采取紧急停车和排放压力的措施。
•如果爆炸发生,要迅速启动应急处理计划,确保人员的安全撤离和环境的保护。
5. 均相反应器的保养规程为了保证均相反应器的正常运行和寿命,以下是均相反应器的保养规程:5.1 定期检查•定期检查均相反应器的密封装置,如有损坏要及时更换。
连续均相反应器停留时间分布的测定实验报告
![连续均相反应器停留时间分布的测定实验报告](https://img.taocdn.com/s3/m/8c626165453610661ed9f489.png)
实验日期 2015.5.29 成绩同组人×××(2)、×××(3)、×××(4)、×××(5)、×××(6)闽南师范大学应用化学专业实验报告题目:连续均相反应器停留时间分布的测定12应化1 ××12060001××B1组0 前言实验目的:1,、了解管式反应器的特点和原理;2、掌握脉冲示踪法测定管式反应器和釜式反应器内物料停留时间分布测定和数据处理方法;3、掌握活塞管式反应器和全混流反应器内物料的停留时间分布密度函数E(t)和停留时间分布函数F(t)的特点及其数学特征;4、学会用理想反应器的串联模型来描述实验的流动性。
[1]实验原理:由于反应器内流体速度分布不均匀,或某些流体微元运动方向与主体流动方向相反,因此使反应器内流体流动产生不同程度的返混。
在反应器设计、放大和操作时,往往需要知道反应器中返混程度的大小。
停留时间分布能定量描述返混程度的大小,而且能够直接测定。
因此停留时间分布测定技术在化学反应工程领域中有一定的地位。
停留时间分布可用分布函数F(t)和分布密度E(t)来表示,两者的关系为:测定停留时间分布最常用的方法是阶跃示踪法和脉冲示踪法。
阶跃法:脉冲法:式中:C(t)——示踪剂的出口浓度。
Co——示踪剂的入口浓度。
[2]Vs———流体的流量Qλ——示踪剂的注入量。
由此可见,若采用阶跃示踪法,则测定出口示踪物浓度变化,即可得到F(t)函数;而采用脉冲示踪法,则测定出口示踪物浓度变化,就可得到E(t)函数。
1 实验方案1.1 实验材料三釜串联反应器1.2 实验流程与步骤实验流程图:实验步骤:(1)准备工作②饱和KNO3液体注入标有KNO3的储瓶内。
②连接好入水管线,打开自来水阀门,使管路充满水。
③查电极导线是否正确。
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xA 0
(12.2.1)
(12.2.2)
(12.2.3) (12.2.4)(恒容反应)
dxA rA
t
cA
c A0
dcA rA
(12.2.6)(恒容反应)
第一节 间歇与半间歇反应器
间歇反应器的图解设计法
t c A0
xA
0
dxA rA
(12.2.4)
t
A的流入量
qn A0 qVcA0
反应量 -rAV
浓度cA 体积V
qvcA0=(-rA)V+ cAqv+V(dcA/dt)
(13.1.3)
第一节 间歇与半间歇反应器
例题13.1.2
对于由反应 (a) 和 (b) 构成的反应系统,试定性说明在下 述半间歇操作时的反应系统中各组分的浓度变化。 (1)先向反应器中加入A,之后连续加入B。 (2)先向反应器中加入B,之后连续加入A。 A+B→P,r1=k1cAcB A+P→Q,r2=k2cAcP (a) (b)
1 n
[(1 x A )1n 1]
(n 1)
Vm c A rA Km cA
t
1 [c A0 x A K m ln(1 x A )] Vm
c A0 c B c B0 c A ln c B0 B c A0 x A c B0 (1 x A )
A BB P
nA=(nA0+qnA0t)(1-xA)
第一节 间歇与半间歇反应器
2. 半间歇反应器的设计方程
单位时间内A的加入量:qnA0=qvcA0 单位时间内A的排出量:0 反应量:(-rA)V 积累量:dnA/dt=d(cAV)/dt=cA(dV/dt)+V(dcA/dt) 物料衡算式: qvcA0=(-rA)V+ cA(dV/dt)+V(dcA/dt) (13.1.2)
第一节 间歇与半间歇反应器
半间歇操作的特点
(1)与间歇操作一样,是一个非稳态过程 (2)与间歇操作不同之处:反应混合液的体积随时间而 变化。
A的流入量 A的流入量
qn A0 qVcA0
反应量 -rAV 浓度cA 体积V
qn A0 qVcA0
反应量 -rAV A的流出量 浓度cA 体积V A的流出量
q n A q v cA
q n A q v cA
第一节 间歇与半间歇反应器
(二)半间歇反应器的设计计算
1. 转化率的定义
对于二级不可逆反应A+B→P
t时间内反应消耗掉的 A的量 xA A的起始量+t时间内加入的A的量 ( n A 0 qn A 0 t ) n A nA = 1 n A 0 qn A 0 t n A 0 qn A 0 t
cA 0
(t c A0 k )
ln(c A c A0 ) ln(1 x A ) kt
2
A P
rA kcA rA kcA
1 1 kt c A c A0
cA
1 n
t
cA
c A0
dcA rA
n
c A0
1 n
(n 1)kt
c A0
rA kc A c B
ln
(c B0 B c A0 )kt
第一节 间歇与半间歇反应器
例题13.1.1
间歇反应器中发生一级反应A → B(恒容反应),反
应速率常数k为0.35 h-1,要使A的去除率达到90%,则 A在反应器中需反应多少小时?
解:设xA为转化率,则cA的值为
cA=cA0(1-xA)= cA0(1-0.90)=0.10cA0 根据设计方程:cA/cA0=e-kt 有0.10cA0/cA0=e-0.35t 解得t=6.58h
第一节 间歇与半间歇反应器
二、半间歇反应器 (一)半间歇反应器的操作方法 (1) 将两种或两种以上的反应物、或其中的一些组分一次性 放入反应器中,然后将某一种反应物连续加入反应器。
特点:可控制加入成分在反应器中的浓度,便于控制反 应速率
(2) 将反应物料一次性加入反应器,在反应过程中将某个产 物连续取出。 特点:可以使反应产物维持在低浓度水平(利于可逆反 应向生成产物的正方向进行;防止分泌产物对微生物生 长的抑制作用)
反应率达到所定的目标之后,将混合物料排出反应器。之后
再加入物料,进行下一轮操作,如此反复。 2、间歇反应器的设计计算 设计计算的目的
(1)确定达到一定的反应率时需要的反应时间
(2)根据反应时间确定转化率或反应后的各组分浓度
第一节 间歇与半间歇反应器
间歇反应器设计的基本方程及设计方法
dnA rAV dt dx A n A0 rAV dt x A dx A t n A0 0 r V A
第一节 间歇与半间歇反应器
例题
间歇反应器中发生二级反应A +B→ C(恒容反应),实 验测得反应动力学方程为:rA=kcA2,速率常数 k=1.97L/kmol.min,已知:cA0=0.004kmol/L,求A的转化率 分别达到50%、60%、80%、90%,所需反应是多少? 如每天处理2400kgA(分子量146),转化率为80%, 每批操作的非生产时间为1h,计算反应器体积应为多少? 设反应釜装料系数为0.75.
第十三章 均相化学反应器
本章主要内容 第一节 间歇与半间歇反应器
第二节 完全混合流反应器
第三节 平推流反应器
第一节 间歇与半间歇反应器
本节的主要内容 一、间歇反应器 二、半间歇反应器
第一节 间歇与半间歇反应器
一、间歇反应器
1、间歇反应器的操作方法
将反应物料按一定比例一次加到反应器内,然后开始搅
拌,使反应器内物料的浓度和温度保持均匀。反应一定时间,
cA
c A0
dcA rA
(12.2.6)
1 rA
1 rA
面积
0
t c A0
xA
0
面积 t
cA
c A0
表 13.1-1 恒容恒温间歇与平推流反应器的设计方程 反应 反应速率方程 设计方程
rA k
rA kc A
c A0 c A c A0 x A kt (t c A0 k )
第一节 间歇与半间歇应器
A+B→P,r1=k1cAcB A+P→Q,r2=k2cAcP (a) (b)
c
cA
cQ
c
cB
cB
cP
cQ
t (a)先加入A,连续加入B时的变化