化学反应工程(陈甘棠) 第三章课件

H r c A0
cv
积分：
T T0
2018年11月13日星期二
x A x A0
3 反应容积的计算
VR Q0 t t0
t ：反应时间 t 0 ：辅助时间
Q0 ：辅助时间单位时间内处理的反应物料的体积
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实际反应器的体积
VR V f
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c R cS rA k1 c AcB K
100℃时：
k1 4.76 10 l / mol min
4
平衡常数 K=2.92，试计算乙酸转化 35%时所需的反应 体积，根据反应物料的特性，若反应器填充系数去
0.75，则反应器的实际体积是多少？
为：
积累
(rA )VR
dn A d VR c A dt dt
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d VR c A rA VR dt
nA0 1 x A VR c A nA
d VR c A dx A n A0 rAVR dt dt n A0 dx A rA VR dt
平推流：反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动， 所有的物料在器内具有相同的停留时间。
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第一节 间歇式完全混合反应器
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特点：
反应器内各处温度始终相等，无需考虑反应器内的热
量传递问题
所有物料具有相同的反应时间
优点：
操作灵活，易于适应不同操作条件与不同产品品种，
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分析：
求
V
VR V f
求 VR
VR Q0 t t0
t 0 已知
已知
求 Q0和
t
Q0
设计方程
t
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解： 首先计算原料处理量 Q0 每小时的乙酸用量为：
12000 12000 MR 88 24 0.35 24 x A
16.23kmol / h
适用于小批量， 多品种，反应时间较长的产品生产
缺点：
装料，卸料等辅助操作时间长，产品质量不易稳定
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1 物料衡算
单位时间 输入的物 料A量
_
单位时间 _ 输出的物 料A量
单位时间 内反应掉 = 的A量
A在反应 器内积累 速率
对于间歇釜式反应器： 输入=输出=0 假设釜的有效反应容积为VR ，单位时间内反应掉的A量
的操作设计；
3）根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器 的几何尺寸并进行某些经济评价。
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间歇式完全混合（无返混） 理想混合反应器 （完全混合） 连续式完全混合（返混程度最大）
理想反应器
平推流反应器
（无返混）
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返
混：不同停留时间的粒子间的混合
对于间歇式反应器： 输入热量
UATm T
输出的热量=0
单位时间的反应热
rA VR H r
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d cv TVR 积累 dt d cv VRT UATm T H r rA VR dt
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第三章 理想反应器
第一节 间歇式完全混合反应器
1 物料衡算 2 热量衡算 3 反应容积的计算 4 间歇反应器的最优操作时间
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反应器设计的基本内容 1）根据化学反应的动力学特性来选择合适的反应器形式； 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
对于恒容过程 ：
dT cv VR rA VR H r UATm T dt
dT rA H r UA Tm T dt cv cv VR

H r c A0 dx A
cv
UA Tm T dt cv VR
积分得：
n A0
xA
0
c A dc x A dx dx A A A c A0 cA0 r 0 r VR rA A A
——间歇完全混合反应器的设计方程
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2 热量衡算
单位时间 内输入的 _ 热量 单位时间 内输出的 _ 单位时间 = 的反应热 热量 单位时间 内累积的 热量
——变温操作热衡算式，操作方程
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对于非等温操作：
t 0, c A c A0 , x A 0, T T0
与设计方程联立，用龙格库塔法求解
对于绝热操作： U
0
dT H r c A0 dx A dt cv dt
t 0, T T0, x A x A0
f : 装填系数，0.4-0.85 。一般由实验确定，也可根据反
应物料的性质不同而选择。
对于沸腾或起泡沫的液体物料，可取0.4-0.6 对于不起泡或不沸腾的液体，可取0.7-0.85
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例 3-1 用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天生 产乙酸乙酯12000kg，其化学反应式为：
原料液中含1kg乙酸
由于原料液中A:B:S=1:2:1.35
1 2 1.35 4.35kg
原料液量为：
16.23 60 4.35 3 4.155m / h 1020
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原料液的起始组成：
c A0
16.23 3.908mol / l 4.155
k1 k2
CH3COOH C2 H 5OH
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CH3COOC 2 H 5 H 2O
原料中反应组分的质量比为A:B:S=1:2:1.35, 反应液的
密度为1020kg/m3, 并假定在反应过程中不变，每批装 料，卸料及清洗等辅助操作时间为 1h ，反应在 100℃ 下等温操作，其反应速率方程如下：
由
3.908 60 2 cB 0 10.2mol / l 46 3.908 60 1.35 cS 0 17.59mol / l 18 x A dx A t c A0 求反应时间 0 r A