化工基础ch反应器

恒容时：t CA dCA
r CA0
A
(2.1-3)
t CA0
xA 0
dxA rA
(2.1-4)
无论是等温变温等容变容(2.1-2)式均成立。
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2.反应器有效体积VR的计算
由(2.1-2)式所得的时间是指在一定的操作条 件下，为达到所要求转化率xA所需的反应时间, 而不是每批操作所需的时间，每批操作所需的
单位时间 A的流入量
单A的位流时出间量
单位时间 A的反应量
的反积应累器速中度A
0
0
rA VR
即： rA VR
d（VRC
）
A
dt
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d（VRC A） dt
(2.1-1)
或：
n A0
dx A dt
= rA VR
积分得：t nA0
xA 0
dxA rA VR
(2.1-2)
※间歇反应器的设计基础式※
3.平均停留时间： 流体微元平均经历的时间称为 平均停留时间。 4.空时：反应器的有效体积VR与进料的体积流量 v0之比。物理意义是处理一个反应器体积的物料 所需要的时间。
VR
v0
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5.空速：空时的倒数。物理意义是单位时间可以 处理多少个反应器体积的物料。
SV
1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
※空时、空速用于连续流动反应器。进料体积流
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0 FA0 FA
dZ FA+dFA
Z FAf
dVR
单位时间 A的流入量
单A的位流时出间量
单A的位反时应间量
的反积应累器速中度A
⑥反应器实际体积
V VR = 1275.893 l
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§2.2 平推流反应器
工业上的管式反应器其长径比较大的可近似地按平推流反
应器处理。
一、平推流反应器的特征
0
Z/2
Z
1.通过反应器的物料质点，沿同一方
向以同一流速流动，在流动方向上没 CA
有返混。
CA0
2.所有物料质点在反应器中的停留时 间都相同。 3.同一截面上的物料浓度相同、温度
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反应器操作中的几个术语
1.反应时间：是指反应物料进入反应器后，从 实际发生反应的时刻起，到反应达某个转化率 时所需的时间。(主要用于间歇反应器) 2.停留时间：是指反应物料从进入反应器的时 刻算起到它们离开反应器的时刻为止所用的时 间。(主要用于连续流动反应器)。
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量按反应器入口处温度、压力求取。
6.返混：具有不同停留时间的流体微元之间的混 合称为返混。
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§2.1 间歇反应器
（间歇操作搅拌釜式反应器） 分批式(又称间歇式)操作，是指反应 物料一次加入反应器内，而在反应过程中 不再向反应器投料，也不向外排出反应物， 待反应达到要求的转化率后再全部放出反 应产物。
V VR
(2.1-6)
式中：Ф是装料系数，一般为0.4～0.85，不
起泡、不沸腾物料取0.7～0.85，起泡、沸腾
物料取0.4～0.6。
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[例2.1-1] 在等温间歇反应器进行氯乙醇的皂化反应
ClCH2CH2 OH ＋NaHCO3
OHCH2CH2OH ＋NaCl＋CO2
生产乙二醇，产量为20kg／h。使用15％(质量)NaHCO3
W = WA＋WB= 281.239 kg/h
v0= W/ρ= 281.239/1.02 = 275.78 l/h
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④反应时间
t CA0
xA 0
dxA rA
1 kCA0
xA dxA 1 xA 2.97 h 0 (1 xA )2 kCA0 1 xA
⑤反应器有效体积 VR= v0 (t+t0) = 275.78×(2.97+0.5) = 956.92 l
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解：计量方程式可写成：A＋B
P＋D＋S
①各组分的分子量 MA= 80.5 MB= 84 MP= 62
②各组分的摩尔处理量NP = 20/62 = 0.3226 mol/h NA0 = NB0 = NP / 0.95 = 0.3396 mol/h
③求两股物料的重量流量
0.3WA/80.5 = 0.15WB/84 = 0.3396 mol/h ∴ WA= 91.126 kg/h WB= 190.167 kg/h
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图2.1-1带搅拌的釜式反应器
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一、间歇反应器特点
1. 反应物料一次加入，产物一次取出。 2.非稳态操作，反应器内浓度、温度随反应时
间连续变化。 3.同一瞬时，反应器内各点温度相同、浓度相
同。
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二、间歇反应器体积计算
1.反应时间的计算
以反应物A为关键组分，A的反应速率记作 （-rA），根据间歇反应器的特点，在单位时间 内对整个反应器作物料衡算：
时间应是(t + t0) ∴反应器的有效体积为
VR = v0 (t + t0)
(2.1-5)
式中：t0是辅助生产时间，包括加料、出料、
清洗反应器和物料的升温、冷却。v0是平均每
小时反应物料的体积处理量。
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3.反应器实际体积V的计算
反应器的实际体积是考虑了装料系数后
的实际体积(不包括换热器搅拌器的体积)。
CAout
CA CA0
管长
Z/2
Z
0
相同。
CAout
Z/2 Z
4.物料的温度、浓度沿管长连续变化。
时间 图 3.4-1 平推流反应器图示
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二、平推流反应器设计
1. 平推流反应器的设计方程 根据平推流反应器的特点，可取反应器中一
微元段作物料衡算，然后沿管长对整个反应器积 分，就可得到平推流反应器的设计基础式。
2 均相反应过程
§2.1 间歇反应器 §2.2 平推流反应器 §2.3 全混流反应器 §2.4 多釜串联全混流反应器 §2.5 反应器型式和操作方式的评选 §2.6 反应器的热衡算与热稳定性
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主要讲述理想反应器的设计原理及反 应器的选型。
要求掌握的内容： 1.理想反应器的设计计算方法 2.根据化学反应的动力学特性来选择 合适的反应器型式
水溶液及30％(质量)的氯乙醇水溶液作原料，反应器投
料氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1∶1，混合液相的密度
为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应
温度下反应速率常数等于5.2 l／(mol·h)。要求转化率达
到95％。(1)若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体
积。(2)若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。