反应工程总结3

3.1-3.2釜式反应器的物料衡算式与等温间歇釜式反应器的计算（单一反应）

操作方式：间歇、连续、半间歇

间歇操作：非定态过程物系参数随时间而变

连续操作（定态过程）：物系参数不随时间变而随位置变

釜式反应器的物料衡算通式：

假设：1、 反应器内物料温度均一 2、反应器内物料浓度均一

反应时间：

对非稳态操作（间歇反应器，无物料的输入与输出），反应时间内：

此式适用于任何间歇反应过程。

恒容

i

r i i i dn dt V dt Qc dt c Q +-=R 00

时间的长短取决于反应组分的初始浓度（一级反应除外）和所要求达到的转化率。

反应体积

注：1、t 为反应时间：装料完毕开始反应算起到达到一定转化率时所经历的时

间。

2、t0 为辅助时间：装料、卸料、清洗所需时间之和。

经验给定

实际反应体积f ：装填系数 ，由经验确定,一般为 0.4～0.85

3.4连续釜式反应器的反应体积

连续釜式反应器物料衡算式

单一反应，求反应体积V r

3.5连续釜式反应器的串联与并联（p68-74）

正常动力学，转化速率

随XA 增加而降低。

多釜串联比单釜有利，总反应体积小于单釜体积。

对于正常动力学，串联的釜数增多，则总体积减小。

(但操作复杂程度增大，附属设备费用增大）

反常动力学，转化速率随XA增加而增加。

单釜的反应体积小于串联釜的总体积

串联釜式反应器的计算

对一级不可逆反应：

3.串联釜式反应器的最佳反应体积比

当物料处理量VO、进料组成及最终转化率XAm和反应器级数m确定后，如何最佳分配各级转化率xA1、xA2、……、xAm－1，使VR最小。

对单一反应，总反应体积为：

据此求得各釜的转化率，从而求得此时最小。

即：在釜数及最终转化率已规定情况下,为使总的反应体积最小,各釜反应体积存在一个最佳比例。

串联釜式反应器进行 级反应

3.6釜式反应器中复合反应的收率与选择性

1.总收率与总选择性

瞬时收率

瞬时选择性::p Y S

则：

A p SdX dY =最终转化率

:Af X 总选择性

:o

S

总选择性和转化率的关系取决于反应动力学，反应器形式和操作方式等。因此，同是釜式反应器，由于操作方式不同，虽然最终转化率一样，但最终收率却不一样。 当瞬时选择性随关键组分转化率增大而单调增加时， 收率顺序：

间歇釜＜多个连续釜串联＜单一连续釜

当瞬时选择性随关键组分转化率增大而单调下降时， 收率顺序：

间歇釜＞多个连续釜串联＞单一连续釜

3.8变温间歇釜式反应器

1.间歇釜式反应器反应物料的温度与时间关系：

2.变温间歇操作的热量衡算 等温反应：

)

()(A r r c h V H T T UA R -∆=-

绝热反应：

3.9 连续釜式反应器的定态操作

1、不管是间歇或连续，在釜式反应器中绝热条件下反应，反应温度与转化率的关系相同。

2、热量衡算式：

1）定态操作下时连续釜式热量衡算式：

））（T T UAh V R H T T C

p Q C r A T r pt

-=∆+-(-)()(0

00 2）复合反应的连续釜式热量衡算式：

∑=-=∆+-M

j C T j r r pt

T T UAh H rj V T T C

p Q 1

0,00()()(）

3、当进料温度恢复正常后，如果反应温度能恢复到原来的定态温度，则称该定态温度为稳定的定态点，否则为不稳定的定态点。

4、连续釜式反应器的定态操作温度曲线 图3.14

5、定态操作稳定的必要条件——移热线的斜率大于放热曲线的斜率

T

T

d dq

d dq

g

r

>

6、只有放热反应才可能出现多定态现象，而吸热反应的定态总是唯一的。