理想反应器.ppt-化学反应工程
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0 FA0 0 rA
V V A d A
FA0 C A0v0 0 rA
CA0
xA dx A 0 rA
11/28/2019
22
恒容过程
xA
1
CA CA0
dxA
dC A CA0
V xA dxA 1 CA dCA
FA0 C A0 0 rA
11/28/2019
9
11/28/2019
10
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11
流体在管内作平推流流动具有如 下两特征：
1）在与流动方向呈垂直的截面上 没有流速分布；
2）在流体流动的方向不存在流 体质点间的混和，即无返混现 象。
11/28/2019
12
因此，各质点具有相同的停留时
间 (t ) ，等于反应时间t。
11/28/2019
20
FA (FA dFA ) (rA )dV dFA (rA )dV
dFA d FA0 (1 xA) FA0d A
FA0d A (rA )dV
平推流管式反应器的基础设计方程
11/28/2019
21
V dV A d A
16
上式若对于恒温、恒压过程，则有
PV
dV
t t
RT0 0 F0 AFA0 A
P V
dV
V
dV
RT0 0 F0 (1 A yA0 A ) 0 1 yA0 A A
在这些场合，空时和停留时间是不相 等的，使用时应加以区别。
11/28/2019
17
第三章 理想反应器
Ideal Reactor
3.5 平推流反应器
Piston Flowing Reactor
11/28/2019
1
SO3 Production Plant and Gas Treatment (Ballestra)
11/28/2019
2
11/28/2019
{磺化反应器}本 装置是以连续多 管膜式反应器为 基础的磺化（硫 酸化）装置，此 装置以洗涤剂工 业中使用的所有 主要原材料生产 磺酸和活性物， 如：十二烷基苯、 直链烷基苯、醇 类、月桂醚、α烯烃等。
11/28/2019
15
F，F0分别为物系反应后的摩尔流 率和起始摩尔流率， yA0为着眼组
分A的起始摩尔分率。
PV nRT
Pv0 FRT
导出v0 RT (F0 A FA0 A ) / P
t t 1 V
PdV
R 0 T (F0 A FA0 A )
11/28/2019
对于非等分子反应，需要按变容过程 来考虑。
Leabharlann Baidu
11/28/2019
14
膨胀因子：每反应掉一个摩尔的组分
A所引起反应物系总摩尔数的变化量。
即：
A
(n n0 )
n0 y A0 A
所以 n n0 (1 A y A0 A )
F F0 (1 A y A0 A ) F0 A FA0 A
u表示流体器内流速，L表示轴内距离
t t L dl V dV 0u 0 v
u u0
t t V
v0
11/28/2019
13
在整个过程中:
对于恒容反应过程平均停留时间，反 应时间和空时一致。 对于液相反应，均可视为恒容过程。
对气相反应，恒温，恒压等分子反 应上式也适用。
3
磺化反应工艺流程
11/28/2019
4
11/28/2019
5
重油催化裂化(FCC)装置总图
11/28/2019
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在催化裂化装置中反—再系统地反 应器为提升管反应器，它是基于平 推流的基础上建立起来的。自60年 代以来,提升管反应器由于其气固通 量大、气固接触效率高以及操作范 围宽等特点,在催化裂化工业中得到 了广泛的应用。然而,随着人们的研 究深入,其径向流动结构的严重非均 匀性和较大的气固返混也逐渐为人 们所认识。
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25
但如果速率方程过于复杂，则往往
需要用数值积分或下图的图解法求 解方程。
11/28/2019
26
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27
例3-5-1 应用管径为D=12.6cm的管式反 应器来进行一级不可逆的气体A的热分 解反应，其计量方程为A=R+S；速率方 程为 -rA=kCA；而k=7.8 × 109 exp [ -19220/T ]（s-1），原料为纯气体A， 反应压力P = 5 atm（5×0.101325MPa） 下恒压，T = 500 0C 恒温反应。 反 应过程中压力恒定，要求A的分解率达 到 0.9，原料气体的处理速率为FAO = 1.55 kmol / h，求所需反应器的管长 L、停留时间t、空时τ （理想气体）。
C A0
r CA0
A
t
CA0
xA dx A 0 rA
CA C A0
dC A rA
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恒容过程平推流与分批式完全混合 反应器设计方程完全一致，因此只 要反应是在等温下进行，第二章的 速率式都适用于平推流。
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24
对于变容过程，其反应速率方程中的 各个浓度需同时考虑因化学反应和容 积而改变造成的浓度变化。
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8
在80年代中期,国内外的一些著名的 石油公司如Stone&Webster和Mobil 等分别提出了超短接触下行床反应 器的概念。对于催化裂化等以中间 产物为目的产品的过程,由于下行床 能够实现气固超短接触并具有接近 平推流的流型,将可以获得比提升管 更高的产品收率,因而受到人们的普 遍关注,被誉为“21世纪取代提升管 的换代新技术”。
3.5.1 设计方程
11/28/2019
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对器内微元容积dV进行物料衡算， 列出组份A的物料衡算式。 根据衡算的一般形式：
累积量 = 输入量 - 输出量
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单dV位的时A的间摩进尔入数的 单流位出时A的间摩从尔dV数 单微位元时A的间反在应dV量的
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解：反应气体的进料体积流速为：
v0
FA0 RT P
1.55 0.082 773 19.66(m3 / h) 5
反应流体在管内的体积流速为：
V V A d A
FA0 C A0v0 0 rA
CA0
xA dx A 0 rA
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恒容过程
xA
1
CA CA0
dxA
dC A CA0
V xA dxA 1 CA dCA
FA0 C A0 0 rA
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流体在管内作平推流流动具有如 下两特征：
1）在与流动方向呈垂直的截面上 没有流速分布；
2）在流体流动的方向不存在流 体质点间的混和，即无返混现 象。
11/28/2019
12
因此，各质点具有相同的停留时
间 (t ) ，等于反应时间t。
11/28/2019
20
FA (FA dFA ) (rA )dV dFA (rA )dV
dFA d FA0 (1 xA) FA0d A
FA0d A (rA )dV
平推流管式反应器的基础设计方程
11/28/2019
21
V dV A d A
16
上式若对于恒温、恒压过程，则有
PV
dV
t t
RT0 0 F0 AFA0 A
P V
dV
V
dV
RT0 0 F0 (1 A yA0 A ) 0 1 yA0 A A
在这些场合，空时和停留时间是不相 等的，使用时应加以区别。
11/28/2019
17
第三章 理想反应器
Ideal Reactor
3.5 平推流反应器
Piston Flowing Reactor
11/28/2019
1
SO3 Production Plant and Gas Treatment (Ballestra)
11/28/2019
2
11/28/2019
{磺化反应器}本 装置是以连续多 管膜式反应器为 基础的磺化（硫 酸化）装置，此 装置以洗涤剂工 业中使用的所有 主要原材料生产 磺酸和活性物， 如：十二烷基苯、 直链烷基苯、醇 类、月桂醚、α烯烃等。
11/28/2019
15
F，F0分别为物系反应后的摩尔流 率和起始摩尔流率， yA0为着眼组
分A的起始摩尔分率。
PV nRT
Pv0 FRT
导出v0 RT (F0 A FA0 A ) / P
t t 1 V
PdV
R 0 T (F0 A FA0 A )
11/28/2019
对于非等分子反应，需要按变容过程 来考虑。
Leabharlann Baidu
11/28/2019
14
膨胀因子：每反应掉一个摩尔的组分
A所引起反应物系总摩尔数的变化量。
即：
A
(n n0 )
n0 y A0 A
所以 n n0 (1 A y A0 A )
F F0 (1 A y A0 A ) F0 A FA0 A
u表示流体器内流速，L表示轴内距离
t t L dl V dV 0u 0 v
u u0
t t V
v0
11/28/2019
13
在整个过程中:
对于恒容反应过程平均停留时间，反 应时间和空时一致。 对于液相反应，均可视为恒容过程。
对气相反应，恒温，恒压等分子反 应上式也适用。
3
磺化反应工艺流程
11/28/2019
4
11/28/2019
5
重油催化裂化(FCC)装置总图
11/28/2019
6
在催化裂化装置中反—再系统地反 应器为提升管反应器，它是基于平 推流的基础上建立起来的。自60年 代以来,提升管反应器由于其气固通 量大、气固接触效率高以及操作范 围宽等特点,在催化裂化工业中得到 了广泛的应用。然而,随着人们的研 究深入,其径向流动结构的严重非均 匀性和较大的气固返混也逐渐为人 们所认识。
11/28/2019
25
但如果速率方程过于复杂，则往往
需要用数值积分或下图的图解法求 解方程。
11/28/2019
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例3-5-1 应用管径为D=12.6cm的管式反 应器来进行一级不可逆的气体A的热分 解反应，其计量方程为A=R+S；速率方 程为 -rA=kCA；而k=7.8 × 109 exp [ -19220/T ]（s-1），原料为纯气体A， 反应压力P = 5 atm（5×0.101325MPa） 下恒压，T = 500 0C 恒温反应。 反 应过程中压力恒定，要求A的分解率达 到 0.9，原料气体的处理速率为FAO = 1.55 kmol / h，求所需反应器的管长 L、停留时间t、空时τ （理想气体）。
C A0
r CA0
A
t
CA0
xA dx A 0 rA
CA C A0
dC A rA
11/28/2019
23
恒容过程平推流与分批式完全混合 反应器设计方程完全一致，因此只 要反应是在等温下进行，第二章的 速率式都适用于平推流。
11/28/2019
24
对于变容过程，其反应速率方程中的 各个浓度需同时考虑因化学反应和容 积而改变造成的浓度变化。
11/28/2019
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11/28/2019
8
在80年代中期,国内外的一些著名的 石油公司如Stone&Webster和Mobil 等分别提出了超短接触下行床反应 器的概念。对于催化裂化等以中间 产物为目的产品的过程,由于下行床 能够实现气固超短接触并具有接近 平推流的流型,将可以获得比提升管 更高的产品收率,因而受到人们的普 遍关注,被誉为“21世纪取代提升管 的换代新技术”。
3.5.1 设计方程
11/28/2019
18
对器内微元容积dV进行物料衡算， 列出组份A的物料衡算式。 根据衡算的一般形式：
累积量 = 输入量 - 输出量
11/28/2019
19
单dV位的时A的间摩进尔入数的 单流位出时A的间摩从尔dV数 单微位元时A的间反在应dV量的
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解：反应气体的进料体积流速为：
v0
FA0 RT P
1.55 0.082 773 19.66(m3 / h) 5
反应流体在管内的体积流速为：