03 第三章 釜式反应器1

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本章内容
釜式反应器的物料衡算通式 等温间歇釜式反应器的计算 连续釜式反应器的反应体积 连续釜式反应器的串联与并联
釜式反应器中复合反应的收率与选择性
变温间歇釜式反应器 连续釜式反应器的定态操作
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釜式反应器的特征：

（1）结构 反应器高度与直径相当或稍高。 釜内设有搅拌装置和挡板。 常带夹套或釜内放置蛇管，传热以维持釜内所需温度。 （2）操作方式 间歇、连续、半间歇；分批装、卸； （3）应用场合 适用于液相均相反应、气液反应、液液反应、液固反应 、气液固三相反应。 适用于不同品种和规格的产品的生产，广泛用于医药、 试剂、助剂等生产。
又∵ 则
a A0
a
cA cA0 1 X A
R A kc 1 X A
a
（3-10）
等温下，反应速率常数k不变，
1 X Af 1 1 X Af 1 t a 1 a a 1 kcA0 0 1 X A a 1 kc A0
的应用。
间歇反应器操作时间由两部分组成：一是反应时间，即装
料完毕后算起至达到所要求的产品收率所需的时间；另一 是辅助时间，即装料，卸料及清洗所需时间之和。
设计间歇反应器关键在于确定每批所需时间，其中尤以反
应时间确定最为重要，而辅助时间则根据经验确定。
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（2）间歇釜式反应器的反应时间t
单一反应
II. 间歇操作，无物料的输入、输出，即Q = Qo = 0，则 间歇釜式反应器的物料衡算式
dni Vr i j rj 0 dt j 1
M
i 1, 2,, K
（3.5）
3.2 等温间歇釜式反应器的计算 （单一反应）
间歇釜式反应器的特点是分批装料和卸料，因此操作方式
灵活，特别适用于多品种、小批量的化学品生产。因此， 在医药、试剂、助剂、添加剂等精细化工部门得到了广泛
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。计算关键 t0 为辅助时间：装料、卸料、清洗所需时间之和。 经验给定
Vr 2.反应器的体积 V f
（3-14）
f ：装填系数 ，由经验确定,一般为 0.4～0.85
（4）等温间歇反应釜的最优反应时间
反应： 总操作时间
A→R
tT t t0
dFR 令： dt 0
（3-15）
根据函数求极值方法，目标函数对t求导， （3-16）
dcR cR 得： dt t t0
（3-17）
（3-17）即为FR最大时必须满足的条件，此 时的t即为最优反应时间tm。
tT↑，nA↓，cA↓，rA ↓
t0不变
反应时间t↑时， nR↑ ，cR↑，产量Vr· cR↑
Vr cR tT
不总是增大，存最优值， 即存在最优反应时间
令单位操作时间的产品产量FR为
Vr cR FR t t0
dcR Vr t t0 cR dFR dt 2 dt t t0
（3-6）
nA0 dX A Vr R A
（3-7）
（3-7）适用于多相，均相及等温，非等温的间歇 反应过程
一般等温间歇反应，Vr不变。若为均相反应，
cA0定义：
nA0 c A0 Vr
X Af 0
∴
t c A0
1 dX A R A
（3-8）
若进行a级单一不可逆反应
R A rA k c A
1 a
若a≠1，非一级反应，代入（3-8）中，整理
a 1 （3-11）
若a=1，一级不可逆反应，则
1 1 t ln k 1 X Af
（3-12）
注意：a=1，t与cA0和Vr无关
（3）等温间歇反应釜的反应体积
单一反应
1. 反应体积
Vr Q0 (t t0 )
（3-13） 操 作 时 间
3.1 釜式反应器物料衡算方程
Q0
Q
Q0
反应器进口物料体积流量 反应器出口物料体积流量 反应器进料中关键组分浓度 反应器出料中关键组分浓度
Q
ci 0
ci
ci0 ci
Vr
Vr
反应体积
假设： （1）M个均相反应，关键组分数为K。K≤M,若各反应均是独立 的，则K＝M，若反应不都是独立反应，则K<M。 （2）反应器内反应物料浓度和温度均一，且与流出物料的相应 值相等，则Vr为控制体积。
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化学反应工程
第三章 釜式反应器
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第三章—釜式反应器
连续搅拌釜式反应器
重点掌握: 等温间歇釜式反应器的计算（单一反应、平行与连串反应）。 连续釜式反应器的计算 。 空时和空速的概念及其在反应器设计计算中的应用。 连续釜式反应器的串联和并联。 釜式反应器中平行与连串反应选择性的分析，连接和加料方式 的选择。 连续釜式反应器的质量、热量衡算式的建立与应用。 深入理解： 变温间歇釜式反应器的计算。 广泛了解： 串联釜式反应器最佳体积的求取方法。 连续釜式反应器的多定态分析与计算。 产生多定态点的原因，着火点与熄火点的概念。
（1）釜式反应器的物料衡算通式
在 dt 时间间歇内对整个反应器做关 键组分 i 的物料衡算：
Q0
Q
ci 0
ci
Q0ci 0 dt Qci dt R iVr dt dni
dni （3-1） Q0 ci 0 Qci R iVr dt i 1, 2, K
Vr
其中：
R i ij r j
A+B→R A初始量，设为 nA0
（A为关键组分）
nA nA0 1 X A
X A 为反应物A的转化率
对nA进行微分运算，
dnA nA0 dX A
代入（3-5）式，得
dX A Vr R A nA0 0 dt
积分限：t=0，XA=0；t=t，XA=XAf
t
X Af 0
j 1
M
（3-2）
ij
关键组分i 在第j个独立均 相反应中的化学计量数
反应物: 产物:
Ri 0
Ri 0
I. 定态操作，累积速率dni/dt，则式（3-1）化为
连续釜式反应器的物料衡算式
Q0 ci 0 Qci Vr i j rj
j 1
M
i 1, 2,, K
（3.4）