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第三章理想间歇反应器与典型化学反应的基本特征
§ 反应器设计基本方程
§ 理想间歇反应器中的简单反应
§ 理想间歇反应器中的均相可逆反应
§ 理想间歇反应器中的均相平行反应
§ 理想间歇反应器中的均相串连反应
按操作方式分: 间歇操作反应器;
连续操作反应器;
半间歇半连续操作反应器。
按构型分:釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定
床、流化床等。
二、典型的化学反应
(1)简单反应(2)可逆反应
(3)伴有平行副反应的复杂反应
(4)伴有串连副反应的复杂反应
一、反应器的基本类型
、反应器设计的基本方程
、反应器设计的基本内容
三、计算所需反应器的体积
二、确定最佳工艺条件
一、选择合适的反应器型式
反应器设计的基本方程
包括反应动力学方程、物料衡算式、热量衡算式和动量衡算式。
一、物料衡算方程式
物料衡算以质量守恒定律为基础,是计算反应器体积的基本方程.
衡算范围:取物料浓度、温度均匀的体积元和时间元。
组分i流入量=组分i流出量+组分i反应消耗量+组分i累积量
反应消耗
累积
流入
流出
反应单元
物料衡算通式:
反应器
反应单元
流入量
流出量
反应量
累积量
间歇式
整个反应器
0
0
√
√
平推流(稳态)
微元长度
√
√
√
0
全混釜(稳态)
整个反应器
√
√
√
0
非稳态
√
√
√
√
二、热量衡算式
热量衡算以能量守恒与转化定律为基础,可计算反应器内温度的变化,衡算范围同上。热量衡算通式:
带入的热焓=带出的热焓+反应热+热量的累积+传给环境的热量
反应热
累积
带入
带出
反应单元
传给环境
反应器
反应单元
带入热
带出热
反应热
累积热
间歇式
整个反应器
0
0
√
√
平推流(稳态)
微元长度
√
√
√
0
全混釜(稳态)
整个反应器
√
√
√
0
非稳态
√
√
√
√
三、动量衡算方程
动量衡算以动量守恒与转化定律为基础, 当气相流动反应器的压降大时,需要考虑压力对反应速率的影响,需进行动量衡算。一般情况不予考虑。
理想间歇反应器中的简单反应
理想间歇反应器的特征
反应物料一次加入反应器内,待反应达到要求的转化率后再全部放出反应产物。
理想间歇反应器的特点:
优点: 操作灵活,适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品的生产精细化工产品的生产
缺点:装料、卸料等辅助操作时间长,产品质量不稳定。
1、反应器内物料浓度达到分子尺度上的均匀,器内浓度处处相等;
2、具有足够强的传热条件,温度始终相等;
3、物料同时加入并同时停止反应,所有物料具有相同的反应时间。
0 0
即:
或:
、理想间歇反应器性能的数学描述
一、反应时间的计算
反应器中物料浓度和温度是均匀的,只随反应时间变化,可以通过物料衡算求出反应时间t和xA的关系式。
积分得:
上式为间歇反应器的设计基础式。无论是等温、变温、等容、变容上式均成立。
恒容时:
已知反应动力学方程和组分A的浓度变化,可由上式积分求得反应时间。
若被积函数复杂,可采用数值积分或图解积分。图解积分如下图示。
t/cA0
xA
xAf
xA0
t
CA
CAf
CA0