Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,第三章 理想反响器,概述,化学反响器是化工生产中的关键设备，反响器的类型很多，在不同类型的反映器中，能量与物质的传递特性有很大差异，因此反响器的类型对产品的质量及整个工艺过程的经济性都起着决定性的作用。,反响器的选型就是要根据给定反响体系的动力学特性，选择具有适宜传递特性的反响器设备,本章将以均相反响为背景，讨论理想流动反响器设计的根本理论。,理想反响器的三种根本形式,间歇反响器 (Batch reactor),活塞流反响器 (Plug flow reactor PFRs),全混流反响器 (Continuous stirred tank reactors CSTRs),本章内容,掌握工业反响器设计和开发计算中所为根本原理,以反响动力学为根底，根据反响的特点和反响器的性能，确定化学反响器的形式和最正确操作条件,复完成生产任务所必需的反响器体积及生产能力,理想反响器特性,理想混合反响器特性,返混无穷大，完全混合，混合瞬间完成，器内物料具有完全相同的温度和浓度，且等于反响器出口的温度和浓度。,如：搅拌良好的釜式反响器。,平推流反响器特性,器内物料以相同的速率和一致的方向进行移动、返混为0，所有物料在器内具有相同的停留时间。,如：长径比较大、流速较高的管式反响器。,连续流动反响器的空时、空速,空时：是空间时间的简称。它是指在规定的条件下，反响器有效容积和进料体积流量的比值，,空时与平均停留时间,连续流动反响器的空时、空速,空速SV：是空间速度的简称，它是空时的倒数。指在规定的条件下，单位时间内通过单位反响器容积的物料体积,空速说明反响器的生产能力，一般说来，空速越大，反响器的生产能力越大。,反响设计的根本计算方程式,物料衡算方程：A组分累积量=A组分流入量-A组分流出量-A组分反响消耗量,反应器,反应单元,带入量,带出量,反应量,累积量,间歇式,整个反应器,0,0,全混釜（稳态）,整个反应器,0,平推流（稳态）,微元长度,0,非稳态,3.2间歇搅拌釜式反响器BSTR,本节所要掌握的内容,1.间歇反响器的设计方程、操作方程的建立及应用；,2.等温间歇釜式反响器的计算单一反响,3.变容间歇釜式反响器的计算单一反响,4.确定最正确操作条件，计算完成规定的生产任务所需的反响器体积,3.2间歇搅拌釜式反响器BSTR,排除了物质的传递搅拌良好,无需考虑的反响器内热量传递,非定常态过程，cA、产物随时间而变，化学反响的结果将唯一地由化学反响动力学确定，反响进行的程度决定于反响时间的长短,具有周期性，一个周期包括操作反响时间t，也包括辅助非生产性时间t,生产灵活性大,间歇釜式反响器的物料衡算,对整个反响器中A组分物料进行衡算：,0 0 r,A,V,t,当,t,趋于0时,定义产物P组分的生成速率：rP 反响速率为单位时间单位体积生成P的摩尔量,对设计方程进行积分,A组分的转化率,间歇反响的反响时间,恒容间歇反响器,当n,1,当n1,例题,对于一级不可逆反响方程：,在一间歇反响器完成上述反响，如k0.01s-1，试计算转化率到达30%时所用的反响时间。,恒压间歇反响器,惰性气体,间歇反响器的体积计算,生产任务给定后，平均每小时需要处理的物料量，根据每批操作所需要的时间可以算出反响器的体积。其中每批操作所需要的时间包括两局部，一是物料的反响时间t，另外还有反响以外的加料、生温、冷却、卸料、清洗等时间，称为辅助时间t。因此反响器体积V计算公式为：,求得反响器的体积V后，根据实际反响过程的装料系数，可以求得反响器实际体积,例题,例题 工厂采用间歇反响器以硫酸为催化剂使已二酸与已二醇以等摩尔比在70下进行缩聚反响生产醇酸树脂，实验测得该反响的速率方程式为：,rA=kCACB,式中：,rA-以已二酸组分计的反响速率，kmol.L-1.min-1,k-反响速率常数，1.97L.kmol-1.min-1,cA、cB-分别为已二酸和已二醇的浓度，kmol.L-1,cA0、cB0均为0.004 kmol.L-1,求：,已二酸的转化率分别为xA=0.5、0.6、0.8所需的反响时间分别为多少？,假设每天处理已二酸2400kg，转化率为80%，每批操作的辅助时间为1小时，试计算确定反响器的体积大小。,总结,由间歇釜式反响器的设计方程可知：,反响物到达一定的转化率所需反响时间只取决于过程的反响速率，也就是说取决于反响动力学因素，与反响器的大小无关。,反响器的大小仅取决于反响物料的处理量。即生产强度,设计间歇反响器的计算：,反响时间 t：由设计方程与动力学方程联立求解，即可求得到达一定转化率所需时间t；,有效容积：VR,VR=v(t+t0),v-单位时间所需处理的物料体积根据产量计算,t0-每批生产的辅助时间,实际体积：V,V=VR /,-装填系数,