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1、复习,缩芯模型粒径不变、粒径缩小 不同控制步骤时的转化率与反应时间的关系 外扩散控制： f= rBRs/3(b/a)MBkGcAs t/tf = xB 产物层扩散控制： 反应控制,t/f = 1-3(1-xB)2/3+2(1-xB),颗粒反应速率方程,粒径缩小的缩芯模型,表面反应控制,气膜扩散控制,细小微粒,大粒子,气液反应动力学,气液传质与气液反应过程 双膜理论,气液传质设备及气液反应器,气液吸收及解吸：水吸收CO2, 水吸收NH3 ，浓硫酸吸收SO3 化学吸收： Benfield法，铜氨液吸收、湿法脱硫 气液反应过程：液相加氢，好氧生化反应 共同特征： 加大传质面积改进填料、塔件， 强化传
2、质加强气体分散,气液传质反应过程,气液反应过程的几个步骤： 气相反应物相气液界面的扩散； 气体反应物通过液膜相液相主体的扩散； 液相反应物通过液膜相气液界面的扩散； 气液反应物相遇后的液相化学反应； 产物的逆传递。,浓度分布及速率方程,双膜理论 NAg = DAg (pAg pAi)/g = kAg (pAg pAi) NAl = DAl (cAi cAl)/l = kAl (cAi cAl),双膜理论认为相际的传质是在静止的膜中进行，溶质渗透理论认为传质是由不同的小旋涡在表面停留不同时间引起的，表面更新理论假设旋涡的停留时间为一指数分布函数。,浓度分布及速率方程,瞬间反应 A(g)+bB(l
3、)P,g,r,L,增强因子,浓度分布及速率方程,瞬间反应 A(g)+bB(l)P,g,r,L,增强因子,增强因子是由于化学反应使气相反应物在液膜中扩散的距离缩短（从l变为r）而降低了液相传递阻力带来的宏观效果。,cBl ，反应速率，反应面越靠近相界面，cAi。 反应面移到相界面时（cBl cAi，r 0），为临界浓度cBl*。,浓度分布及速率方程,瞬间反应 A(g)+bB(l)P,g,r,L,cBlcBl*,rA = NAg = kAg pAg,cAi =0,rB = NBl = (DBl /l) cBl*,cBlcBl* 时,浓度分布及速率方程,极慢反应,浓度分布及速率方程,快反应：A(g)
4、+bB(l)P,二级不可逆反应,浓度分布及速率方程,快反应：A(g)+bB(l)P,拟一级不可逆反应,rA = kAlcAi,M = DAl k /kAl2,反应在液膜内便进行完全时,b 2,是二级反应可作为一级反应处理的必要条件。,浓度分布及速率方程,快反应：A(g)+bB(l)P,拟一级不可逆反应,rA = kAlcAi,当气相反应物不能在液膜内完全消耗掉时,浓度分布及速率方程,可逆反应 ：A(g)+bB(l)P,如果液相中组分B的浓度远远大于组分A及P的浓度。假设反应较快，在液膜内已反应完毕，液流主体处于平衡状态，且DAlDpl。,如果反应在相界面瞬间便达到平衡,第四章 非等温反应器设计
5、,反应器操作中的温度控制问题 反应器的能量平衡方程 非等温反应器设计及反应器稳定性,非等温反应器,钛铁矿酸解 FeTiO3 + 2H2SO4 = TiOSO4 + FeSO4 +2H2O,非等温反应器,磷酸萃取 Ca5F(PO4)3 (s) +5H2SO4(l) =3H3PO4(l) +HF(g) +5CaSO4nH2O(s) 放热： 反应热： 436 kJ 硫酸稀释热： 659.2 kJ/kgH2SO498% 554.2 kJ/kgH2SO493% 反应最高温升：119C,非等温及非稳态过程,生产过程温度等操作条件的波动 开停车存在非稳定的过渡阶段 非稳态的操作 压力振荡式气液氧化反应器 产
6、生浓度富集效应等,几种典型反应器体积计算,反应器的设计原则 质量衡算、能量衡算、动量衡算 质量衡算： 积累速率 = 输入速率输出速率反应消耗速率反应生成速率 能量衡算:,几种典型反应器体积计算,间隙反应器 反应Aproduct 辅助时间t0 反应器体积=生产强度(t+t0),rA=f(CA,T),几种典型反应器体积计算,全混流反应器:均匀、集中参数 全釜衡算： 摩尔流量：F FA0FA=VrA V = (FA0-FA)/rA V=(v0CA0-vCA)/rA 若恒定体积流率 恒定反应速率 = V/v0 = (cA0-cA)/rA,rA=f(CA,T),几种典型反应器体积计算,平推流反应器 连续
7、流动、稳定 质量衡算： FA(y)-FA(y+dy)=rAdV -dFA/rA=dV dFA = vdcA dV=-vdCA/rA,rA=f(CA,T),非等温反应器的能量衡算方程,能量衡算: 积累=换热量-做功+输入-输出 计算公式: dE/dt=Q-Ws+Fi0hi0- Fihi 内能E 无相变、忽略势能、电磁能、动能等，只计显热： dE = cPdT,换热量Q 吸入为正、放热为负： Q = hA(Ta-T) 轴功Ws 搅拌功 焓变Fi0hi0- Fihi 包括反应热(-Hr)、相变热、显热和膨胀功： Fi0hi0- FihiFi0cpi（T0-T)- Hr,反应温度-与外界的换热量,管式
8、反应换热器,适用于管内流体温度恒定或反应热小的情况,通常情况,反应器中的功耗,体积膨胀功: W=pdV,Ei+pViUi+pVi=Hi,热焓及反应热,设计方程 V=FA0 xA/rA 一级反应 rA=kCA 等体积反应: CA=CA0(1-xA),全混流反应器体积计算,绝热过程,全混流反应器的设计问题,设计问题 已知出口转化率xA，物料流量v0，物料进口浓度CA0，求反应器体积。 （1）求出反应温度,（2）求出反应速率常数,（3）根据设计方程求反应器体积,全混流反应器的设计问题,反应器分析问题 已知物料流量v0，物料进口浓度CA0，反应器体积V，求出口转化率xA、出口温度。 （1）由质量衡算求
9、出反应温度与转化率关系,（2）求解能量方程,（3）联立求解可得反应温度和转化率,全混流反应器的设计问题,例5.2 绝热全混流反应器: C3H6O+H2OC3H6(OH)2 反应器体积为1.14m3,环氧丙烷进料速率为1134kg/h(19.5kmol/h),甲醇与环氧丙烷等体积混合后进料,速率为1045kg/h(32.6kmol/h),进水中含硫酸0.1%,体积流量为环氧丙烷的2倍,6562kg/h (364kmol/h).忽略混合前后体积的变化,混合前温度为15,混合热使进料温度为24.反应对C3H6O为一级反应,速率常数为k=16.961012exp(-75362/RT) (1/h),活化能单位为kJ/kmol.求绝热反应器的操作温度、出口转化率。,全混流反应器,Hr,20= Hc,20 -HB,20-HA,20=-84666kJ/kmol Cp=Cpc-CpB-CpA=-29.3kJ/(kmolK) Hr(T)=-84666+(-29.3)(T-293),联立求解得：xA=0.847,T=340.04K,小结,掌握反应器设计的基本原则：物料衡算和热量衡算 掌握非等温条件下（绝热条件）全混流反应器的设计问题和反应器操作分析问题,
