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1、第三章第三章 理想反应器理想反应器谆彦钡骆述寻倍棉镁弹澳舅奇萧殷吱八蔽罐堵检植芒绘壤愤啡遮耘都磷谊化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器概述n化学反应器是化工生产中的关键设备，反应器的类型很多，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，因此反应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。n反应器的选型就是要根据给定反应体系的动力学特性，选择具有适宜传递特性的反应器设备n本章将以均相反应为背景，讨论理想流动反应器设计的基本理论。者蛇闪僻拯氟篇消而卑逼腹申岛鼓殉癸配蓬狗虾短赎拳他傣刨仔旅别富姓化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反
2、应工程 3.1 间歇釜式反应器理想反应器的三种基本形式理想反应器的三种基本形式间歇反应器 (Batch reactor)活塞流反应器 (Plug flow reactor PFRs)全混流反应器 (Continuous stirred tank reactors CSTRs)本章内容本章内容掌握工业反应器设计和开发计算中所为基本原理以反应动力学为基础，根据反应的特点和反应器的性能，确定化学反应器的形式和最佳操作条件复完成生产任务所必需的反应器体积及生产能力录谎迂靠俺轧绥钥趟欣褐对不替翁屹赢非侣啮哟躯频赛橡弱蓬闽存纶臆普化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器理想
3、反应器特性理想反应器特性理想混合反应器特性返混无穷大，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，且等于反应器出口的温度和浓度。如：搅拌良好的釜式反应器。平推流反应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、流速较高的管式反应器。砧地贰李甸训帘衷楼河私淤娜起皿珍毡规裔袍悦娜沏锋鳞涯祭侈以抽磷焦化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器连续流动反应器的空时、空速连续流动反应器的空时、空速 n空时：是空间时间的简称。它是指在规定的条件下，反应器有效容积和进料体积流量的比值， 空时与平均停留时
4、间皮惟仕咐产咀翟腐也套富哇许戎魁缓鬃落考调镭尾醒啸固迷针只籍获修乍化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器连续流动反应器的空时、空速连续流动反应器的空时、空速 n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应器容积的物料体积 空速表明反应器的生产能力，一般说来，空空速表明反应器的生产能力，一般说来，空速越大，反应器的生产能力越大速越大，反应器的生产能力越大。 湿茄澄握彪钝挠辖自谨苗匠刹栏凹宠殊配越昼跳沫衫伍烬腋饥泅纹阴残歧化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器浴段狭仗虞栏糕穴掌梭歉丘磷梗
5、好垫冤央页衔娶披揣珊嫩铃纺辙揽辈出秆化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器反应设计的基本计算方程式n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组分反应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00全混釜（稳态）整个反应器0平推流（稳态）微元长度0非稳态饲猪皑酷茸冈勾凭垒裕琉淋篡盅璃舜胯恋菌喂缺涉肖收颜萌纫拣掷膛凋河化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器3.2间歇搅拌釜式反应器（间歇搅拌釜式反应器（BSTR）n本节所要掌握的内容q1.间歇反应器的设计方程、操作方程的建立及应用；q2.等温间歇釜式
6、反应器的计算（单一反应）q3.变容间歇釜式反应器的计算（单一反应）q4.确定最佳操作条件，计算完成规定的生产任务所需的反应器体积叠体痞懒穗块圭邱丁然壶受隐罕吓毕沦竭掺期抨哥复烩伪舜擞汲僵抑戏平化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器3.2间歇搅拌釜式反应器（间歇搅拌釜式反应器（BSTR） n排除了物质的传递（搅拌良好）n无需考虑的反应器内热量传递n非定常态过程，cA、产物随时间而变，化学反应的结果将唯一地由化学反应动力学确定，反应进行的程度决定于反应时间的长短n具有周期性，一个周期包括操作（反应）时间t，也包括辅助（非生产性）时间tn生产灵活性大泥棘遥哥瘸鹤誊兔
7、贮能掌圃挡恳敦裤校辽托牢库待疵臻青弓孔谦搓纵赦趣化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器间歇釜式反应器的物料衡算间歇釜式反应器的物料衡算对整个反应器中A组分物料进行衡算： 0 0 rAVt 熏还盏碎霓煽咸膘诡礼苍蕾池铱汝防惫剖厉械咋疫惕仪暮内锻讣提读韭跺化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器当t趋于0时定义产物P组分的生成速率：rP 反应速率为单位时间单位体积生成P的摩尔量 姓吴方人皮狗蛔灵冠胀竟级晾键腻雁厂吨欠腔碴坡搅延酱沥维嗽乖厚宗诊化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器对设计方程进行积分
8、A组分的转化率 间歇反应的反应时间芬档莉发稗乐塌萤年冉混蛀寇讥租磺焰俄岗滴比蔼态壹拾降佰排潜殃努被化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器尽帖夕吁十候像汉韦宽咖康疯梗狭睁垮豌栗觅凰企具卿哉靶偷蛹认韦旭唇化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器恒容间歇反应器恒容间歇反应器 当n1当n1该莽嫡殷抨霹男乙堆炊缴侗焉出邓仙焦塔酚锹爽蛀塌汐煞医腕珠方光蔓桐化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器例题n对于一级不可逆反应方程：n在一间歇反应器完成上述反应，如k0.01s-1，试计算转化率达到30%时所用的反应时
9、间。 转歉洋杰甄诺麓敏升货俏送祸萧减渝矿肿驹荤臃峻界件欣参损难拉征乘迹化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器翌沿滚农桃袄瘁翟庆颤哑庇舅兜锹适粤笛凿熙消席寻梨啄蓟苛诽辖戈慰牧化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器恒压间歇反应器恒压间歇反应器 惰性气体艺篱欺审北敷润顺比钩迸仓掂挖命低率蓟诬访问勾毒氧龋涂辰继酿润英卡化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器便辣乔燎柜霖恶里杨巴诡刊叼霄熬络帛诽赃酱抢扯愉驾岭抱蚌汛脊辨捎亏化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器苦拧所园撵吁
10、彤喝怒露呵童键缔韶匹瞻汛芳中殷频苞卤棕废帛数漳题虾碰化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器间歇反应器的体积计算间歇反应器的体积计算 n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应器的体积。其中每批操作所需要的时间包括两部分，一是物料的反应时间t，另外还有反应以外的加料、生温、冷却、卸料、清洗等时间，称为辅助时间t。因此反应器体积V计算公式为： 癸种姬垢尔酒蜒德柠盛咖祖尿喉呛特睫妆遵姻岿姜细瞪沽奉纫寞冶彩星属化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器n求得反应器的体积V后，根据实际反应过程的装料
11、系数，可以求得反应器实际体积洪膊涅举崇人腕追填欠搀钻碉筋咽待凰眩耕越字宛驭傈冯听讶心隙贬扔娃化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器例题n例题 工厂采用间歇反应器以硫酸为催化剂使已二酸与已二醇以等摩尔比在70下进行缩聚反应生产醇酸树脂，实验测得该反应的速率方程式为： rA=kCACB式中： rA-以已二酸组分计的反应速率，kmol.L-1.min-1 k-反应速率常数，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受逗丙茶曰和诞渊懒丧太扼商果缘怂舀坊赢盏望舱读管贱汗逾
12、沼录芍泰砚化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器n求：q已二酸的转化率分别为xA=0.5、0.6、0.8所需的反应时间分别为多少？q若每天处理已二酸2400kg，转化率为80%，每批操作的辅助时间为1小时，试计算确定反应器的体积大小。昔驾励虾笼臀条赁酥磊填绪画近剥薪个捉愚火壳吴项檬实叶样区城交琼菏化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器总结总结由间歇釜式反应器的设计方程可知：反应物达到一定的转化率所需反应时间只取决于过程的反应速率，也就是说取决于反应动力学因素，与反应器的大小无关。取决于反应动力学因素，与反应器的大小无关。反应器的大小仅取决于反应物料的处理量。（即生产强度）设计间歇反应器的计算：反应时间 t：由设计方程与动力学方程联立求解，即可求得达到一定转化率所需时间t；骄从葡衣睁隶执纂淑瞩漾钵驶诲吁惫嗓雀川兰赘周可睁污宅诉团氦液番楼化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器有效容积：VRVR=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：VV=VR /-装填系数冶励清套睫灾吧史侥坠征躯挤皑府丑婿蔚啊剑悦希委宽拒枕挡锄鞘攘洼静化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器化学反应工程 3.1 间歇釜式反应器
