化學(xué)反應(yīng)工程 3.2 平推流反應(yīng)器PFR

1、活塞流反應(yīng)器PFR平推流反應(yīng)器的特點(diǎn)n流體在管內(nèi)作平推流流動(dòng)具有如下特征： q 在與流動(dòng)方向呈垂直的截面上沒(méi)有流速分布； q 而在流體流動(dòng)的方向不存流體質(zhì)點(diǎn)間的混合，即無(wú)返混現(xiàn)象； q 離開(kāi)平推流反應(yīng)器的所有流體質(zhì)點(diǎn)均具有相同的平均停留時(shí)間()，而這個(gè)停留時(shí)間就等于反應(yīng)時(shí)間t。 n對(duì)于平推流反應(yīng)器，停留時(shí)間和平均停留時(shí)間是一致的，基本的設(shè)計(jì)方程的累積量中單位時(shí)間的量反應(yīng)中單位時(shí)間的量單位時(shí)間流出的量單位時(shí)間進(jìn)入AdVrAdVrdVrdVrdVrdFdVrdFFFAAAAAAFAFAdFArAdV0產(chǎn)物產(chǎn)物P的設(shè)計(jì)方程的設(shè)計(jì)方程dVdFrPP反應(yīng)器體積的計(jì)算AAAArxAAATccxAAAAAT

2、VrAATATArdxcvrdxFrdcvdVVxcvcvF0000000100AAAAFFFxAxAAArdxFV00對(duì)等溫、恒容反應(yīng)體系對(duì)等溫、恒容反應(yīng)體系A(chǔ)AAccAAxAAArdcrdxc000,例題n對(duì)于一級(jí)不可逆反應(yīng)方程：n在平推流反應(yīng)器完成上述一級(jí)反應(yīng)，如k0.01s1，體積流量為10-3 m3s-1，試計(jì)算轉(zhuǎn)化率達(dá)到30%時(shí)所用的反應(yīng)時(shí)間。 AAkcrBA,間歇釜式反應(yīng)器設(shè)計(jì)和平推流反應(yīng)器計(jì)算例題間歇釜式反應(yīng)器設(shè)計(jì)和平推流反應(yīng)器計(jì)算例題例題 工廠采用間歇反應(yīng)器以硫酸為催化劑使已二酸與已二醇以等摩爾比在70下進(jìn)行縮聚反應(yīng)生產(chǎn)醇酸樹(shù)脂，實(shí)驗(yàn)測(cè)得該反應(yīng)的速率方程式為： （-rA）=k

3、CACB式中： （-rA）-以已二酸組分計(jì)的反應(yīng)速率，kmol.L-1.min-1 k-反應(yīng)速率常數(shù)，1.97L.kmol-1.min-1 CA、CB-分別為已二酸和已二醇的濃度，kmol.L-1 CA0、CB0均為0.004 kmol.L-1求：已二酸的轉(zhuǎn)化率分別為xA=0.5、0.6、0.8所需的反應(yīng)時(shí)間分別為多少？若每天處理已二酸2400kg，轉(zhuǎn)化率為80%，每批操作的輔助時(shí)間為1小時(shí)，試計(jì)算確定反應(yīng)器的體積大小。l 若在PFR反應(yīng)器中，轉(zhuǎn)化率為80% ，操作條件和產(chǎn)量與間歇反應(yīng)器條件一樣，試計(jì)算PFR反應(yīng)器的有效容積。 l 若在CSTR反應(yīng)器中，轉(zhuǎn)化率為80% ，操作條件和產(chǎn)量與間歇反

4、應(yīng)器條件一樣，試計(jì)算CSTR 反應(yīng)器的有效容積。 解：求達(dá)到一定的轉(zhuǎn)化率所需時(shí)間：計(jì)量方程式中， A、B的初始濃度相同，則反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程可寫為： 由于反應(yīng)為液相等溫過(guò)程，故可按恒容處理，可將已知數(shù)據(jù)代入操作方程求解：1BA2AAkc)r(AAAxxkct110 計(jì)算結(jié)果 xA=0.5 t=2.10h xA=0.6 t=3.18h xA=0.8 t=8.47h反應(yīng)器體積的計(jì)算VT=vT(t+t0) FA0=2400/(24*146)=0.685kmol/hvT=0.685/0.004=171L/h生產(chǎn)周期=反應(yīng)時(shí)間+輔助時(shí)間=t + t0 =8.47+1=9.47h反應(yīng)有效體積： V=vT(t+t0)=171*9.47=1619L00AATcFv 平推流反應(yīng)器平推流反應(yīng)器30020200045. 1144847. 817147. 8min5088 . 018 . 0004. 097. 11111mLvVhxxkcxkcdxcrdxcvVTAAAxAAAAxAAATAAn全混流反應(yīng)器322020234. 772348 . 01004. 06097. 18 . 0171)1 ()1 (mLxkcxvVxkcxVAAATAAAT間歇反應(yīng)器達(dá)到間歇反應(yīng)器達(dá)到80%的轉(zhuǎn)化率，的轉(zhuǎn)化率，V1.63m3平推流反應(yīng)器達(dá)到平推流反應(yīng)器達(dá)到80%的轉(zhuǎn)化率，的轉(zhuǎn)化率，V1.45m3全混流反應(yīng)