第一二章化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)

1、聚合反應(yīng)工程基礎(chǔ)第一章 緒論第二章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)(重點； 12學(xué)時)第三章 聚合反應(yīng)工程分析(6學(xué)時)第五章 攪拌釜內(nèi)流體的攪拌與混合(重點；8學(xué)時)第六章 攪拌聚合釜的傳熱與傳質(zhì)(2學(xué)時)第八章 聚合過程及聚合反應(yīng)器(2學(xué)時) 聚合反應(yīng)工程是化學(xué)工程的一個分支，是研究聚合物制造中的化學(xué)反應(yīng)工程問題，即研究工業(yè)反應(yīng)過程和反應(yīng)器。 化學(xué)工程學(xué)科體系的基本內(nèi)容：可概括為可概括為“三傳一反三傳一反”，即動量傳遞、熱量傳遞、，即動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞及化學(xué)反應(yīng)。質(zhì)量傳遞及化學(xué)反應(yīng)。第一章 緒論 聚合反應(yīng)的特點：聚合反應(yīng)的特點： 反應(yīng)機理多樣，動力學(xué)關(guān)系復(fù)雜，重現(xiàn)性差，且微量雜質(zhì)的影響大； 聚

2、合過程中，除考慮轉(zhuǎn)化率外，還要考慮聚合物及其分布、共聚物組成及其分布、聚合物結(jié)構(gòu)和性能等問題； 聚合物體系粘度很高，它們的流動、混合以及傳熱、傳質(zhì)等都與低分子體系有很大的不同； 由于聚合物體系及聚合產(chǎn)品種類繁多，各種化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)十分缺乏，實驗測定這些數(shù)據(jù)又十分不易，所以造成聚合反應(yīng)工程至今尚不成熟。 聚合反應(yīng)工程研究的內(nèi)容：聚合反應(yīng)工程研究的內(nèi)容： 進行聚合反應(yīng)器的最佳設(shè)計（進行聚合反應(yīng)器的最佳設(shè)計（V、A）；）； 進行聚合反應(yīng)操作的最佳設(shè)計和控制（進行聚合反應(yīng)操作的最佳設(shè)計和控制（N、P）。）。 參考書： 化學(xué)反應(yīng)工程化學(xué)反應(yīng)工程，朱炳辰，化學(xué)工業(yè)出版社；，朱炳辰，化學(xué)工業(yè)出版社； 反應(yīng)工程

3、反應(yīng)工程，李紹芬，化學(xué)工業(yè)出版社；，李紹芬，化學(xué)工業(yè)出版社； 化學(xué)反應(yīng)工程化學(xué)反應(yīng)工程，陳甘棠，化學(xué)工業(yè)出版社。，陳甘棠，化學(xué)工業(yè)出版社。第二章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)器分類第一節(jié)第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)器分類化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)器分類一、化學(xué)反應(yīng)的分類一、化學(xué)反應(yīng)的分類二、反應(yīng)器的分類二、反應(yīng)器的分類三、連續(xù)反應(yīng)器內(nèi)流體流動的兩種理想型態(tài)三、連續(xù)反應(yīng)器內(nèi)流體流動的兩種理想型態(tài)一、一、 化學(xué)反應(yīng)的分類化學(xué)反應(yīng)的分類 按化學(xué)反應(yīng)的特性分類按化學(xué)反應(yīng)的特性分類 按反應(yīng)物料的相態(tài)分類按反應(yīng)物料的相態(tài)分類 按反應(yīng)過程進行的條件分類按反應(yīng)過程進行的條件分類反應(yīng)機理反應(yīng)機理簡單反應(yīng)、復(fù)簡單反應(yīng)、復(fù)

4、雜反應(yīng)雜反應(yīng)反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)級數(shù)一級、二級、一級、二級、三級、零級、三級、零級、分數(shù)級反應(yīng)分數(shù)級反應(yīng)反應(yīng)的可逆性反應(yīng)的可逆性可逆反應(yīng)、不可逆反應(yīng)、不可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)反應(yīng)熱效應(yīng)反應(yīng)熱效應(yīng)放熱反應(yīng)、吸放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)熱反應(yīng)反應(yīng)分子數(shù)反應(yīng)分子數(shù)單分子、雙分單分子、雙分子、三分子子、三分子反應(yīng)反應(yīng)（1 1）按化學(xué)反應(yīng)的特性分類）按化學(xué)反應(yīng)的特性分類均相反應(yīng)均相反應(yīng)氣相反應(yīng)、液相反應(yīng)氣相反應(yīng)、液相反應(yīng)非均相反應(yīng)非均相反應(yīng)氣氣- -液相、氣液相、氣- -固相、固相、液液- -固相、固固相、固- -固相、液固相、液- -液液相、氣相、氣- -液液- -固相固相（2 2）按反應(yīng)物料的相態(tài)分類）按反應(yīng)物料的相態(tài)分

5、類操作方式操作方式間歇反應(yīng)、半連續(xù)反應(yīng)、連續(xù)反應(yīng)間歇反應(yīng)、半連續(xù)反應(yīng)、連續(xù)反應(yīng)溫度條件溫度條件等溫反應(yīng)、絕熱反應(yīng)、非絕熱變溫等溫反應(yīng)、絕熱反應(yīng)、非絕熱變溫反應(yīng)反應(yīng)（3 3）按反應(yīng)過程進行的條件分類）按反應(yīng)過程進行的條件分類 由于化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性，無論按哪一種分類方法都不可能說明其全部特性。 在化學(xué)反應(yīng)工程的領(lǐng)域內(nèi)，大多數(shù)是按反應(yīng)物料的相態(tài)進行分類，但并不排除其他分類法。 從工程的角度來看，還需注意操作方式分類：間歇反應(yīng)；半連續(xù)反應(yīng)；連續(xù)反應(yīng)。二、反應(yīng)器的分類二、反應(yīng)器的分類（1 1）按物料相態(tài)分類的反應(yīng)器種類）按物料相態(tài)分類的反應(yīng)器種類（2 2）按反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式分類）按反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式分類（

6、3 3）按操作方式分類）按操作方式分類反應(yīng)器種類反應(yīng)器種類反應(yīng)特性反應(yīng)特性反應(yīng)類型舉例反應(yīng)類型舉例適用設(shè)備的結(jié)構(gòu)適用設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式形式均相均相氣相氣相液相液相 無相界面，無相界面，反應(yīng)速率只反應(yīng)速率只與溫度或濃與溫度或濃度有關(guān)度有關(guān)燃燒、裂解等燃燒、裂解等中和、酯化、水解等中和、酯化、水解等管式管式釜式釜式非均非均相相氣氣- -液相液相液液- -液相液相氣氣- -固相固相液液- -固相固相固固- -固相固相氣氣- -液液- -固固相相 有相界有相界面，實際反面，實際反應(yīng)速率與相應(yīng)速率與相 界面大小及界面大小及相間擴散速相間擴散速率有關(guān)率有關(guān)氧化、氯化、加氫等氧化、氯化、加氫等磺化、硝化、烷基化

7、等磺化、硝化、烷基化等燃燒、還原、固相催化等燃燒、還原、固相催化等還原、離子交換等還原、離子交換等水泥制造等水泥制造等加氫裂解、脫氫等加氫裂解、脫氫等釜式、塔式釜式、塔式釜式、塔式釜式、塔式固定床、流化床、固定床、流化床、移動床移動床釜式、塔式釜式、塔式回轉(zhuǎn)筒式回轉(zhuǎn)筒式固定床、流化床固定床、流化床（1 1）按物料相態(tài)分類的反應(yīng)器種類）按物料相態(tài)分類的反應(yīng)器種類結(jié)構(gòu)型式結(jié)構(gòu)型式適用的相態(tài)適用的相態(tài)應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例反應(yīng)釜（包括反應(yīng)釜（包括多釜串聯(lián)）多釜串聯(lián)）液相、氣液相、氣- -液相、液液相、液- -液液相、液相、液- -固相固相苯的硝化、苯的硝化、氯乙烯聚合氯乙烯聚合、高壓聚乙烯、順、高壓聚乙烯

8、、順丁橡膠聚合等丁橡膠聚合等管式管式氣相、液相氣相、液相石油裂解石油裂解、甲基丁炔醇合成、高壓聚乙烯、甲基丁炔醇合成、高壓聚乙烯等等鼓泡塔鼓泡塔氣氣- -液相、氣液相、氣- -液液- -固（催固（催化劑）相化劑）相硫酸的生產(chǎn)硫酸的生產(chǎn)、苯的烷基化、二甲苯氧化、苯的烷基化、二甲苯氧化、乙烯基乙炔合成等乙烯基乙炔合成等固定床固定床氣氣- -固（催化或非催化）固（催化或非催化）相相二氧化硫氧化、二氧化硫氧化、氨合成氨合成、乙炔法制氯乙烯、乙炔法制氯乙烯、乙苯脫氫、半水煤氣生產(chǎn)等乙苯脫氫、半水煤氣生產(chǎn)等流化床流化床氣氣- -固（催化或非催化）固（催化或非催化）相，特別是催化劑很相，特別是催化劑很快失活

9、的反應(yīng)快失活的反應(yīng)硫鐵礦焙燒硫鐵礦焙燒、萘氧化制苯酐、石油催化裂、萘氧化制苯酐、石油催化裂化、乙烯氧氯化制二氯乙烷、丙烯氨化、乙烯氧氯化制二氯乙烷、丙烯氨氧化制丙烯腈等氧化制丙烯腈等回轉(zhuǎn)筒式回轉(zhuǎn)筒式氣氣- -固相、固固相、固- -固相固相水泥水泥制造等制造等噴霧式噴霧式氣相、高速反應(yīng)的液相氣相、高速反應(yīng)的液相氯化氫合成、天然氣裂解制乙炔氯化氫合成、天然氣裂解制乙炔（2 2）按反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式分）按反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式分類類反應(yīng)釜反應(yīng)釜夾套式蒸汽加熱反應(yīng)釜夾套式蒸汽加熱反應(yīng)釜內(nèi)外盤管式加熱不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)外盤管式加熱不銹鋼反應(yīng)釜 管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器鼓泡塔反應(yīng)器鼓泡塔反應(yīng)器固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器固定

10、床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器厭氧流化床反應(yīng)器厭氧流化床反應(yīng)器化工廠里的各種設(shè)備就像人體里的各種器官，化工廠里的各種設(shè)備就像人體里的各種器官，而連接多個設(shè)備的各種管道就像人體里的各種血管和經(jīng)絡(luò)。而連接多個設(shè)備的各種管道就像人體里的各種血管和經(jīng)絡(luò)。3. 按操作方式分類 間歇反應(yīng)器：在反應(yīng)前先將反應(yīng)物一次放入反應(yīng)器內(nèi)，當(dāng)反應(yīng)達到規(guī)定轉(zhuǎn)化率后即取出反應(yīng)物。 由于反應(yīng)過程中反應(yīng)物料的濃度隨時間不斷變化，所以間歇反應(yīng)是不穩(wěn)定過程。這類反應(yīng)器通常是使用釜式反應(yīng)器。 間歇反應(yīng)器能用一釜進行多品種的生產(chǎn)，操作靈活性與彈性大，投資小，適用于小規(guī)模多品種的生產(chǎn)過程。 但間歇反應(yīng)器操作需要較多的輔助時間(投、出料，清洗、升溫

11、等)，所以設(shè)備的利用率低，產(chǎn)品質(zhì)量不易均勻，特別在聚合物生產(chǎn)時會使聚合產(chǎn)物的聚合度及其分布發(fā)生變化，影響產(chǎn)品的性能。 連續(xù)反應(yīng)器：反應(yīng)物料連續(xù)加入反應(yīng)器內(nèi)并連續(xù)引出反應(yīng)產(chǎn)物，屬于穩(wěn)態(tài)操作。 此類反應(yīng)器可采用釜式、管式或塔式反應(yīng)器。 連續(xù)反應(yīng)器由于消除了間歇反應(yīng)器所需的輔助時間，因而生產(chǎn)能力較高，易于實現(xiàn)自動化，適用于大規(guī)模的生產(chǎn)。 采用連續(xù)反應(yīng)器可使產(chǎn)物的聚合度及聚合度分布不隨時間改變，能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量。 半連續(xù)反應(yīng)器：這種反應(yīng)器的操作方式是預(yù)先將某些反應(yīng)物料在反應(yīng)前一次加入反應(yīng)器，而其余反應(yīng)物料則是在反應(yīng)過程中連續(xù)加入，或者在反應(yīng)過程中將某種產(chǎn)物連續(xù)地從反應(yīng)器中取出。 此類操作屬于非穩(wěn)態(tài)過程

12、。 半連續(xù)操作的目的在于在特定的目的下控制反應(yīng)條件。(如為了控制溫度、抑制副反應(yīng)、促進可逆反應(yīng)等)操作方式 間歇，連續(xù)，半連續(xù) 氣半連續(xù) 氣 氣 氣 流動系統(tǒng) 氣連續(xù) 液 氣 液 流動系統(tǒng) 間歇 封閉系統(tǒng) 三、連續(xù)反應(yīng)器內(nèi)流體流動的兩種理想型態(tài)1. 平推（活塞）流反應(yīng)器當(dāng)反應(yīng)物料在長徑比很大地反應(yīng)器中流動時，反應(yīng)器內(nèi)的每一微元體積中的流體均以相同的速度向前流動，這種流動型態(tài)稱為平推流，具有此種流動型態(tài)的反應(yīng)器稱為平推流反應(yīng)器。 平推流反應(yīng)器特點： 在穩(wěn)態(tài)操作時，在反應(yīng)器的各個截面上，物料濃度不隨時間而變化； 反應(yīng)器內(nèi)物料的濃度沿著流動方向而改變，反應(yīng)速率的變化只限于反應(yīng)器的軸向。反應(yīng)物反應(yīng)物A

13、反應(yīng)物反應(yīng)物B生成物生成物R 平推（平推（活塞）流反應(yīng)器活塞）流反應(yīng)器2. 理想混和流(全混流)反應(yīng)器 由于反應(yīng)器強烈的攪拌作用，使剛進入反應(yīng)器的物料微元與器內(nèi)原有的物料微元瞬間達到充分混合，各點濃度相等且不隨時間變化，出口流體組成與器內(nèi)相等。 這種流動型態(tài)稱為理想全混流，與之相適應(yīng)的反應(yīng)器稱為理想混和流反應(yīng)器。 在工程設(shè)計上，常常把比較接近某種理想流動型態(tài)的過程當(dāng)做理想流動來處理， 把管徑較小，流速較大的管式反應(yīng)器作為把管徑較小，流速較大的管式反應(yīng)器作為平推流反應(yīng)器處理，平推流反應(yīng)器處理， 而把帶有強烈攪拌的釜式反應(yīng)器當(dāng)做理想而把帶有強烈攪拌的釜式反應(yīng)器當(dāng)做理想全混流反應(yīng)器。全混流反應(yīng)器。理

14、想混合流反應(yīng)器理想混合流反應(yīng)器反應(yīng)物反應(yīng)物A反應(yīng)物反應(yīng)物B生成物生成物R第二節(jié)第二節(jié) 均相反應(yīng)動力學(xué)均相反應(yīng)動力學(xué) 均相反應(yīng)是指在均一的液相或氣相中進行均相反應(yīng)是指在均一的液相或氣相中進行的反應(yīng)的反應(yīng) 均相反應(yīng)動力學(xué)內(nèi)容：研究化學(xué)反應(yīng)本身均相反應(yīng)動力學(xué)內(nèi)容：研究化學(xué)反應(yīng)本身的速度規(guī)律，即物料的濃度，溫度，催化的速度規(guī)律，即物料的濃度，溫度，催化劑等因素對化學(xué)反應(yīng)速度的影響。劑等因素對化學(xué)反應(yīng)速度的影響。 均相反應(yīng)動力學(xué)沒有考慮到物理因素的影均相反應(yīng)動力學(xué)沒有考慮到物理因素的影響，僅研究化學(xué)反應(yīng)內(nèi)在規(guī)律。響，僅研究化學(xué)反應(yīng)內(nèi)在規(guī)律。一、反應(yīng)速率一、反應(yīng)速率 定義：對均相反應(yīng)而言，反應(yīng)速率可定義定

15、義：對均相反應(yīng)而言，反應(yīng)速率可定義為單位時間，單位反應(yīng)體積中所生成（消為單位時間，單位反應(yīng)體積中所生成（消失）的某組分的摩爾數(shù)。即失）的某組分的摩爾數(shù)。即1Vdnidt+=ri：表示：表示i組分的生成速率組分的生成速率：表示：表示i組分的消失速率組分的消失速率對反應(yīng)：對反應(yīng)： aA + Bb lL + mM各組分的反應(yīng)速率：各組分的反應(yīng)速率：rB1VdnBdt=rL1VdnLdt=rA1VdnAdt=rM1VdnMdt= 轉(zhuǎn)化率：物質(zhì)A反應(yīng)的量與初始量之比。0000AAAAAAACCCnnnX二、等溫恒容單一反應(yīng)動力學(xué)方程式二、等溫恒容單一反應(yīng)動力學(xué)方程式 單一反應(yīng)是指用一個化學(xué)反應(yīng)式和一個動

16、單一反應(yīng)是指用一個化學(xué)反應(yīng)式和一個動力學(xué)方程式便能代表的反應(yīng)。力學(xué)方程式便能代表的反應(yīng)。 不可逆反應(yīng)：一級不可逆反應(yīng)；二級不可不可逆反應(yīng)：一級不可逆反應(yīng)；二級不可逆反應(yīng)；逆反應(yīng)； 可逆反應(yīng)：一級可逆反應(yīng)?？赡娣磻?yīng)：一級可逆反應(yīng)。1. 一級不可逆反應(yīng)2. 二級不可逆反應(yīng)這三種不可逆反應(yīng)的反應(yīng)速度式和反應(yīng)速度積分式必須記??！3. 一級可逆反應(yīng)三 復(fù)合反應(yīng)動力學(xué)方程式 復(fù)合反應(yīng)是有幾個反應(yīng)同時進行，要用幾個動力學(xué)方程式來描述。 常見的復(fù)合反應(yīng)有平行反應(yīng)、連串反應(yīng)、平行連串反應(yīng)。1. 平行反應(yīng)2. 連串反應(yīng)由上圖可以看出，A的濃度呈指數(shù)下降，S的濃度隨反應(yīng)時間呈連續(xù)上升形狀，而R的濃度隨時間上升到一個

17、最大值后再下降。將式2-32對t微分，就可以求出tmax四、等溫變?nèi)葸^程四、等溫變?nèi)葸^程 工業(yè)生產(chǎn)上，對于液-液均相反應(yīng)，如果反應(yīng)過程中物料密度變化不大，一般可以作為恒容過程處理。 對于聚合反應(yīng)，由于單體密度比聚合物密度小，因而隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)體積不斷的減小，所以就不能作為恒容過程處理。第三節(jié)第三節(jié) 理想反應(yīng)器的設(shè)計理想反應(yīng)器的設(shè)計一、設(shè)計中主要解決的問題：一、設(shè)計中主要解決的問題：提高反應(yīng)物料進行反應(yīng)所需要的容積，保證設(shè)備有一定的生產(chǎn)能力。具有足夠的傳熱面積，保證反應(yīng)過程中熱量的傳遞，使反應(yīng)指控在最適合的溫度下進行。保證參加反應(yīng)的物料均勻混合。 在進行化學(xué)反應(yīng)時，伴隨著質(zhì)量、熱量和動量的

18、傳遞，這些傳遞過程對反應(yīng)速率有直接的影響，所以在設(shè)計反應(yīng)器時必須進行物料、熱量和動量的衡算。 當(dāng)流體通過反應(yīng)器前后的壓力差不太大時，動量衡算可不予考慮。 對于恒溫過程，只需物料衡算就可確定反應(yīng)器的體積。 通常的化學(xué)反應(yīng)過程，需要物料衡算和熱量衡算聯(lián)立求解，確定反應(yīng)器的體積。1.物料衡算物料衡算AAAA0 反應(yīng)物反應(yīng)物反應(yīng)物 由于反應(yīng)物的流入速度的流出速度反應(yīng)的消失速度的積累速度物料衡算的理論基礎(chǔ)是質(zhì)量守恒定律，即反物料衡算的理論基礎(chǔ)是質(zhì)量守恒定律，即反應(yīng)前后的物料質(zhì)量應(yīng)該相等。應(yīng)前后的物料質(zhì)量應(yīng)該相等。上式是普遍的物料衡算式，無論對流動系統(tǒng)上式是普遍的物料衡算式，無論對流動系統(tǒng)或間歇系統(tǒng)均可適

19、用。或間歇系統(tǒng)均可適用。對于間歇反應(yīng)器，式中的流入和流出都為零；對于間歇反應(yīng)器，式中的流入和流出都為零；對于穩(wěn)態(tài)操作的連續(xù)流動反應(yīng)器，累積為零。對于穩(wěn)態(tài)操作的連續(xù)流動反應(yīng)器，累積為零。2. 熱量衡算熱量衡算熱量衡算的依據(jù)是能量守恒定律，對于流動熱量衡算的依據(jù)是能量守恒定律，對于流動系統(tǒng)和間歇系統(tǒng)可列出均可適用的普遍的熱系統(tǒng)和間歇系統(tǒng)可列出均可適用的普遍的熱量衡算式：量衡算式：0 隨 物 料 流隨 物 料 流反 應(yīng) 系 統(tǒng) 與 外反 應(yīng) 過 程累 積 的入 的 熱 量出 的 熱 量界 交 換 的 熱 量的 熱 效 應(yīng)熱 量對于間歇反應(yīng)器，式中的流入和流出都為零；對于間歇反應(yīng)器，式中的流入和流出都

20、為零；對于穩(wěn)態(tài)操作的連續(xù)流動反應(yīng)器，累積為零。對于穩(wěn)態(tài)操作的連續(xù)流動反應(yīng)器，累積為零。 通過熱量衡算可以確定反應(yīng)器所需的傳熱面積以及傳熱劑的用量。 根據(jù)物料衡算、熱量衡算可以得到反應(yīng)器設(shè)計的基本方程式，再結(jié)合動力學(xué)方程式便可計算反應(yīng)器的體積，所以反應(yīng)器的設(shè)計實際上是物料衡算、熱量衡算和動力學(xué)方程三者聯(lián)立求解。 但這樣做十分復(fù)雜，可按具體情況加以簡化，如對等溫操作的理想反應(yīng)器只需考慮物料衡算和動力學(xué)方程式就可以設(shè)計反應(yīng)器了。二、間歇反應(yīng)器二、間歇反應(yīng)器1.反應(yīng)時間的計算- 設(shè)計間歇反應(yīng)器時，不論反應(yīng)物料量為多少，只要初始濃度和轉(zhuǎn)化率一定，所需反應(yīng)時間是相等的。間歇釜設(shè)計方程圖示間歇釜設(shè)計方程圖示

21、Ar1xA0 xAfAfAxxAAArdxCt00/間歇釜設(shè)計方程圖示間歇釜設(shè)計方程圖示CACAfCA0AfACCAArdCt0Ar12. 間歇反應(yīng)器容積的計算tT=tR+tAtR：反應(yīng)時間tA：輔助時間P24：例2-2三、平推流反應(yīng)器三、平推流反應(yīng)器間歇反應(yīng)器與平推流反應(yīng)器的設(shè)計基本方程形式完全相同；間歇反應(yīng)器與平推流反應(yīng)器的設(shè)計基本方程形式完全相同；由此表明兩種反應(yīng)器在達到相同轉(zhuǎn)化率時，所需的反應(yīng)時間相等；由此表明兩種反應(yīng)器在達到相同轉(zhuǎn)化率時，所需的反應(yīng)時間相等；間歇反應(yīng)器是屬于非穩(wěn)態(tài)操作，平推流反應(yīng)器是屬于穩(wěn)態(tài)操作；間歇反應(yīng)器是屬于非穩(wěn)態(tài)操作，平推流反應(yīng)器是屬于穩(wěn)態(tài)操作；平推流反應(yīng)器不需

22、要輔助時間，生產(chǎn)能力更大。平推流反應(yīng)器不需要輔助時間，生產(chǎn)能力更大。2.16m四、理想全混流反應(yīng)器四、理想全混流反應(yīng)器7.234m2.16m1.45m全混流 間歇 平推流010AiAiAiiv Cv Cr V0AC原料原料A生成物生成物R0v00Ax1AC1Ax2AC2Ax1NAC1NAxNACNAx物料衡算式物料衡算式整理得整理得五、多級串聯(lián)理想全混流反應(yīng)器五、多級串聯(lián)理想全混流反應(yīng)器為完成規(guī)定轉(zhuǎn)化率下的生產(chǎn)任務(wù)，為完成規(guī)定轉(zhuǎn)化率下的生產(chǎn)任務(wù)，以平推流反應(yīng)器所需的體積最小，以平推流反應(yīng)器所需的體積最小，多級串聯(lián)理想全混流反應(yīng)器所需體積次之，多級串聯(lián)理想全混流反應(yīng)器所需體積次之，理想全混流反應(yīng)

23、器所需體積最大。理想全混流反應(yīng)器所需體積最大。 兩個大小不等的理想全混流反應(yīng)器等溫串聯(lián)操作時，對一級反應(yīng)采用等體積最好；對反應(yīng)級數(shù)大于1時，小反應(yīng)器宜在前；反應(yīng)級數(shù)小于1時，大反應(yīng)器宜在前。 但考慮到采用大小不同的反應(yīng)器會給制造和維修帶來不便，故生產(chǎn)上常采用等體積的理想全混流反應(yīng)器串聯(lián)操作。六、反應(yīng)器型式和操作方法的選擇六、反應(yīng)器型式和操作方法的選擇 對于一定的生產(chǎn)任務(wù)，選擇哪一種類型的反應(yīng)器和操作方法主要從二個方面來考慮： 一是反應(yīng)器體積要?。?二是等量的原料得到的目標產(chǎn)物要多 對于單一反應(yīng)，不存在產(chǎn)物分布問題，只要考慮反應(yīng)器體積的大?。粚τ趶?fù)雜反應(yīng)，則要考慮反應(yīng)產(chǎn)物的分布問題。1. 單一反

24、應(yīng) 容積效率：工業(yè)上衡量單位反應(yīng)器體積所能達到的生產(chǎn)能力。 是指同一反應(yīng)，在相同溫度、產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率條件下，平推流反應(yīng)器與理想全混流反應(yīng)器所需的體積比。N 在理想全混流反應(yīng)器中，高濃度的反應(yīng)物一在理想全混流反應(yīng)器中，高濃度的反應(yīng)物一進入反應(yīng)器，瞬間就下降到出口濃度，反應(yīng)進入反應(yīng)器，瞬間就下降到出口濃度，反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物濃度一直處于最低水平，所以反器內(nèi)反應(yīng)物濃度一直處于最低水平，所以反應(yīng)速率慢；應(yīng)速率慢； 多級串聯(lián)全混流反應(yīng)器由于最后一級反應(yīng)器多級串聯(lián)全混流反應(yīng)器由于最后一級反應(yīng)器前各級反應(yīng)器中反應(yīng)物濃度均大于理想全混前各級反應(yīng)器中反應(yīng)物濃度均大于理想全混流反應(yīng)器，所以平均反應(yīng)速率要高于理想全流反應(yīng)

25、器，所以平均反應(yīng)速率要高于理想全混流反應(yīng)器；混流反應(yīng)器； 在平推流反應(yīng)器中，反應(yīng)物濃度只在離開在平推流反應(yīng)器中，反應(yīng)物濃度只在離開反應(yīng)器時才降到最低濃度，與理想全混流反應(yīng)器時才降到最低濃度，與理想全混流反應(yīng)器相比，反應(yīng)物濃度一直處于高水平，反應(yīng)器相比，反應(yīng)物濃度一直處于高水平，所以反應(yīng)速度快。所以反應(yīng)速度快。 平推流反應(yīng)器相當(dāng)于無數(shù)個全混流反應(yīng)器平推流反應(yīng)器相當(dāng)于無數(shù)個全混流反應(yīng)器串聯(lián)起來。串聯(lián)起來。 反應(yīng)器的容積效率不但與反應(yīng)器的類型有關(guān)，而且與反反應(yīng)器的容積效率不但與反應(yīng)器的類型有關(guān)，而且與反應(yīng)級數(shù)以及生產(chǎn)過程中所控制的轉(zhuǎn)化率有關(guān)。應(yīng)級數(shù)以及生產(chǎn)過程中所控制的轉(zhuǎn)化率有關(guān)。 零級反應(yīng)時，容積

26、效率為1，兩種反應(yīng)器的體積相等； 其他整級數(shù)反應(yīng)的容積效率均小于1。當(dāng)轉(zhuǎn)化率很小時，兩種反應(yīng)器的體積相差很?。浑S轉(zhuǎn)化率增加，容積效率減小，所以對于高轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)不宜選擇理想全混流反應(yīng)器。 轉(zhuǎn)化率一定時，反應(yīng)級數(shù)越高，容積效率越低，所以對于反應(yīng)級數(shù)高的反應(yīng)宜采用平推流反應(yīng)器。 對于多級串聯(lián)理想全混流反應(yīng)器，級數(shù)越多，容積效率越高，當(dāng)級數(shù)無限多時，容積效率趨于1，此時與平推流反應(yīng)器相同。 工業(yè)上為了提高容積效率，采用增加反應(yīng)器數(shù)目來達到，但級數(shù)不能無限大，因為會增加投資成本。 另一方面，反應(yīng)器數(shù)目過多時，容積效率的提高也不太顯著。 一般工業(yè)上串聯(lián)反應(yīng)器數(shù)目以3-4個為宜。2. 復(fù)合反應(yīng) 對復(fù)合反應(yīng)

27、除了考慮反應(yīng)器的容積效率外，更重要的是考慮不同型式反應(yīng)器對產(chǎn)物分布的影響。(1)平行反應(yīng) 當(dāng)主反應(yīng)級數(shù)大于副反應(yīng)級數(shù)時，CA越大，目標產(chǎn)物的收率越高。此時以采用間歇反應(yīng)器或平推流反應(yīng)器為好。 當(dāng)主反應(yīng)級數(shù)小于副反應(yīng)級數(shù)時，CA越小，目標產(chǎn)物的收率越高。此時采用理想全混流反應(yīng)器有利。 當(dāng)主副反應(yīng)級數(shù)一樣時，反應(yīng)器型式對目標產(chǎn)物收率沒有影響。間歇操作間歇操作連續(xù)流動操作連續(xù)流動操作（2）連串反應(yīng)）連串反應(yīng) (3) 連串連串平行反應(yīng)平行反應(yīng)三種加料方式：三種加料方式：a、A慢慢加入慢慢加入B中（慢慢加入是指加入速率比反中（慢慢加入是指加入速率比反應(yīng)速率慢）應(yīng)速率慢）b、B慢慢加入慢慢加入A中中c、將

28、將A、B迅速混合迅速混合第一種加料方式第一種加料方式 第二、三種加料方式第二、三種加料方式連串連串平行反應(yīng)產(chǎn)物分布隨時間變化平行反應(yīng)產(chǎn)物分布隨時間變化結(jié)論結(jié)論 對于單一反應(yīng)，除零級反應(yīng)，為達到相同對于單一反應(yīng)，除零級反應(yīng)，為達到相同轉(zhuǎn)化率下的生產(chǎn)能力，平推流反應(yīng)器所需轉(zhuǎn)化率下的生產(chǎn)能力，平推流反應(yīng)器所需的反應(yīng)器體積比理想混合流反應(yīng)器小。的反應(yīng)器體積比理想混合流反應(yīng)器小。 復(fù)雜反應(yīng)中，對于平行反應(yīng)，主要控制反復(fù)雜反應(yīng)中，對于平行反應(yīng)，主要控制反應(yīng)器內(nèi)物料的濃度，高濃度有利于反應(yīng)級應(yīng)器內(nèi)物料的濃度，高濃度有利于反應(yīng)級數(shù)高的反應(yīng)；連串反應(yīng)，應(yīng)控制反應(yīng)器內(nèi)數(shù)高的反應(yīng)；連串反應(yīng)，應(yīng)控制反應(yīng)器內(nèi)物料的平均

29、停留時間；連串物料的平均停留時間；連串- -平行反應(yīng)可采平行反應(yīng)可采用不同的加料方式來控制產(chǎn)物的分布。用不同的加料方式來控制產(chǎn)物的分布。 溫度對復(fù)雜反應(yīng)的產(chǎn)物分布也有重大影響。溫度對復(fù)雜反應(yīng)的產(chǎn)物分布也有重大影響。平行反應(yīng)，升溫有利于活化能高的反應(yīng)；平行反應(yīng)，升溫有利于活化能高的反應(yīng)；對于連串反應(yīng)，若生產(chǎn)目的產(chǎn)物反應(yīng)的活對于連串反應(yīng)，若生產(chǎn)目的產(chǎn)物反應(yīng)的活化能高于其他副反應(yīng)，宜采用高溫，反之化能高于其他副反應(yīng)，宜采用高溫，反之亦然。亦然。第四節(jié) 理想混合反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性 反應(yīng)速率的大小和溫度有密切的關(guān)系，所以反應(yīng)過程的熱變化對化學(xué)反應(yīng)有決定性的影響，反應(yīng)器的設(shè)計必須要考慮溫度的控制。 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：指