化學(xué)反應(yīng)工程：第三講 理想流動(dòng)反應(yīng)器

1、第三講 理想流動(dòng)反應(yīng)器一、等溫PFR與CSTR二、PFR與CSTR的組合與比較三、變溫與變摩爾反應(yīng)四、平行反應(yīng)五、串聯(lián)反應(yīng)理想流動(dòng)模型理想問題非理想流動(dòng)模型實(shí)際問題模型化思想常見工業(yè)反應(yīng)器Batch reactor 間歇反應(yīng)器Continuous-Flow Reactors 連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器Plug-flow reactor PFR Continuous-stirred Tank Reactor CSTR幾個(gè)常見的術(shù)語間歇反應(yīng)器CSTRCSTR1CSTR2間歇反應(yīng)器1PFR一、等溫PFR與CSTR間歇反應(yīng)器PFRCSTRPFR反應(yīng)器中濃度分布反應(yīng)器中濃度分布間歇反應(yīng)器PFRCSTR1. 幾種流型

2、比較BatchPFRCSTR無不同年齡粒子返混無返混不同年齡分子返混劇烈Cf(t) C=f(l) C=Cf加料時(shí)，同時(shí)加入加料處，同處加入加料處，同處加入某時(shí)刻，年齡相同任截面，年齡相同反應(yīng)器內(nèi)，返混均勻，年齡不同出料時(shí)，壽命一樣出料處，壽命一樣出料處，壽命不同2. 等溫PFR與CSTR的反應(yīng)速率方程例1：在體積為VR的CSTR中進(jìn)行(0，1，2)級(jí)反應(yīng)，(1) 等溫下移入等體積PFR中進(jìn)行，(2) CSTR體積擴(kuò)大至6倍，(3) PFR體積擴(kuò)大至6倍，？結(jié)論：(1) 等體積下，PFR的的 (2) 高級(jí)數(shù)的反應(yīng)，返混對(duì)影響顯著例2：等溫下在體積為VR的間歇反應(yīng)器中，進(jìn)行2級(jí)反應(yīng)AR，t=2h時(shí)

3、，(1) 若改在CSTR中進(jìn)行，(2) 若改在CSTR中進(jìn)行，采取何措施？ (1),(2) T減少至1/5增大至5倍增大至5倍解：012hCA0.640.360.800.60 A=0.2/1=0.2 PFR：CSTR：1. 多個(gè)CSTR串聯(lián) 若m個(gè)CSTR串聯(lián)n=1 結(jié)果與排列順序無關(guān)(n=0亦同)二、PFR與CSTR的組合與比較若各級(jí)i相同，,若m、VRi已知，可求xAm。若m、xAm已知，可求VRi、VR。若xAm、VRi已知，可求m。xAm常數(shù)m，VRi，總的VR減少；m，VRi，總的VR增加；多個(gè)CSTR串聯(lián)，如何優(yōu)化，使出口轉(zhuǎn)化率MAX n=1 要使VR最小，各個(gè)VRi相同。當(dāng)n=2

4、 時(shí)結(jié)論不一樣。例： 要使xAf=0.99,求VR？注意：(1) 1個(gè)CSTR (2) 2個(gè)等體積CSTR由得：(3) 2個(gè)串聯(lián)CSTR，優(yōu)化串聯(lián)：(4)若在PFR中進(jìn)行結(jié)果所差無幾，兼顧加工、操作，常將兩反應(yīng)器選成相同的體積。2. PFR與CSTR比較m=1 (單個(gè)PFR與CSTR比)x相同，n=0，x相同，n，n相同，x，n=1(PFR與多個(gè)串聯(lián)的CSTR比較)x相同，m，當(dāng)m6時(shí)，m相同，x，相同，m不同時(shí)，xAf不同；m，xAf。1 例：兩個(gè)體積不同的CSTR如何串聯(lián)，可獲最大產(chǎn)率？ 當(dāng)n=0 時(shí)：當(dāng)n=1 時(shí)：當(dāng)n=2 時(shí)，情況復(fù)雜！先后無關(guān)！先后無關(guān)！例：兩個(gè)VR相同的反應(yīng)器，7種

5、組合何者為優(yōu)？(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) CSTR的推動(dòng)力？多個(gè)CSTR的串聯(lián)與PFR比較圖解法多種反應(yīng)器串聯(lián)的圖解3. 循環(huán)流動(dòng)反應(yīng)器 R0，PFR，R,CSTR，循環(huán)流動(dòng)反應(yīng)器是PFR與CSTR轉(zhuǎn)換的范例循環(huán)流動(dòng)反應(yīng)器 CAi CA0 x=0.8R=1n=2CAf例1：求R0，5時(shí)，出口xAf。解：R1時(shí)，, R=0，PFR： R=，CSTR： R=5， X=0.77 x=0.87x=0.68自催化反應(yīng)的特征？例3：自催化反應(yīng)：AP，求t()。(1) Batch的t (2) PFR的P (3) CSTR的m CSTR： PFR： (5) 循環(huán)流動(dòng)反應(yīng)器的最佳循環(huán)

6、比R=0.2，(4) CSTR與PFR的最佳組合三、變溫與變摩爾反應(yīng)物衡：A入A出A反A積累熱衡：H入H出H反H累H傳1. 變溫反應(yīng)2. 變?nèi)莘磻?yīng)(膨脹因子)：反應(yīng)1molA，系統(tǒng)變化多少mol?(膨脹率)：A全部轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)體積變化率即試驗(yàn)4m3/h,5atm,純AxA=0.6320m3/h,25atm,50%A,50%惰氣，多少根管子？xA=0.8，四、平行反應(yīng)RSk1k2 A+B 選擇性 對(duì)CSTR 對(duì)PFR 收率無循環(huán)物料；有循環(huán)物料(未反應(yīng)物)對(duì)比速率(1) T、C效應(yīng) T效應(yīng)：E1E2，T，活化能高的反應(yīng)好 E1a2，CA，CA高一些好 a1b2，CB，CB 高一些好 b1E2，T，E1n2，CA0高，； n1n2，CA0低，。反應(yīng)器與加料方式：PFR優(yōu)于CSTR；多個(gè)CSTR串聯(lián)； 返混有害； 不追求高的xA串聯(lián)反應(yīng)的最佳反應(yīng)時(shí)間(空時(shí))與最大收率Batch(tm)PFR 與之