間歇與理想反應(yīng)器課件

1、國家精品課程化學(xué)反應(yīng)工程國家精品課程第三章 間歇反應(yīng)器及理想流動反應(yīng)器Chapter 3 Batch Reactor and Ideal Flow Reactor 第三章 間歇反應(yīng)器及釜式反應(yīng)器的組合釜式反應(yīng)器的組合3.1 概述3.2 間歇反應(yīng)器3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器3.5 反應(yīng)器的性能比較本章內(nèi)容3.1 概述本章內(nèi)容 反應(yīng)器中是化工廠的心臟，同一化學(xué)反應(yīng)即使在相同的操作條件下進(jìn)行，其反應(yīng)結(jié)果往往是不同的，與反應(yīng)器的型式有關(guān)。 反應(yīng)器的操作有間歇操作和連續(xù)操作 。 連續(xù)操作其物料連續(xù)流入和連續(xù)流出，其流動又分為穩(wěn)態(tài)流動和非穩(wěn)態(tài)流動。 穩(wěn)態(tài)流動是指物料在同一

2、空間位置各質(zhì)點(diǎn)的流量、濃度和溫度等不隨時(shí)間而變，除此之外，為非穩(wěn)態(tài)流動。在穩(wěn)態(tài)流動下連續(xù)流動反應(yīng)器內(nèi)物料濃度的變化不隨反應(yīng)時(shí)間而變。3.1 概述 反應(yīng)器中是化工廠的心臟，同一化學(xué)反應(yīng)即使在相同的操作表述如下：（1）質(zhì)量平衡 質(zhì)量輸入量-質(zhì)量輸出+產(chǎn)生量-消耗量=累積量 對于有擴(kuò)散影響的過程，上式中的輸入和輸出項(xiàng)應(yīng)包括由擴(kuò)散在邊界上所引起的輸入和輸出。（2）熱量平衡 熱量凈變化量+熱量產(chǎn)生量=熱量累積量（3）動量平衡 動量輸入量-動量輸出+凈作用力項(xiàng)=動量累積量 對于穩(wěn)態(tài)流動，上述累積量為零。 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)基于“三傳一反”。 “三傳”指質(zhì)量、熱量和動量傳遞，其質(zhì)量平衡、熱量平衡和動量平衡3.1

3、概述表述如下： 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)基于“三傳一反”。 “三傳”指3.1 概述基于反應(yīng)器設(shè)計(jì)方程可得結(jié)果反應(yīng)動力學(xué)方程質(zhì)量衡算方程熱量衡算方程動量衡算方程濃度、轉(zhuǎn)化率等與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系反應(yīng)體積溫度變化壓力變化3.1 概述基于反應(yīng)器設(shè)計(jì)方程可得結(jié)果反應(yīng)動力學(xué)方程質(zhì)量衡算3.1 概述建立反應(yīng)數(shù)學(xué)模型的通式反應(yīng)消耗累積流入流出反應(yīng)單元舉例：物料衡算方程某組分流入量= 某組分反應(yīng)消耗量 + 某組分累積量某組分流出量+流入反應(yīng)單元流出3.1 概述建立反應(yīng)數(shù)學(xué)模型的通式反應(yīng)消耗流入流出反應(yīng)單元舉 間歇操作 物料一次投入反應(yīng)器，待反應(yīng)完成后，物料一次卸出的操作過程。 最常用釜式反應(yīng)器，主要結(jié)構(gòu)由筒體、攪拌裝置、傳動裝

4、置、軸密封裝置及工藝接管組成。器內(nèi)還可以根據(jù)需要設(shè)置盤管。 Batch Reactor3.2 間歇反應(yīng)器 間歇操作 最常用釜式反應(yīng)器，主要結(jié)構(gòu)由筒體、攪拌裝3.2 間歇反應(yīng)器特點(diǎn)： 1、由于攪拌的劇烈，反應(yīng)器內(nèi)物料濃度達(dá)到分子尺度的均勻，且反應(yīng)器內(nèi)濃度處處相等，排除物質(zhì)傳遞對反應(yīng)的影響； 2、同樣由于攪拌的影響，溫度始終相等，無需考慮器內(nèi)熱量傳遞問題； 3、物料同時(shí)加入且同時(shí)停止反應(yīng)，具有相同的反應(yīng)時(shí)間優(yōu)點(diǎn)： 操作靈活，適用于小批量、多品種、反應(yīng)時(shí)間較長的產(chǎn)品生產(chǎn)，特別是精細(xì)化工產(chǎn)品缺點(diǎn)： 裝料、卸料等輔助操作時(shí)間長，產(chǎn)品質(zhì)量波動大非穩(wěn)態(tài)操作?3.2 間歇反應(yīng)器特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：非穩(wěn)態(tài)操作?3

5、.2.1 等溫間歇反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算3.2 間歇反應(yīng)器3.2.1 等溫間歇反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算3.2 間歇反應(yīng)器恒容條件下（多數(shù)情況），上式可以簡化成：例如，對于n級不可逆反應(yīng)代入間歇反應(yīng)器的通用設(shè)計(jì)方程，并整理結(jié)果，得：由于n為已知，上式可解析積分。例如，若n=1，積分結(jié)果為若n=2，則積分結(jié)果為3.2 間歇反應(yīng)器恒容條件下（多數(shù)情況），上式可以簡化成：例如，對于n級不可逆 如果反應(yīng)速度比較復(fù)雜，即使在等溫條件下設(shè)計(jì)方程也可能無法解析積分，這時(shí)可以采用圖解法或數(shù)值方法求解。 3.2 間歇反應(yīng)器 如果反應(yīng)速度比較復(fù)雜，即使在等溫條件下設(shè)計(jì)方程也可能1.反應(yīng)體積 t 為反應(yīng)時(shí)間：裝料完畢開始反應(yīng)算起到

6、達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。計(jì)算關(guān)鍵t為輔助時(shí)間：裝料、卸料、清洗所需時(shí)間之和操作時(shí)間2.反應(yīng)器的體積 ：裝填系數(shù) ，由經(jīng)驗(yàn)確定,一般為 0.40.853.2 間歇反應(yīng)器1.反應(yīng)體積 t 為反應(yīng)時(shí)間：裝料完畢開始反應(yīng)算3.2 間歇反應(yīng)器3.2 間歇反應(yīng)器3.2 間歇反應(yīng)器3.2 間歇反應(yīng)器3.2 間歇反應(yīng)器3.2 間歇反應(yīng)器 間歇釜式反應(yīng)器做到等溫操作很困難，當(dāng)熱效應(yīng)小時(shí)，近似等溫可以辦到，如果熱效應(yīng)大時(shí)，很難做到； 溫度會影響到和反應(yīng)器的生產(chǎn)強(qiáng)度等,很多時(shí)候變溫的效果更好。 3.2.2 變溫間歇反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算3.2 間歇反應(yīng)器 間歇釜式反應(yīng)器做到等溫操作很困難，當(dāng)熱效應(yīng)小時(shí)，近似1、溫度

7、對反應(yīng)熱（Hr）的影響1、溫度對反應(yīng)熱（Hr）的影響 2、溫度對化學(xué)平衡的影響 2、溫度對化學(xué)平衡的影響由公式可得： 平衡常數(shù)只與系統(tǒng)的溫度有關(guān)，而與系統(tǒng)的壓力及惰性物質(zhì)是否存在等因素?zé)o關(guān)。 雖然平衡常數(shù)不受壓力及惰性物質(zhì)的影響，但物料的平衡濃度和反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率是受這些變量的影響。 對于氣體反應(yīng)，壓力增加，對反應(yīng)后分子數(shù)減小的反應(yīng)使xAe增加；對反應(yīng)后分子數(shù)增加的反應(yīng)xAe下降。 對所有反應(yīng)，惰性組成減小所產(chǎn)生的影響，與壓力增加的影響一樣 對吸熱反應(yīng)，溫度增加，平衡轉(zhuǎn)化率xAe也增加；對放熱反應(yīng)，溫度增加，平衡轉(zhuǎn)化率xAe下降 對K1，說明反應(yīng)物可以接近完全轉(zhuǎn)化，故可視為不可逆反應(yīng) 由公式

8、可得：變溫間歇操作的熱量衡算根據(jù)熱力學(xué)第一定律，反應(yīng)器的熱量衡算為：即：與環(huán)境交換的熱=內(nèi)能的變化間歇釜式反應(yīng)器用焓變代替內(nèi)能的變化Tr298K為計(jì)算的基準(zhǔn)溫度3.2 間歇反應(yīng)器變溫間歇操作的熱量衡算根據(jù)熱力學(xué)第一定律，反應(yīng)器的熱量衡算為3.2 間歇反應(yīng)器間的平均比熱容為溫度rptTTc 為反應(yīng)物的比熱容ptc為反應(yīng)物的質(zhì)量tm3.2 間歇反應(yīng)器間的平均比熱容為溫度rptTTc 為反式中：U為總傳熱系數(shù) Ah為傳熱面積 Tc為環(huán)境溫度討論等溫反應(yīng)絕熱反應(yīng)3.2 間歇反應(yīng)器式中：U為總傳熱系數(shù)討論等溫反應(yīng)絕熱反應(yīng)3.2 間歇反應(yīng)器對于吸熱反應(yīng)，Hr0，0，溫度隨反應(yīng)進(jìn)行(或XA增大)而降低；對于

9、放熱反應(yīng)，Hr0，溫度隨反應(yīng)進(jìn)行而升高絕熱溫升指數(shù)（K）3.2 間歇反應(yīng)器對于吸熱反應(yīng)，Hr0，0，溫度隨反應(yīng)進(jìn)行(或XA增大 選擇等溫或非等溫操作的原則：（1）如反應(yīng)的熱效應(yīng)不大，而且在一定的溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)的選擇性變化很小，可采用絕熱操作，但操作溫度范圍不得超過工藝許可的范圍（2）對中等熱效應(yīng)的反應(yīng)，一般考慮采用絕熱操作，但應(yīng)對收率操作費(fèi)用、反應(yīng)器大小等的衡算，確定采用絕熱或變溫的方式（3）對于熱效應(yīng)較大的，要求整個反應(yīng)過程進(jìn)行有效的熱交換，例如采用列管式換熱器（4）對極為迅速的反應(yīng)，一般考慮絕熱操作3.2 間歇反應(yīng)器此原則也適用于其它類型反應(yīng)器 選擇等溫或非等溫操作的原則：3.2 間歇反

10、應(yīng)器此原則也適3.2 間歇反應(yīng)器3.2 間歇反應(yīng)器3.2 間歇反應(yīng)器3.2 間歇反應(yīng)器 理想流動下的釜式反應(yīng)器是指物料連續(xù)進(jìn)出的釜式反應(yīng)器，有的稱為連續(xù)攪拌槽反應(yīng)器（Continuous Stirred Tank Reactor，簡稱CSTR），CSTR是從操作形式上命名的；有的稱為全混流反應(yīng)器（Mixed Flow Reactor，簡稱MFR），MFR是從反應(yīng)器內(nèi)物料的混合程度上命名的。 3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器 理想流動下的釜式反應(yīng)器是指物料連續(xù)進(jìn)出的釜式反應(yīng)器， 基本假定： 反應(yīng)器中的物料，包括剛進(jìn)入的物料，都能立即完全均勻地混合，即混合程度達(dá)到最大。 特點(diǎn)： 1、反應(yīng)器有效容積中

11、任意點(diǎn)處的組成、溫度等狀態(tài)完全相同； 2、出口物料的各種狀態(tài)與反應(yīng)器中相應(yīng)的狀態(tài)相同。全混流反應(yīng)器特征3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器 基本假定： 特點(diǎn)：全混流反應(yīng)器特征3.3 理想流動3.3.2 等溫連續(xù)釜式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算基本設(shè)計(jì)方程：3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3.2 等溫連續(xù)釜式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算基本設(shè)計(jì)方程：3.3 空時(shí)與空速的概念： 空時(shí)：（因次：時(shí)間）空速的意義：單位時(shí)間單位反應(yīng)體積所處理的物料量?？账僭酱螅磻?yīng)器的原料處理能力越大。 空速：3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器（因次：時(shí)間-1） 空時(shí)與空速的概念： 空時(shí)：（因次：時(shí)間）空速的意義：單3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器注意

12、：空間速度不是空間時(shí)間的倒數(shù)。3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器注意：空間速度不是空間時(shí)間的倒全混流反應(yīng)器圖解計(jì)算示意圖 3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器全混流反應(yīng)器圖解計(jì)算示意圖 3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3.3 釜式反應(yīng)器的組合與設(shè)計(jì)計(jì)算3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3.3 釜式反應(yīng)器的組合與設(shè)計(jì)計(jì)算3.3 理想流動下的釜3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3.3.2 多級釜式反應(yīng)器串聯(lián)的計(jì)算假設(shè)：各釜體積相同，且各釜的進(jìn)料可近似認(rèn)為相等

13、，則各釜的空時(shí) 相等。 各釜操作溫度相同，則各釜的速率常數(shù) k 相等。對第P釜作組分A的物料衡算：3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3.3.2 多級釜式反應(yīng)器串聯(lián)的計(jì)算假設(shè)：對第P釜作組分對一級不可逆反應(yīng)：N個釜注意：其中的 為單釜空時(shí)，總空時(shí)為N 。3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器對一級不可逆反應(yīng)：N個釜注意：其中的 為單釜空時(shí)，總空時(shí)連續(xù)釜式反應(yīng)器的圖解計(jì)算3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器連續(xù)釜式反應(yīng)器的圖解計(jì)算3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器 若反應(yīng)系統(tǒng)處理物料量為1m3/s，反應(yīng)速度常數(shù)k=1s-1，要求最終轉(zhuǎn)化率XAN =0.9 在處理物料量和要求達(dá)到的最終轉(zhuǎn)化率相同的情況下，增加級數(shù)可以

14、減少所需的反應(yīng)器總?cè)莘e。同時(shí)，達(dá)到一定級數(shù)后，再增加級數(shù)反應(yīng)器總體積減小趨勢變緩，級數(shù)過多導(dǎo)致操作控制和維修困難等問題 工業(yè)上一般采用二級或三級串聯(lián)。上述結(jié)論雖然是對一級反應(yīng)導(dǎo)出的，但原則上同樣適用于其它反應(yīng)體系。3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器應(yīng)用舉例 若反應(yīng)系統(tǒng)處理物料量為1m3/s，反應(yīng)速度常數(shù)k=1s-1串聯(lián)釜式反應(yīng)器體積最優(yōu)化 即：在釜數(shù)及最終轉(zhuǎn)化率已規(guī)定情況下,為使總的反應(yīng)體積最小,各釜反應(yīng)體積存在一個最佳比例。對單一反應(yīng)，總反應(yīng)體積為：據(jù)此求得各釜的轉(zhuǎn)化率，從而求得 , 此時(shí) 最小。3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器串聯(lián)釜式反應(yīng)器體積最優(yōu)化 即：在釜數(shù)及最終轉(zhuǎn)化率已規(guī)定情況下3.3 理

15、想流動下的釜式反應(yīng)器3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器1.全混流反應(yīng)器的變溫操作定態(tài)操作熱量衡算式為：3.3.5 釜式反應(yīng)器的定態(tài)操作對絕熱反應(yīng)，有：絕熱溫升，表示當(dāng)反應(yīng)物A全部轉(zhuǎn)化時(shí)物系溫度的變化。3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器1.全混流反應(yīng)器的變溫操作定態(tài)操作熱量衡算式為：3.3.5 2.全混流反應(yīng)器的定態(tài)操作點(diǎn) 全混流反應(yīng)器操作的定態(tài)點(diǎn)是由物料衡算和熱量衡算聯(lián)立求解來確定的。以一級不可逆放熱反應(yīng)為例，其動力學(xué)方程可寫為熱量衡算式：3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器2.全混流反應(yīng)

16、器的定態(tài)操作點(diǎn) 全混流反應(yīng)器操作的定態(tài)點(diǎn)3.連續(xù)釜式反應(yīng)器的定態(tài)熱穩(wěn)定性 定態(tài)下操作的連續(xù)釜式反應(yīng)器，其操作溫度和所達(dá)到的轉(zhuǎn)化率應(yīng)滿足物料及熱量衡算式。物料衡算式：熱量衡算式：3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.連續(xù)釜式反應(yīng)器的定態(tài)熱穩(wěn)定性 定態(tài)下操作的連續(xù)釜式4. 定態(tài)點(diǎn)的熱穩(wěn)定性分析3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器4. 定態(tài)點(diǎn)的熱穩(wěn)定性分析3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器放熱反應(yīng)的定態(tài)操作點(diǎn)： 若產(chǎn)生超溫，可出現(xiàn)燒壞催化劑或爆炸，若出現(xiàn)低溫，易產(chǎn)生突然降溫以致反應(yīng)終止。吸熱反應(yīng)的定態(tài)操作點(diǎn)： 唯一影響定態(tài)操作點(diǎn)的因素： 改變進(jìn)料或換熱介質(zhì)溫度，進(jìn)料量，進(jìn)料中反應(yīng)物濃度，以及傳熱面積或傳熱溫差等，

17、使用盡可能大的傳熱面積，和盡可能小的傳熱溫差。3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器放熱反應(yīng)的定態(tài)操作點(diǎn)：影響定態(tài)操作點(diǎn)的因素：3.3 理想流動3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器3.3 理想流動下的釜式反應(yīng)器 活塞流模型 Plug Flow Models（平推流）： 基本假定： (1) 徑向流速分布均勻，所有粒子以相同的速度從進(jìn)口向出口運(yùn)動。 (2) 軸向上無返混 符合上述假設(shè)的反應(yīng)器，同一時(shí)刻進(jìn)入反應(yīng)器的流體粒子必同一時(shí)刻離開反應(yīng)器，所有粒子在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間相同。 特點(diǎn)：徑向上物料的

18、所有參數(shù)都相同，軸向上不斷變化。層流湍流活塞流3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器 活塞流模型 Plug Flow Models（平推流）：3.4.2 等溫連續(xù)流動管式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器(輸入量) (輸出量) （消耗量） （累積量)3.4.2 等溫連續(xù)流動管式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4 理想流動 表達(dá)式相似，但意義不同，指連續(xù)操作的反應(yīng)空時(shí)，t指間歇釜內(nèi)物料的反應(yīng)時(shí)間。3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器 表達(dá)式相似，但意義不同，指連續(xù)操作的反應(yīng)空時(shí)，t對于管式平推流反應(yīng)器，由于所以式(3.24)則可寫為恒容下3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器對于管式平推流反應(yīng)器，由于所以式(3.24

19、)則可寫為恒容下3 平推流反應(yīng)器的串聯(lián)與單個同體積的平推流反應(yīng)器效果一樣，因此無串聯(lián)的問題。當(dāng)動力學(xué)較復(fù)雜時(shí)，也可用圖解計(jì)算。 3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器 平推流反應(yīng)器的串聯(lián)與單個同體積的平推流反應(yīng)器效果一樣對于氣固催化反應(yīng)，通常定義其中W為催化劑的重量，則設(shè)計(jì)公式可寫為 3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器對于氣固催化反應(yīng)，通常定義其中W為催化劑的重量，則設(shè)計(jì)公式可平推流反應(yīng)器的串聯(lián)、并聯(lián)或并串聯(lián)平推流反應(yīng)器并聯(lián)：在提高生產(chǎn)能力的同時(shí)保持盡量平推流狀態(tài)，加強(qiáng)傳熱，保持反應(yīng)器徑向的溫度均勻。示意：顯然，各個反應(yīng)器出口的轉(zhuǎn)化率應(yīng)當(dāng)相同，這意味著各個反應(yīng)器中流體的停留時(shí)間應(yīng)當(dāng)相同。即1=2=。3.4

20、 理想流動下的管式反應(yīng)器平推流反應(yīng)器的串聯(lián)、并聯(lián)或并串聯(lián)平推流反應(yīng)器并聯(lián)：3.4 理3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器間歇與理想反應(yīng)器課件3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器3.4.3 變溫連續(xù)流動管式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)熱量平衡，取一圓柱狀微元體作熱量衡算，在穩(wěn)態(tài)下可得其中，G為單位橫截面積單位時(shí)間的混合物質(zhì)量，dt為管子的直徑。因?yàn)槠酵屏鞴苁椒磻?yīng)器的熱量衡算式3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器3.4.3 變溫連續(xù)流動管式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)熱量平衡，取又物料衡算式為因?yàn)樗?，物料衡算式可寫?.4 理想流動下的管式反應(yīng)器又物料衡算式為因?yàn)樗裕?/p>

21、物料衡算式可寫為3.4 理想流動下的在絕熱操作下，將上式進(jìn)行積分 3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器在絕熱操作下，將上式進(jìn)行積分 3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器3.4 理想流動下的管式反應(yīng)器3.5.1 反應(yīng)過程濃度水平分析3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5.1 反應(yīng)過程濃度水平分析3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5.2 反應(yīng)性能指標(biāo)比較3.5.2.1反應(yīng)器體積、轉(zhuǎn)化率的比較3.5 反應(yīng)器的性能比較3

22、.5.2 反應(yīng)性能指標(biāo)比較3.5.2.1反應(yīng)器體積、轉(zhuǎn)化率1.反應(yīng)器體積比較3.5 反應(yīng)器的性能比較1.反應(yīng)器體積比較3.5 反應(yīng)器的性能比較在相同的轉(zhuǎn)化率下，當(dāng)操作條件相同時(shí)，為完成同一化學(xué)反應(yīng)，不考慮間歇反應(yīng)器的輔助生產(chǎn)時(shí)間時(shí)，若考慮間歇反應(yīng)器的輔助生產(chǎn)時(shí)間，則3.5 反應(yīng)器的性能比較在相同的轉(zhuǎn)化率下，當(dāng)操作條件相同時(shí)，為完成同一化學(xué)反應(yīng)，不考2.反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率的比較 對于正常動力學(xué)，平推流反應(yīng)器和間歇反應(yīng)器的反應(yīng)速度高于全混流反應(yīng)器，有限個MFR串聯(lián)反應(yīng)器其次，所以上述反應(yīng)器體積大小的關(guān)系是成立的，同時(shí)根據(jù)上述各反應(yīng)器的設(shè)計(jì)公式，在體積要求一定時(shí)，3.5 反應(yīng)器的性能比較2.反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率的

23、比較 對于正常動力學(xué)，平推流反應(yīng)器和以一級不可逆反應(yīng)為例，N個釜串聯(lián)時(shí)，總體積可表示為 平推流反應(yīng)器的總體積為 3.5 反應(yīng)器的性能比較以一級不可逆反應(yīng)為例，N個釜串聯(lián)時(shí)，總體積可表示為 平推流反時(shí)，有當(dāng)因此，對于正常動力學(xué)，當(dāng)轉(zhuǎn)化率要求相同，其它操作條件也相同時(shí)，無窮個全混流反應(yīng)器串聯(lián)所需的總體積相當(dāng)于一個平推流反應(yīng)器。 3.5 反應(yīng)器的性能比較時(shí)，有當(dāng)因此，對于正常動力學(xué)，當(dāng)轉(zhuǎn)化率要求相同，其它操作條件當(dāng)不考慮間歇反應(yīng)器的輔助操作時(shí)間時(shí)， 當(dāng)考慮間歇反應(yīng)器的輔助操作時(shí)間時(shí)， 如果動力學(xué)關(guān)系較為復(fù)雜，如反應(yīng)速率隨轉(zhuǎn)化率的提高先上升后下降或先下降后上升，上述關(guān)系不一定成立，要視具體情況而定，如

24、對于先下降后上升或先上升后下降，往往采用不同反應(yīng)器的組合時(shí)總體積較小。3.5 反應(yīng)器的性能比較當(dāng)不考慮間歇反應(yīng)器的輔助操作時(shí)間時(shí)， 當(dāng)考慮間歇反應(yīng)器的輔助3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5.2.2 反應(yīng)收率的比較微分選擇性反應(yīng)器中反應(yīng)的收率一般與反應(yīng)的動力學(xué)、反應(yīng)器的型式以及加料方式有關(guān)。3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5.2.2 反應(yīng)收率的

25、比較微分選擇性反應(yīng)器中反應(yīng)的收率一（1）反應(yīng)動力學(xué)3.5 反應(yīng)器的性能比較（1）反應(yīng)動力學(xué)3.5 反應(yīng)器的性能比較（2）反應(yīng)器的型式3.5 反應(yīng)器的性能比較（2）反應(yīng)器的型式3.5 反應(yīng)器的性能比較（3）反應(yīng)物的加料方式-13.5 反應(yīng)器的性能比較當(dāng)要求CA、CB均高時(shí)。采用間歇反應(yīng)器時(shí)，A、B同時(shí)加入到反應(yīng)器中，A、B濃度均高。若采用連續(xù)操作，平推流反應(yīng)器中A、B濃度均高，其次是有限個串聯(lián)的全混流反應(yīng)器，且體積依次增大較好。 （3）反應(yīng)物的加料方式-13.5 反應(yīng)器的性能比較當(dāng)要求CA3.5 反應(yīng)器的性能比較（3）反應(yīng)物的加料方式-2當(dāng)要求CA、CB均低時(shí)。A、B同時(shí)加入到全混流反應(yīng)器中，此

26、時(shí)A、B濃度均低。若采用多級操作，則有限個串聯(lián)的全混流反應(yīng)器體積依次減小為好。3.5 反應(yīng)器的性能比較（3）反應(yīng)物的加料方式-2當(dāng)要求CA 當(dāng)要求cA低、cB高時(shí)，如圖所示。采用半間歇反應(yīng)器時(shí)，先在釜中加入B，然后邊反應(yīng)邊滴加A。采用平推流反應(yīng)器時(shí)A分股加入反應(yīng)器，采用等體積串聯(lián)全混流反應(yīng)器時(shí) A也分股加入反應(yīng)器，此時(shí)cA0），反應(yīng)器應(yīng)以串聯(lián)操作，若n1，反應(yīng)速率-濃度曲線呈凹形時(shí)，其排列次序應(yīng)滿足反應(yīng)物濃度盡可能高，相反若n1，其最優(yōu)排列是先為平推流反應(yīng)器、較小的全混流、最后是較大的全混流；而當(dāng)n1，排列次序正相反。2、對反應(yīng)速率-濃度曲線出現(xiàn)最大或最小值的反應(yīng)，裝置的排列取決于實(shí)際的曲線形狀，所希望達(dá)到的轉(zhuǎn)化率和裝置的效率，沒有簡單的原則可以遵循。3.5 反應(yīng)器的性能比較不同型式簡單反應(yīng)器組合的最優(yōu)排列，一3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5 反應(yīng)器的性能比較Solution3.5 反應(yīng)器的性能比較Solution3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5 反應(yīng)器的性能比較3.5 反應(yīng)器的性能比較Solut