化學反應工程第四章

第四章管式反應器天津大學化工學院反應(fǎnyìng)工程教學組1精品資料理想流動模型等溫管式反應(fǎnyìng)器設計管式與釜式反應(fǎnyìng)器反應(fǎnyìng)體積的比較循環(huán)反應(fǎnyìng)器變溫管式反應(fǎnyìng)器計算本章(běnzhānɡ)內(nèi)容2精品資料4.1理想流動(liúdòng)模型流動模型：反應器中流體(liútǐ)流動與返混情況的描述。返混：在流體流動方向上停留時間不同的流體粒子之間的混合稱為返混，也稱為逆向混合。

(1)徑向流速分布均勻(2)軸向上無返混活塞流模型（平推流）層流湍流活塞流(1)徑向上物料的所有參數(shù)都相同(2)軸向上不斷變化基本假定特點3精品資料管徑較小，流速較大(jiàodà)的管式反應器可按活塞流處理4.1理想流動(liúdòng)模型全混流模型徑向混合和軸向返混都達到最大反應物系的所有參數(shù)在徑向上均一，軸向上也均一，即：各處物料均一，均為出口值基本假定特點

劇烈攪拌的連續(xù)釜式反應器可按全混流處理4精品資料4.2等溫管式反應器的設計(shèjì)進入量=排出(páichū)量+反應量+累積量4.2.1單一反應單一反應比較5精品資料4.2.2復合(fùhé)反應4.2等溫管式反應器的設計(shèjì)平行反應恒容過程6精品資料4.2.2復合(fùhé)反應4.2等溫管式反應器的設計(shèjì)連串反應恒容過程k1

k27精品資料例：4.2在活塞流反應器（PFR）中，于923K等溫下進行丁烯脫氫反應生產(chǎn)丁二烯：C4H8C4H6+H2原料氣為丁烯與水蒸汽的混合氣，丁烯的摩爾分數(shù)10%，操作壓力(yālì)為105Pa，973K時，k=1.079×10-4kmol/(h.m3.Pa)若要丁烯的轉(zhuǎn)化率達35%，空時為多少？解8精品資料例4.4管式，4.05MPa,936K下進行如下(rúxià)反應yT0=25％,yH075％,流速(liúsù)0.1m/s,求XTf=80%時所需的反應器長度二甲基萘、一甲基萘及萘的收率獨立反應數(shù)？關(guān)鍵組分？解T、D、M9精品資料恒容設計(shèjì)方程速率方程變換(XT,YD,YM)10精品資料051015200.00.20.40.60.81.0(反應器長度(chángdù))11精品資料4.2.3擬均相模型(móxíng)例4.50.12MPa,898K,乙苯脫氫ASH乙苯/水蒸氣＝1:20,XA=60%,催化劑用量=?解12精品資料4.3管式與釜式反應器反應體積(tǐjī)的比較1.正常(zhèngcháng)動力學相同條件下，PFR所需的反應體積小于CSTR和BRCSTR單釜CSTR兩釜串PFR或BR13精品資料4.3管式與釜式反應(fǎnyìng)器反應(fǎnyìng)體積的比較2.反常(fǎncháng)動力學OCSTR單釜CSTR兩釜串PFR或BR結(jié)論？14精品資料3.有極大值情況(qíngkuàng)4.3管式與釜式反應(fǎnyìng)器反應(fǎnyìng)體積的比較15精品資料例：4.6等溫下進行如下反應：操作溫度下平衡常數(shù)已知，且進料濃度給定，求當辛醇轉(zhuǎn)化率達30%時，計算反應體積。（PFR和CSTR）HCl(A)+CH3(CH2)6CH2OH(B)CH3(CH2)6CH2Cl+H2OHCl(A)+CH3(CH2)10CH2OH(C)CH3(CH2)10CH2Cl+H2O（1）PFR反應器解設計(shèjì)方程（B、C）16精品資料（2）采用(cǎiyòng)CSTR反應器設計(shèjì)方程（B、C）17精品資料ReactorM4.4循環(huán)(xúnhuán)反應器32118精品資料4.5變溫管式反應器

4.5.1管式反應器的熱量(rèliàng)衡算反應器內(nèi)流體流動符合活塞(huósāi)流假定反應器內(nèi)溫度分布徑向均勻，軸向變化控制體積基本假設熱力學第一定律dVr19精品資料Δ

Δ

（4.26）反應熱溫度(wēndù)變20精品資料單一(dānyī)反應復合(fùhé)反應？21精品資料4.5.2

絕熱管式反應器絕熱22精品資料吸熱反應等溫反應(fǎnyìng)放熱反應(fànɡrèfǎnyìng)ABCtZZAZBZCtBtctABRCSTRPFRT,XAABCXAXA1XA2XA3T0TATBTCTO23精品資料圖4.8可逆放熱反應(fànɡrèfǎnyìng)溫度與轉(zhuǎn)化率關(guān)系24精品資料圖4.9絕熱管式反應器最佳(zuìjiā)進料溫度25精品資料（1）催化劑用量（2）反應器軸向溫度(wēndù)與轉(zhuǎn)化率分布例4.7絕熱管式反應器計算(jìsuàn)26精品資料等溫過程絕熱過程(juérèɡuòchénɡ)27精品資料管式反應器絕熱操作溫度與濃度(nóngdù)分布圖28精品資料4.5.3

非絕熱變溫管式反應器（1）催化劑用量（2）反應器軸向溫度(wēndù)與轉(zhuǎn)化率分布例4.8非絕熱管式反應器計算(jìsuàn)29精品資料等溫過程絕熱過程(juérèɡuòchénɡ)非絕熱變溫過程(guòchéng)30精品資料過程等溫T=898K絕熱T0=898K非絕熱T0=898K催化劑用量/Kg172549493135XAf=60%時催化劑用量31精品資料4.6管式反應器的最佳(zuìjiā)溫度序列4.6.1單一(dānyī)反應等溫操作變溫操作不可逆或可逆吸熱反應?可逆放熱反應?單一反應：生產(chǎn)強度最大復合反應：目的產(chǎn)物的收率（選擇性）最大可逆放熱反應32精品資料4.6.2復合(fùhé)反應平行反應生產(chǎn)(shēngchǎn)強度最大P選擇性最大先低溫后高溫低溫E1<E2E1>E2?連串反應1.等溫反應，不存在最佳溫度

若E1