化學反應過程課件 第四章 單一反應理想反應器設計

第4章單一反應的反應器設計4.1平推流反應器的串并聯(lián)4.2全混流反應器的串聯(lián)4.3全混流與平推流反應器的串聯(lián)4.4循環(huán)反應器本章主要內容平推流反應器串聯(lián)：例如將一個很高的反應器A，分為兩個較短的反應器A、B的串聯(lián)方式便于運輸和安裝。反應器A反應器A、B的串聯(lián)4.1平推流反應器的串并聯(lián)4對于平推流反應器的串聯(lián)，把管式反應器中間截斷，再把兩個反應器串聯(lián)，其效果是相同的。實際生產中，限于廠房，有時平推流反應器的串聯(lián)還是很有必要。5平推流反應器的并聯(lián)根據實際的需要，有時因單個平推流反應器的管徑太粗加工運輸不便等實際情況，要用到平推流反應器的串并聯(lián)。但應滿足：此時總的反應器的效率最高。一級不可逆反應在N個串聯(lián)的等體積全混流反應器中進行反應vvvvcA0vv0xAnxA2xA3xA1xA4cAncAicA3cA2cA1對于每個反應器，都可根據全混流反應器的設計方程，寫出濃度、空時的關系式4.2.1相同體積的N個全混釜的串聯(lián)4.2全混流反應器的串聯(lián)對于一級不可逆恒容反應，速率方程為根據全混流反應器的設計方程變形得對于單個反應器：將N個反應器串聯(lián)每個反應器的體積都是V、每個反應器的空時都是τ

第1個反應器：第2個反應器：9若想求最終出口濃度CAN與第一個反應器入口濃度的關系，令N個關系式左右相乘得：或10這樣就得到了轉化率、反應器開始和最終的濃度、反應器的個數(shù)及單個反應器的空時的關系。11設N個全混流反應器的總空時為：則根據平推流反應器的設計方程，對一級不可逆反應有12N個全混流反應器串聯(lián)，當N越大，反應器總體接近平推流13而平推流反應器：N個全混流反應器串聯(lián)N越大越接近平推流反應器，或者說平推流反應器可看做是無限多個全混流反應器串聯(lián)的結果。14多釜串聯(lián)操作的圖解計算對給定了處理量和轉化率要需選釜數(shù)和釜容積時得到以空時負倒數(shù)為斜率的直線，與x軸的交點為入口的濃度。4.2.2多釜串聯(lián)操作的圖解計算為斜率作圖直到所要求的出口濃度為止，有n個階梯，即代表所需的釜數(shù)。斜率不同表示釜的大小不同。164.3不同型式反應器的串聯(lián)在全混混流反應器后連接兩個平推流反應器，然后再接另一個全混流反應器17不同型式反應器串聯(lián)的圖解計算對于全混流反應器與平推流反應器串聯(lián)的順序，會影響總體反應器的大小。若總體反應器大小一定，則平推流與全混流反應器的前后順序會影響轉化率。例4.1：有兩個有效容積均為V＝1L的平推流和全混流反應器，反應器內進行的是二級不可逆液相反應。已知反應的速率方程，初始轉化率為0，A的初始濃度，反應器入口原料的體積流率如下：已知：試通過計算比較平推流與全混流反應器的順序對轉化率是否有影響。解：a.平推流反應器在前、全混流反應器在后，根據平推流反應器的設計方程根據全混流反應器的設計方程當然轉化率不可能大于1，所以等于0.634。在實際計算要對計算結果合理取舍。出口-入口b.全混流反應器在前、平推流反應器在后，根據全混流反應器的設計方程根據平推流反應器的設計方程據計算結果看平推流反應器在前略好于全混流反應器在前。循環(huán)料出料新鮮料總進料多管循環(huán)出料新鮮進料總進料單管循環(huán)4.4循環(huán)反應器循環(huán)反應器在工業(yè)生產中為了控制反應物的合適濃度以便于控制溫度、轉化率和收率，同時又需使物料在反應器內有足夠的停留時間并具有一定的線速度，常常采用將部分物料進行循環(huán)的操作方法。274.3.4循環(huán)反應器28有循環(huán)的平推流反應器簡稱循環(huán)反應器，出口物料再循環(huán)到反應器的入口，繼續(xù)反應。要求循環(huán)反應器的設計方程，依舊對這個體系進行物料衡算。也要劃定體積微元進行衡算。分析：平推流反應器，循環(huán)帶有產物的物料與新鮮的物料混合后進入反應器，只是入口的轉化率不為0。循環(huán)比R：循環(huán)的體積流量/離開的體積流量29無循環(huán)平推流的設計方程有循環(huán)時進入反應器的循環(huán)物料摩爾流率FAr與新鮮的物料FA0不同循環(huán)反應器的初始流率為F’A0循環(huán)反應器的設計方程應為：循環(huán)反應器的入口轉化率xA1可以通過下式進出反應器的物料平衡求得：31解得得帶循環(huán)的平推流設計方程：或32當R值越大時，越趨近于1，反應器趨近于全混流反應器。當R趨近無窮