化学反应工程课件第二章PPT格式课件下载.ppt

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操作灵活，适用于小批量、多品种、操作灵活，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产反应时间较长的产品生产精细化工产品的生产精细化工产品的生产缺点缺点：

装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量不稳定：

装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量不稳定平推流反应器PistonFlowReactor（PFR）1.连续定态下，各个截面上的各种参数只是位置的函数，不随时间而变化；

2.径向速度均匀，径向也不存在浓度分布；

3.反应物料具有相同的停留时间。

全混流反应器ContinuedStirredTankReactor（CSTR）连连续续搅搅拌拌槽槽式式反反应应器器或或理理想想混混合合反反应应器器假设假设：

反应物料以稳定流量流入反应：

反应物料以稳定流量流入反应器，在反应器中，刚进入的新鲜物料器，在反应器中，刚进入的新鲜物料与存留在反应器中的物料瞬间达到完与存留在反应器中的物料瞬间达到完全混合。

全混合。

特点：

反应器中所有空间位置的物料反应器中所有空间位置的物料参数都是均匀的，而且等于反应器出参数都是均匀的，而且等于反应器出口处的物料性质，物料质点在反应器口处的物料性质，物料质点在反应器中的停留时间参差不齐，有的很长，中的停留时间参差不齐，有的很长，有的很短，形成一个停留时间分布。

有的很短，形成一个停留时间分布。

年龄反应物料质点从进入反应器算起已经停留的时间；

反应物料质点从进入反应器算起已经停留的时间；

是对仍留在反应器中的物料质点而言的。

寿命反应物料质点从进入反应器到离开反应器的时间；

反应物料质点从进入反应器到离开反应器的时间；

是对已经离开反应器的物料质点而言的。

返混返混：

又称逆向返混，又称逆向返混，不同年龄不同年龄的质点之间的混合。

的质点之间的混合。

是时间概念上的混合是时间概念上的混合BSTRPFRCSTR1投料投料一次加料一次加料（起始起始）连续加料连续加料（入口入口）连续加料连续加料（入口入口）2年龄年龄年龄相同年龄相同（某时某时）年龄相同年龄相同（某处某处）年龄不同年龄不同3寿命寿命寿命相同寿命相同（中止中止）寿命相同寿命相同（出口出口）寿命不同寿命不同（出口出口）4返混返混全无返混全无返混全无返混全无返混返混极大返混极大反应器特性分析反应器特性分析浓度分布-推动力反应器特性分析反应器特性分析反应推动力随反应推动力随反应时间逐渐反应时间逐渐降低降低反应推动力反应推动力随反应器轴随反应器轴向长度逐渐向长度逐渐降低降低反应推动力不反应推动力不变，等于出口变，等于出口处反应推动力处反应推动力偏离平推流的情况非理想流动模型非理想流动模型漩涡运动：

涡漩涡运动：

涡流、湍动、碰流、湍动、碰撞填料撞填料截面上流截面上流速不均匀速不均匀沟流、短路：

填沟流、短路：

填料或催化剂装填料或催化剂装填不均匀不均匀非理想流动模型非理想流动模型偏离全混流的情况死角死角短路短路搅拌造成搅拌造成的再循环的再循环流动状况对化学反应的影响-由物料停留时间不同所造成由物料停留时间不同所造成非理想流动模型非理想流动模型短路、沟流短路、沟流停留时间减少停留时间减少转化率降低转化率降低死区、死区、再循环再循环停留时停留时间过长间过长A+BP：

有效反应体积减少有效反应体积减少A+BPS产物产物P减少减少停留时间的不均停留时间的不均反应器设计的基本方程反应器设计的基本方程反应器设计的基本内容选择合适的反应器型式选择合适的反应器型式反应动力学特性反应动力学特性+反应器的流动特征反应器的流动特征+传递特性传递特性确定最佳的工艺条件确定最佳的工艺条件最大反应效果最大反应效果+反应器的操作稳定性反应器的操作稳定性进口物料的配比、流量、反应温度、压力和最终转化率进口物料的配比、流量、反应温度、压力和最终转化率计算所需反应器体积计算所需反应器体积规定任务规定任务+反应器结构和尺寸的优化反应器结构和尺寸的优化反应器设计的基本方程反应器设计的基本方程物料衡算方程某组分流入量某组分流入量=某组分流出量某组分流出量+某组分反应消耗量某组分反应消耗量+某组分累积量某组分累积量反应消耗反应消耗累积累积流入流入流出流出反应单元反应单元反应器反应器反应单元反应单元流入量流入量流出量流出量反应量反应量累积量累积量间歇式间歇式整个反应器整个反应器00平推流平推流（稳态稳态）微元长度微元长度0全混釜全混釜（稳态稳态）整个反应器整个反应器0非稳态非稳态反应器设计的基本方程反应器设计的基本方程热量衡算方程带入的热焓带入的热焓=带出的热焓带出的热焓+反应热反应热+热量的累积热量的累积+传给环境的热量传给环境的热量反应热反应热累积累积带入带入带出带出反应单元反应单元反应器反应器反应单元反应单元带入量带入量带出量带出量反应热反应热累积量累积量间歇式间歇式整个反应器整个反应器00平推流平推流（稳态稳态）微元长度微元长度0全混釜全混釜（稳态稳态）整个反应器整个反应器0非稳态非稳态传给环境传给环境反应器设计的基本方程反应器设计的基本方程动量衡算方程气相流动反应器的压降大气相流动反应器的压降大时，需要考虑压降对反应时，需要考虑压降对反应的影响，需进行动量衡算。

的影响，需进行动量衡算。

但有时为了简化计算，常但有时为了简化计算，常采用估算法。

采用估算法。

第二节第二节理想流动反应器理想流动反应器间歇反应器特点特点:

11由于剧烈搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度由于剧烈搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度上的均匀，且反应器内浓度处处相等，因而排除上的均匀，且反应器内浓度处处相等，因而排除了物质传递对反应的影响；

了物质传递对反应的影响；

22具有足够强的传热条件，温度始终相等，无需考具有足够强的传热条件，温度始终相等，无需考虑器内的热量传递问题；

虑器内的热量传递问题；

33物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相同的反应时间。

同的反应时间。

优点：

操作灵活，适用于小批量、多品种、反应时间较长的操作灵活，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产产品生产精细化工产品的生产精细化工产品的生产缺点缺点：

装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量不稳定间歇反应器的数学描述间歇反应器的数学描述对整个反应器进行物料衡算：

对整个反应器进行物料衡算：

流入量流入量=流出量流出量+反应量反应量+累积量累积量00单位时间内反应量单位时间内反应量=单位时间内消失量单位时间内消失量等容过程，液相反应等容过程，液相反应间歇反应器的数学描述间歇反应器的数学描述实际操作时间实际操作时间=反应时间反应时间（t）+辅助时间辅助时间（t）反应体积反应体积VVRR是指反应物料在反应器中所占的体积是指反应物料在反应器中所占的体积VVRR=V（t+t）=V（t+t）1/rAxAt/CA01/rACAt反应速率rA=kCArA=kCA2间歇反应器中的单反应间歇反应器中的单反应间歇反应器中的单反应间歇反应器中的单反应kk增大增大（温度升高）温度升高）tt减少减少反应体积减小反应体积减小间歇反应器中的单反应间歇反应器中的单反应2.反应浓度反应浓度的影响的影响1.k的影响的影响零级反应：

零级反应：

tt与初浓度与初浓度CCA0A0正比正比一级反应：

一级反应：

tt与初浓度与初浓度CCA0A0无关无关二级反应：

二级反应：

tt与初浓度与初浓度CCA0A0反比反比3.残余浓度残余浓度零级反应：

残余浓度随零级反应：

残余浓度随tt直线下降直线下降一级反应：

残余浓度随一级反应：

残余浓度随tt逐渐下降逐渐下降二级反应：

残余浓度随二级反应：

残余浓度随tt慢慢下降慢慢下降反应后期的速度很小；

反应机理的变化反应后期的速度很小；

反应机理的变化1.连续定态下，各个截面上的各种参数只是位置的函数，不随时间而变化；

平推流反应器平推流反应器一一.特点：

二二.基本公式：

基本公式：

流入量流入量=流出量流出量+反应量反应量+累积量累积量0二二.基本公式：

1.k与与xA的关系的关系等温时等温时kk为常数为常数2.V0与与xA的关系的关系等分子反应？

变分子反应？

等分子反应？

3.等容过程等容过程与间歇反应器的公式相同与间歇反应器的公式相同等温平推流反应器的计算等温平推流反应器的计算等温平推流反应器的计算等温平推流反应器的计算全混流反应器全混流反应器反应器内物料的浓度和温度处处相等，且等反应器内物料的浓度和温度处处相等，且等于反应器流出物料的浓度和温度。

于反应器流出物料的浓度和温度。

流入量流入量=流出量流出量+反应量反应量+累积量累积量0进口中已有产物进口中已有产物（或者进口转化（或者进口转化率不为零）率不为零）全混流反应器全混流反应器全混流反应器全混流反应器的的图解解积分分平推流反应器与全混流反应器的比较平推流反应器与全混流反应器的比较多级平推流反应器的串联多级平推流反应器的串联12in与单一平推流与单一平推流反应器相同反应器相同多级全混流反应器的串联多级全混流反应器的串联全混流反应器的反应速率始终全混流反应器的反应速率始终处于出口反应物浓度的低速率处于出口反应物浓度的低速率状态，采用多级全混流反应器状态，采用多级全混流反应器串联后，可以降低返混影响的串联后，可以降低返混影响的程度，提高反应速率或减少反程度，提高反应速率或减少反应器体积。

应器体积。

多级全混流反应器串联级数越多级全混流反应器串联级数越多，过程就越接近平推流反应多，过程就越接近平推流反应器，那么，是不是级数越多越器，那么，是不是级数越多越好呢？

好呢？

稳态，定容稳态，定容多级全混流反应器串联的计算多级全混流反应器串联的计算（解析法解析法）一级反应，一级反应，m级反应器串联级反应器串联由于由于故故多级全混流反应器串联的计算多级全混流反应器串联的计算各级反应器体积相同时：

各级反应器体积相同时：

或或反应总体积反应总体积可见，已知可见，已知和最终转化率和最终转化率，可求出每级反应釜体积。

，可求出每级反应釜体积。

多级全混流反应器串联的计算（图解法）多级全混流反应器串联的计算（图解法）对非一级反应，图解计算更方便对非一级反应，图解计算更方便以以为纵坐标，为纵坐标，CCAA为横坐标作图，每一级为横坐标作图，每一级均为直线关均为直线关系，直线斜率为系，直线斜率为，并经过点，并经过点。

又该级的出口浓度又该级的出口浓度亦满足动力学方程式，若各级反应釜动力亦满足动力学方程式，若各级反应釜动力学方程相同，反