化学反应工程教案5(化工13)-胡江良.doc

化学反应工程 课程教案课次5课时2课 型（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他授课题目（教学章、节或主题）：第2章 复合反应与反应器选型2.1 单一不可逆反应过程与反应器教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1. 了解复合反应的动力学特点；2. 掌握多级全混流反应器中进行简单反应时的体积计算及其优化；3. 掌握理想流动反应器简单组合的基本概念和计算；教学重点及难点：重点：反应器的分类、混合与返混、停留时间等几个时间概念。难点：反应器设计基础方程。教 学 基 本 内 容方法及手段第2章 复合反应与反应器选型化学反应工程学重视反应体积的概念，强调在反应器中不同时间、不同位置上的局部浓度可能不相同。这就造成了同一个反应发生在不同反应器中会有不同的结果。平推流反应器在结构和操作方式上与间歇反应器截然不同，一个没有搅拌一个有搅拌；一个连续操作一个间歇操作；一个是管式一个是釜式。但有一点是共同的，就是二者都没有返混，所有物料在反应器内的停留时间都相同。既然停留时间都相同，没有不同停留时间（即不同转化率，不同浓度）物料的混合，两种反应器在相同的进口（初始）条件和反应时间下，就应该得到相同的反应结果。从化学反应工程的角度看，间歇反应器和平推流反应器在本质上是相同的，都是没有返混的反应器。而全混流反应器则是返混达到极大程度的另一类反应器。间歇反应器和平推流反应器的相同体现在二者的设计方程相同。 反应器的选型，其实就是根据不同反应的特性，选择适合这种反应类型的操作方式。从本质上说，物理过程不改变反应过程的动力学规律。也就是说，反应的动力学方程并不因为物理过程的存在而发生变化。但是，流体的流动、传质、传热过程会影响实际反应场所的浓度和温度在时间、空间上的分布，从而影响实际反应场的浓度和温度在时间、空间上的分布，从而影响反应的最终结果。对某个具体反应，选择反应器、操作条件和操作方式主要考虑化学反应本身的特征与反应器特征，最终选择的依据将取决于所有过程：一是反应器的大小，二是产物分布济性。过程的经济性主要受两个因素影响；而对于复合反应，首先要考虑产物分布。2.1单一不可逆反应过程与反应器2.1.1单一不可逆反应过程平推流反应器与全混流反应器的比较在反应器设计评比中,只考虑如何有利于反应速率的提高。当然,其中一个重要因素是,考察反应器的大小.一、理想流动反应器的体积比较基本条件： 和反应温度均相同；等容过程。VR，VRP，VRM分别表示间歇反应器体积、平推流反应器体积和全混流反应器体积，则：当转化率越大，则两者的差距较大，所以可采用低转化率操作。n 1、对同一单一的正级数反应，在相同工艺条件下，为达到相同的转化率，PFR所需的反应器体积最小，而CSTR所需的反应器体积最大。（若反应器体积相同，则PFR可达的转化率最大，而CSTR可达的转化率最小。）n 2、当转化率很小时，反应器性能受流动状况影响较小。随着转化率增加，二者体积差距逐渐增大。n 3、当转化率一定时，随着反应级数增加，CSTR体积与PFR体积之比迅速增大，而对于0级反应，流动状况对所需反应体积大小没有影响，二者之比等于1；n 4、如果反应密度降低（即体积膨胀），会增加二者体积比率，即导致CSTR的效率下降；反之则反。然而密度变化对反应器大小的影响与流动状况对其影响小得多，为次要影响因素。n 因而，确定反应器型式，不但要考虑反应级数，还要考虑转化率高低。n 如果反应级数高、要求的转化率也高，应采用PFR；n 如果只能采用釜式结构，应采用多釜串联，使之尽可能接近PFR性能。2.1.2、理想流动反应器的组合n 工业生产中为了满足工艺要求，常常将理想反应器组合起来，构成理想流动反应器的组合。n 单个CSTR的返混为无穷大，而若将N个CSTR串联，则可以减少返混的影响，使其具有PFR的某些特征；而循环反应器则可以使PFR具有CSTR的某些特征。 n 1、理想流动反应器的并联操作n 1）PFR的并联操作n 目标：使转化率最高或反应器体积最小。n 如果反应温度相同，使反应体积最小（极值）：n 即：n 这就意味着为使反应体积最小，并联操作的多个PFR，其体积流量应按反应器体积大小进行分配。 n 当反应温度相同，流量、初始浓度及各反应器体n 积相同，进行一级不可逆反应，考察出口浓度。n 则每只PFR出口浓度即为混合后的出口浓度：讲解作业、讨论题、思考题：名词解释：参考资料（含参考书、文献等）化学反应工程（第二版）