乙酸丁酯反应器的设计操作与控制PPT课件

1 1000吨 年乙酸丁酯反应器的设计 操作与控制 第二组 2 解析法计算乙酸丁酯反应器 PFR 的体积 3 单位时间A的流入量 单位时间 单位时间A的流出量 反应器中A的积累速度 FA FA dFA rAdVR 0即dFA rA dVR 0因为FA FAO 1 XA 将上式代入物料衡算式dFA rA dVR 0得 rA dVR FAOdxA将上式代入物料衡算式 4 又由于此反应为二级恒温恒容反应 rA kc2A cA CAO 1 xA 代入得 由A0105 1中已知每小时需要处理的原料体积VO 1 376 m3 h 乙酸的转化率xAf 0 5乙酸的初始浓度cAO 1 74 kmol m3 反应速率常数k 0 0174m3 kmol min 5 图解法计算乙酸丁酯反应器 PFR 的体积 由cA cAO 1 xA xAf 0 5得cA cAO 1 xA 1 8 1 5 0 9 kmol m3 rA KC2A 0 0174C2Akmol m3 min 则1 rA 57 471 1 c2A 6 用Graph软件作图管式反应器的图解计算示意图 因为VR VOl所以VR 1 376 0 532 0 732 M2 7 化学反应过程的优化含义 化学过程的优化包括设计计算优化和操作优化两种类型 设计计算优化是根据给定生产能力确定反应器型式 结构和适宜的尺寸及操作条件 操作优化是指反应器的操作必须根据各种因素的变化对操作条件作出相应的调整 是反应器处于最有条件下运转 以达到优化目的 反应过程的技术目标有 反应速率 涉及设备尺寸 亦即设备投资费用选择性 涉及生产过程的原料消耗费用能量消耗 生产过程操作费用的重要组成部分 从工程角度看 优化就是如何进行反应器的类型 操作方式和操作条件的选择并从工程上予以实施 以实现温度和浓度的优化条件 提高反应过程的速率和选择性 反应器的型式包括管式和釜式反应器及返混特性 操作条件则包括物料的初始浓度 转化率 最终浓度 反应温度或温度分布 操作方式包括间歇操作 连续操作 半连续操作以及加料的分批或分段加料等 8 简单反应和复杂反应的优化目标 对于简单反应过程 不存在选择性问题 唯一目标是反应速率 对于复杂反应过程 则选择性是优化的主要目标 选择性决定了产品中原料的消耗程度 对复杂反应过程选择性将比反应速率重要的多 选择性是主要技术目标 选择性的本质是反应生成目的产物的主反应速率与副产物的副反应的相对优化的比值 所以影响主副反应速率的因素也是影响选择性的主要因素 既也是取决于反应物浓度和反应温度 对于复杂反应 应根据选择性要求确定优化的温度和浓度条件 9 反应器选择 设计和操作的优化核心 反应器选择 设计和操作的优化核心是化学因素和工程因素的最优结合 优化因素包括反应类型及动力学特性 工程因素包括反应器类型 操作条方式 操作条件 10 能够分析比较 分别采用1 CSTR N CSRR PFR生产乙酸丁酯 在相同操作条件下 达到相同转化率 各反应器的生产能力大小 1 1 CSTR 1 计算反应时间以 rA kc2A 积分得乙醇和丁醇的相对分子质量分别是60和74 故得乙酸的初始浓度为 11 将反应速率常数k 0 0174m3 kmol min 和乙酸转化率达到xA 0 5代入 得反应时间为2 计算反应器有效体积要求每天生产1000 300 x1000kg的乙酸丁酯 其相对分子量为116 平均每小时乙酸用量 每小时需要处理的原料根据 12 3 计算反应器体积根据装料系数定义 反应器体积为2 N CSTR 取N 2 由题意设xA1 0 323xA2 0 5第一台反应釜的有效体积为 13 第二台反应釜的有效体积为两台釜式反应器的总有效体积为VA VA1 VR2 0 54 0 54 1 08M2 14 3 PFR此反应为二级恒温恒容反应 r kc2A cA cAO 1 XA 代入得 VR 由任务A105 1得cAO 1 74VO 1 376VAf 0 5k 0 0174将其代入得 15 1 1 rA 和xA呈单调上升 如图3 6 1所示 对于n 0的不可逆等温反应均有图示的特征 相同转化率的前提下 各反应器的有效体积比较PFR 0 757 N CSRR 取N 2 1 08 1 CSTR 1 445 PFR最小 N CSTR次之 1 CSTR最大 1 图解法中的各反应器的有效体积比较 16 17 对同一简单反应 在相同操作条件下 为达到相同转化率 平推流反应器所需体积为最小 而全混流反应器所需体积为最大 即若反应器体积相同 则平推流反应器所达到的转化率比全混流反应器要高 n级反应在两种不同反应器中性能比较如下 18 19 若反应要求较长的停留时间 采用管式反应器会造成结构或操作的困难 可采用连续釜式反应器串连组合的型式 既可降低返混的影响 又可保证足够停留时间 当串连釜数大于5时