化学反应工程第一章2ppt课件

.,第一章,均相单一反应动力学和理想反应器,.,用户名:hxfygch密码:bfxy09hgcitizen_81,.,变容反应过程,理想置换反应器是一种连续流动反应器，可以用于液相反应，也可以用于气相反应。用于气相反应时，有些反应，反应前后摩尔数不同，在系统压力不变的情况下，反应会引起系统物流体积发生变化。物流体积的改变必然带来反应物浓度的变化，从而引起反应速率的变化。为了表征由于反应物系体积变化给反应速率带来的影响，引入两个参数，膨胀因子和膨胀率。,.,膨胀因子,膨胀因子：关键组份A的膨胀因子等于反应计量系数的代数和除以A组分计量系数的相反数。,膨胀因子是由反应式决定的，一旦反应式确定，膨胀因子就是一个定值，与其它因素一概无关。,.,关键组分A消耗1mol时，引起反应物系摩尔数的变化量。对于恒压的气相反应，摩尔数的变化导致反应体积变化。A0是摩尔数增加的反应，反应体积增加。A0是摩尔数减少的反应，反应体积减小。A=0是摩尔数不变的反应，反应体积不变。,.,膨胀率,膨胀率：A组分的膨胀率等于物系中A组分完全转化所引起的体积变化除以物系的初始体积。,反应开始时，只有A结束时，只有PnVA=(2-1)/1=1,例：有一等温气相反应，计算A,.,若开始时，除A以外，还有50的惰性气体，A？反应开始时：A1mol，惰性气体1mol，共2mol；反应结束后：P2mol，惰性气体1mol，共3mol。,膨胀因子与膨胀率的关系,任意时刻物料的体积:,.,恒压变容体系中各组分浓度、摩尔分率及分压可以由以下推导得到：,对于A组分,.,体系中任意组分摩尔分数：,对于产物S：,对于反应物B：,.,例1-5均相气相反应A3R，其动力学方程为-rA=kcA，该过程在185，400kPa下在一平推流反应器中进行，其中k=10-2s-1，进料量FA0=30kmol/h，原料含50惰性气，为使反应器出口转化率达80，该反应器体积应为多大?解：该反应为气相反应A3R,已知yA0=0.5，因此A=yA0A=1平推流反应器设计方程,.,.,例1-6在一个平推流反应器中，由纯乙烷进料裂解制造乙烯。年设计生产能力为14万吨乙烯。反应是不可逆的一级反应，要求达到乙烷转化率为80，反应器在1100K等温，恒压600kPa下操作，已知反应活化能为347.3kJmol-1，1000K时，k=0.0725s-1。设计工业规模的管式反应器。解：设A为乙烷，B为乙烯，C为氢气,.,反应器流出的乙烯的摩尔流率是：,进料乙烷的摩尔流率是：计算1100K时反应速率常数：,.,膨胀因子：膨胀率：进口体积流量：,.,.,流体在平推流反应器中的真实停留时间,由平推流反应器的定义可知，流体在反应器内不存在任何返混，所有流体微元的真实停留时间都等于平均停留时间。恒压变容反应，由于反应物系体积随转化率而变化，其真实停留时间与空间时间不同。如果反应物系体积膨胀，流体流速将逐渐加快，停留时间将小于空间时间；相反，如果反应物系体积缩小，停留时间将大于空间时间。,.,恒容条件下，A=0，上式还原为：,.,三、全混流反应器,全混流反应器又称全混釜或连续流动充分搅拌槽式反应器，简称CSTR。流入反应器的物料，在瞬间与反应器内的物料混合均匀，即在反应器中各处物料的温度、浓度都是相同的。,.,1.全混流反应器特性,物料在反应器内充分返混；反应器内各处物料参数均一；反应器的出口组成与器内物料组成相同；连续、稳定流动，是一定态过程。,.,2.全混流反应器基本设计方程,全混釜中各处物料均一，故选整个反应器有效容积VR为物料衡算体系，对组分A作物料衡算。,.,整理得到：,恒容条件下又可以简化为：,.,例1-7条件同例1-3的醇酸树脂生产，若采用CSTR反应器，求己二酸转化率分别80、90时，所需反应器的体积。解：由例1-3已知：,.,由设计方程代入数据，xAf=0.8时代入数据，xAf=0.9时,.,将例1-3，1-4，1-7的结果汇总从上表可看出，达到同样结果间歇反应器比平推流反应器所需反应体积略大些，这是由于间歇过程需辅助工作时间所造成的。而全混釜反应器比平推流反应器、间歇反应器所需反应体积大得多，这是由于全混釜的返混造成反应速率下降所致。当转化率增加时，所需反应体积迅速增加。,.,Qin=0Qout=0Qu=KA（Tw-T）Qr=VR（-rA）（-Hr）Qb=所以有：KA（Tw-T）+VR（-