第八章 均相反应过程02

1、u反应物料一次加入；反应物料一次加入；u充分搅拌，整个反应器内物料的充分搅拌，整个反应器内物料的浓度和温度保持均匀；浓度和温度保持均匀；u常配有夹套或蛇管，以控制反应常配有夹套或蛇管，以控制反应温度；温度；u间歇反应器操作的一个生产周期间歇反应器操作的一个生产周期包括加料、反应、出料、清洗；包括加料、反应、出料、清洗；u由于剧烈搅拌，物料达到分子尺度上的均匀，且由于剧烈搅拌，物料达到分子尺度上的均匀，且浓度、温度处处相等并随时间变化。浓度、温度处处相等并随时间变化。,0, tAA fcc AArV反应物 消耗量左边反应物体积时间 反应物体积dtdxndtxnddtdnAAAAA00)1(右右边

2、边0AAAdxr Vndt对于着眼组分对于着眼组分A A：单位时间内由于反应而消耗的单位时间内由于反应而消耗的A A物料量物料量 = -= -单位时间内单位时间内A A物料的积累量物料的积累量00AxAAAdxtnr V间歇反应器间歇反应器基本方程式基本方程式AAAAAAdxcdcxcc00),1(又又0AAcAcAdctr 0000AAxxAAAAAAndxdxtcVrr对于对于定容过程定容过程：A,0Alncktc AA,011ktccA1ln1ktx AA,0A(1)xktcx 1/rA xA0 xA00 cA cA0 cA 1/rA面积面积=VR/qnA0=t/cA0面积面积= t =

3、VR/qV0对于不能表达成简单整数级的复杂的化学反应，可采用作图法求解。对于不能表达成简单整数级的复杂的化学反应，可采用作图法求解。装料完毕开始反装料完毕开始反应算起到达到一定转化率时所经历的时应算起到达到一定转化率时所经历的时间）间）(计算关键计算关键)装料、卸料、清洗等装料、卸料、清洗等所需时间之和）所需时间之和）(经验给定经验给定)RTVV 定态操作时，对关键组分定态操作时，对关键组分A进行进行物料衡算物料衡算:单位时间内物料单位时间内物料A的的进入量进入量(qn,A ) =单位时间内物料单位时间内物料A的的引引出量出量(qn,A+dqn,A )+单位时间内单位时间内反应掉反应掉的的A的

4、量的量(rAdVR)+累累积量积量(连续操作条件下为连续操作条件下为0 ),n An An AARqqdqr dV即：PFR反应器容积的计算反应器容积的计算, 0, 0, 0(1)n AARn An AAn AAn AAARdqrdVdqd qxqdxqdxrdV 00, 00, 0RAfAfVxRAn AAxRAn AAdVdxqrVdxqrAfARRARxxVVxV,; 0, 0当当对整个反应器，其对整个反应器，其边界条件为：边界条件为：0, 000000AfAfAn AVAxcRAAAcVAAqqcVdxdccqrr 若反应过程中流体体积流量不发生变化若反应过程中流体体积流量不发生变化活

5、塞流反应器活塞流反应器基本计算式基本计算式注注：理想管式反应器中简单级数：理想管式反应器中简单级数的反应表达式与间歇釜式反应器的反应表达式与间歇釜式反应器的结果完全一样的结果完全一样 t RVVtq反反应应器器有有效效容容积积反反应应器器中中物物料料体体积积流流量量R0VVtq，反反应应器器有有效效容容积积进进口口处处物物料料体体积积流流量量 RVVq tA,0Alncktc A1ln1ktx AA,011ktccAA,0A(1)xktcx 全混流全混流 特点特点：反应器内物料的参数处处均匀，且反应器内物料的参数处处均匀，且等于流出物料的参数；等于流出物料的参数；但物料质点在反应器中停留的时间

6、但物料质点在反应器中停留的时间各不相同，即形成停留时间分布；各不相同，即形成停留时间分布； 物料连续地流入和流出反应器，操物料连续地流入和流出反应器，操作为定态过程。作为定态过程。是指连续稳定流入反应器的物料在强烈的搅拌下是指连续稳定流入反应器的物料在强烈的搅拌下与反应器中的物料瞬间达到完全混合，又称理想混与反应器中的物料瞬间达到完全混合，又称理想混合流。合流。在等温、定态条件下对全混流反应器中反应物在等温、定态条件下对全混流反应器中反应物A进行物料衡算：进行物料衡算：设反应过程中，物料体积不变设反应过程中，物料体积不变进入量进入量= =引出量引出量+ +反应量反应量+ +累积量累积量0000

7、()VAVAARVAAARVAAARqcqcr Vqccr Vqcxr V即：或：00:AARVAAARVAccVtqrcxVortqr整理得t为停留时间为停留时间，由于物料微粒在反应器中停留时间不等，由于物料微粒在反应器中停留时间不等，故，故t应称为应称为平均停留时间。平均停留时间。AAAnRAVRArxqVCqVCt0,00可以推导出：1/rA1/rAxAxAf0cAcA00面积面积=t/cA0面积面积=VR/qV = t物料出口情况物料出口情况cACAfCAf PFR CSTRlt反应物浓度沿管长逐渐降低反应物浓度沿管长逐渐降低反应物浓度始终与出口相同反应物浓度始终与出口相同A,0AA,

8、0ARAAVcccxVtqrr A,0AAccktc AA1xktx A2A,0A(1)xktcx A,0A2Accktc 与间歇釜式反应器和平推流反应器比较，为完成同样与间歇釜式反应器和平推流反应器比较，为完成同样的反应任务的反应任务(即流量相等，反应物的转化率相等即流量相等，反应物的转化率相等)，全，全混流反应器所需的空间时间混流反应器所需的空间时间远大于远大于间歇釜式反应器和间歇釜式反应器和平推流反应器所对应的时间。平推流反应器所对应的时间。RVVtq 31132400kg0.171mh24h 146kg kmol4kmol m Vq A2A,0A(1)xtkcx 31AR221132A,0A30.171mh0.8(1)0.1182mkmolh4kmol m(0.2) 7.234mVq xVkcx R,A,0A,A,1A,1A,A,A,()iiiiiiViiVcxxcctqrr qnA1cA,1xA,1qnA2cA,2xA,2qnA3cA,3xA,3VR,1VR,2VR,3123qnA0cA,0 xA,0=0VR,NNqnANcA,NxA,NR,1A,0A,1A,01A,11A,11 1 1VVccctcqk ck