反应过程与技术第一章均相反应技术课件

1、第一章 均相反应技术知识目标 了解均相反应器的结构、特点和应用 掌握釜式反应器、管式反应器的计算 掌握反应器形式和操作方式的选择方法 掌握均相反应动力学方程式能力目标 能解释理想反应器串、并联操作的特点与应用 能分析非等温反应器操作的影响因素 能操作釜式反应器（开车、停车、异常事故的处理等） 能灵活运用动力学方程式第一章 均相反应技术知识目标第一节 均相反应器的特点及结构一、釜式反应器第一节 均相反应器的特点及结构一、釜式反应器（一）釜式反应器的壳体结构（一）釜式反应器的壳体结构几种反应釜底的形式几种反应釜底的形式（二）搅拌器（a）浆式搅拌器；（b）框式搅拌器；（c）锚式搅拌器； （d）旋桨式

2、搅拌器；（e）涡轮式搅拌器；（f）螺带式搅拌器（二）搅拌器（a）浆式搅拌器；釜式搅拌混合器釜式搅拌混合器浆式搅拌器浆式搅拌器框式搅拌器框式搅拌器锚式搅拌器锚式搅拌器涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器旋桨式搅拌器旋桨式搅拌器螺带式搅拌器螺带式搅拌器搅拌状态搅拌状态搅拌状态搅拌状态搅拌状态搅拌状态搅拌状态搅拌状态（三）传动装置及密封（三）传动装置及密封反应过程与技术第一章均相反应技术课件（四）换热装置（四）换热装置（a）直管反应器；（b）盘管反应器；（c）多管反应器二、管式反应器（a）直管反应器；（b）盘管反应器；（c）多管反应器二、管式管式反应器结构管式反应器结构第二节 均相反应器的生产原理 一、均相反应

3、技术基础 （一）动力学方程定义（二）均相简单反应动力学方程(等温恒容过程) 1. 基元反应和非基元反应 2. 反应级数 3. 反应速度常数 4. 反应转化率与反应程度 5. 不可逆反应 6. 可逆反应： 第二节 均相反应器的生产原理 一、均相反应技术基础 （三）复合反应动力学及选择率1. 平行反应（一级）2. 连串反应 3. 复合反应的收率与选择性（三）复合反应动力学及选择率1. 平行反应（一级）收率 Y 恒容过程 Y=选择率 恒容过程 注： 付产物为零。收率与选择率之间的关系：Yx 收率和选择率收率 收率和选择率（四）等温变容过程影响因素1. 膨胀因子 2. 膨胀率变容过程浓度与转化率的关系

4、查一查 膨胀因子与膨胀率在应用中的异同点。 （四）等温变容过程影响因素二、釜式反应器的生产原理（一）间歇操作1. 特点 2. 基础方程式 3. 反应器体积的计算 二、釜式反应器的生产原理（一）间歇操作特 点全混流（理想混合）；反应器内、（r）处出均匀一致且随t逐渐变化不稳定过程，t；进、出料项为零。存在非生产时间。特 点全混流（理想混合）；基础方程式 ace equation物料衡算：微元时间内：（转化掉反应物量）（反应物的积累量基础方程式 ace equation物料衡算：微元时间内反应器体积的计算 Calculation of reactor volume有效体积实际体积反应器体积的计算

5、Calculation of reac（二）连续操作1. 特点2. 基础方程式 3. 反应器体积的计算 （二）连续操作1. 特点特 点 construction and features连续操作，属于稳定流动。物料的积累项为零。定常态，T、CA、(rA)处处均一，不随时间而变，且与出口相同。物料粒子在反应器内的停留时间不同。特 点 construction and fe基础方程式 Bedding equation 物料衡算进入反应器反应物量离开反应器反应物量反应器内转化掉反应物量0FAO-FAO(1-xA)-(-rA)V=0基础方程式 Bedding equation 物料衡算 反应器体积的计

6、算 Calculation of reactor volume 反应器体积的计算 Calculation o三、管式反应器的生产(a)操作过程(b)反应器内的浓度变化1. 特点 2. 基础方程式 3. 反应器体积的计算 三、管式反应器的生产(a)操作过程特 点 Construction and features稳定流动，各点CA、T、(rA)不随t而变，t；沿流动方向，CA、T、(rA)在逐渐改变，V=dV。稳定状态下，单元时间、微元体积内，反应物积累量为零。各物料质点在反应器内的停留时间相同。特 点 Construction and f基础方程式 base (bedding)equation

7、物料衡算：单元时间内、微元体积进入反应物的量离开反应物的量内转化掉反应物的量0基础方程式 base (bedding)equation物料反应器体积的计算 Calculation of reactor volume 有效体积：V=vO说明：等温等容过程，相同反应条件下，为达到相同的转化率，理想间歇釜式器（CA随t而变）需要的反应时间和平推流反应器（CA随位置而变）需要的空间时间是相等的。这是由于反应过程中两种反应器内物料浓度的变化具有相似规律。但平推流无辅助时间，处理量更大。反应器体积的计算 Calculation of react第三节 反应器的选择与评价一、反应器的组合操作（一）平推流反应

8、器的串、并联 （二）全混釜反应器的串、并联 第三节 反应器的选择与评价一、反应器的组合操作 反应器的组合操作 Composite operation of reactor 单个反应器串联操作（反应器大小、类型、操作条件可各不相同） 提高反应深度。单个反应器并联操作（一般为相同的操作条件、相同的结构尺寸） 增大处理能力。 反应器的组合操作 Comp二、反应器型式和操作方式的选择 针对某特定反应，采用什么型式的反应器和操作方法？应结合化学反应特点和不同反应器的性能进行比较来决定。一是生产能力的比较；二是反应选择性的比较。简单反应不存在选择性问题，只需进行生产能力的比较。对于复合（复杂）反应，不仅要

9、考虑生产能力，还要分析反应的选择性，因为副产物的多少影响原料的消耗量及后续分离设备的大小。所以复合反应要重点进行选择性的比较。（一）生产能力的比较 （二）复合反应选择性的比较二、反应器型式和操作方式的选择 针对某特定反应，采用什 生产能力的比较 Comparison productive capability定义：单位时间、单位体积反应器所能得到的产物量（越多越好）。或给定生产任务所需反应器体积（越小越好）。 生产能力的比较 Comparison pro间歇反应器和平推流反应器的比较 Comparison CSTR and PFR 间歇反应器 平推流反应器 有辅助时间 稳定流动 劳动强度大；

10、更换产品灵活 适于大规模生产 反应时间t 空间时间间歇反应器和平推流反应器的比较 平推流反应器和全混流反应器的比较相同条件下：CA平推流CA全混流两种反应器体积比：VP/Vm P 平推流 m全混流平推流反应器和全混流反应器的比较容积效率（coefficient of performance） 对同一等温等容反应过程，在相同产量、相同转化率、相同初始浓度和温度下，平推流反应器和全混流反应器所需有效体积之比。即 式中 VP平推流反应器的有效体积 Vm全混流反应器的有效体积影响因素：反应级数、转化率(对变容过程还要考虑物料体积变化的影响 ) 容积效率（coefficient of performan

11、c容积效率与转化率、反应级数的关系 零级反应：n0 一级不可逆反应n=1 二级不可逆反应 n=2 容积效率与转化率、反应级数的关系 零级反应：n0 结论： 由图可知：反应级数越高，容积效率越低；转化率越高，容积效率越低。 高级数、高转化率的反应：选平推流。若只有反应釜，可用间歇釜（存在非生产时间）或多釜串联。 零级反应与浓度无关。流动形式不影响反应体积，选任何反应器均可。对于n0不可逆反应 CA(-rA) 选具有返混的全混流（单釜）反应器。结论： 由图可知：反应级数越高，容积效率越低；转化热量衡算 全混釜的热稳定性 全混釜的热稳定条件热量衡算 全混釜的热稳定性讨论：釜式反应器的热稳定性TQQ（

12、放）Q(移)Q(移)Q(移)cdeba讨论：釜式反应器的热稳定性TQQ（放）Q(移)Q(移)Q(移热稳定条件 定常条件：稳定条件： 热稳定条件 定常条件：稳定条件： 理想流动反应器公式一览表(表1-1) 间歇釜式反应器 平推流反应器 全混釜反应器基础方程反应时间一级不可逆反应： 二级不可逆反应：有效体积实际体积理想流动反应器公式一览表(表1-1) 技能训练 釜式反应器的仿真操作训练目标 釜式反应器的仿真操作训练准备 熟悉操作流程训练步骤（要领）一、冷态开车二、正常运行操作三、停车操作技能训练 釜式反应器的仿真操作训练目标 釜式反应器的仿真间歇釜式反应器现场操作图间歇釜式反应器现场操作图间歇釜式

13、反应器DCS仪表控制图间歇釜式反应器DCS仪表控制图拓展型训练 常见事故处理1超温(压)事故2搅拌器M1停转3蛇管冷却水阀V22卡4出料管堵塞5测温电阻连线故障拓展型训练 常见事故处理复习与思考 1. 对同一反应在相同条件下，达到相同转化率，为什么全混釜反应器所需有效体积最大，平推流反应器所需有效体积最小？多釜串联全混釜所需有效体积介于其间？2. 怎样分析全混釜反应器串联和全混釜与平推流反应器串联的转化率和生产能力的大小？3. 何谓全混釜反应器的热稳定性？符合什么条件的操作点为稳定操作点？如何判断稳定与不稳定操作点？4. 何谓反应器的容积效率？它与反应级数、转化率和串联釜数有何关系？5. 何种化学反应才需考虑其选择性？试根据公式来讨论选择反应器形式和操作方式。6. 何谓返混？产生返混的主要原因有哪些？工业上采取哪些措施来改善、限制返混？复习与思考 1. 对同一反应在相同条件下，达到相同转化率，为本章小结