化学反应过程课件 第三章 单一反应理想反应器

目的：介绍工业均相反应过程开发及均相反应器设计计算中有关的基本原理和方法主要内容：（1）如何通过实验建立反应的动力学方程并加以应用；（2）如何根据反应的特点与反应器的性能特征选择反应器型式及操作方式；（3）如何计算等温反应器大小及其生产能力。第3章均相反应过程3.1概述

1.间歇反应器物料一次性加入，反应一定时间后把产物一次性取出，反应是分批进行的。物料在反应器内的温度和浓度是均一的。温度与温度都是均一的处处相等。2.流动反应器平推流反应器全混流反应器：其特点返混无穷大平推流反应器：其特点是反应器无返混全混流反应器平推流反应器（活塞流）平推流反应器是指其中物料的流动状况满足平推流的假定。平均停留时间相等，无返混。也即某一时刻进入反应器的流体，到某一时刻同时流出反应器。全混流反应器：指新鲜的物料，进入反应器，即于反应器内原有的物料达到充分完全的混合，反应器中的温度和浓度处处相等，不随时间变化，反应速率处处相等并保持恒定。出口的温度、浓度与反应器内相同。平推流和全混流都是理想的连续流动反应器。实际反应器中的流动状况，介于这两种理想流动之间。之所以研究理想反应器是为把问题简化，把接近于理想流动的过程当作该种理想流动来处理。平均停留时间：进入反应器的物料颗粒在反应器中的停留时间可能有长有短，形成一个时间分布，称为停留时间分布，常用平均停留时间来描述。空速：在规定条件下，单位时间内进入反应器的物料体积相当于几个反应器的容积，或单位时间内通过单位反应器容积的物料体积。空时：进入反应器的物料通过反应器体积所需的时间τ

。3.2简单反应器理想反应器理想间歇式反应器简称间歇式反应器理想平推流反应器简称平推流反应器理想全混流反应器简称全混流反应器理想反应器的分类反应消耗累积流入流出反应单元间歇式反应器中的物料平衡：1、间歇式反应器1、间歇式反应器间歇反应器的性能方程首先进行物料平衡单位时间反应器A的累积量单位时间流出反应器A的量单位时间反应消失的A的量单位时间进入反应器A的量=单位时间反应消失的A的量＝（-rA）V物料平衡：流入＝流出＋反应＋累积

0＝0+（-rA）V+d(VcA)/dt若反应为恒容也可以这样写(对于恒容反应)(一般式)(恒容)从而得出反应时间和转化率关系的理想反应的间歇式反应器性能方程2、平推流反应器单位时间进入反应器划定体积微元的A的摩尔数单位时间流出反应器划定体积微元的A的摩尔数单位时间划定体积微元反应掉的A的摩尔数－＝dVdlFA0进入反应器反应物A的摩尔流率FA单位时间流出反应器的A的摩尔流率cA0进口浓度cA出口浓度V0

反应器入口的体积流率平推流反应器的设计方程对于恒容反应平推流反应器的设计方程平推流反应器图解计算示意图CACA003、全混流反应器全混流反应器也是连续流动反应器其特点：连续操作效率高操作参数易控制，使连续反应器在稳态下运行质量稳定适合大规模生产若要保证在稳态下生产，控制参数需要较多的辅助设施（如泵、压缩机、温控系统、自动化操作系统等配套设施）投资大全混流反应器理想的内涵：返混无穷大这意味着新鲜原料进入反应器后与反应器内原有的物料瞬间达到均匀混合，因而与间歇式反应器一样，全混流反应器内浓度和温度处处相等，且等于出口的浓度和温度。因为是连续操作，所以不存在原料累积。图3-6全混流釜式反应器示意图全混流反应器的设计方程（性能方程）单位时间进入反应器的A的摩尔数单位时间流出反应器的A的摩尔数单位时间反应掉的A的摩尔数－＝FA0进入反应器反应物A的摩尔流率FA单位时间流出反应器的A的摩尔流率cA0进口浓度