工业化学反应过程及反应器

1、化学反应工程，6.1工业化学反应过程和反应器，教育目的：了解化学反应工程需要解决的主要问题，了解化学反应器的主要类型，了解结构，了解化学反应器的工作方式和特性，了解化学反应速度、转化率、选择性和产率的概念和应用，主要困难：化学反应器的主要类型，结构和工作特性化学反应速度，转化率，选择率和产率朱炳辰主编，化学反应工程，化学工业出版社。郭强等编辑，化学反应工程，化学工业报道。长石等篇，化学反应工程原理，华东理工大学出版社。化学反应工程是在生产设备(原子)中研究化学反应的工程领域，将反应的化学特性和反应器的传递特性相结合，形成化学工程领域的重要组成部分。首先，包括反应动力学和反应器设计分析两个方面的

2、化学反应工程概述。图1是一般化学加工工艺化学反应工程的研究对象，是生产工艺的核心产业反应工程。工业生产实践和实验室研究都有化学反应的结果，不仅是化学反应本身的规律，而且主要是工业反应器中物质的混合和流动、物质的传递和传热等常见的工程技术问题，称为反应器的传递特性。1、反应动力学-研究化学反应的速度和反应机制，以获取设计和操作工业反应器所需的力学知识和信息，如反应模式、速度方程、反应活化能等。2，reactor设计分析-研究reactor内这些元素的波动规律，找到最佳条件和适当的reactor类型和大小。宏观动力学方程：不排除传递过程影响直接测量的力学方程。固有力学方程：排除传递过程的影响而得到

3、的力学方程。在化学反应工程研究中，必须能够区分反应过程本身的规律和物理因素的影响。设计反应器时测量化学反应的固有动力学方程是必要条件。注：在实验室测量反应速度方程时，应注意排除传递过程(主要是传热和传质)的影响。二是化学反应器类型，(a)管反应器；(b)罐反应器；(c)板式塔；(d)填料塔；(e)气泡柱；(f)喷淋塔；(g)固定床反应器；(h)流化床反应器；(I)移动床反应器；(j)滴流床反应器，3，化学反应分类，反应器工作方式：间歇工作：一次性供应，排放。反应物系统参数(浓度或赵寅成等)取决于时间。连续运行：原材料继续添加，产物继续出来，反应器内的物质系参数不随时间变化。半连续(或半间歇):

4、这两个过程的特点，情况更复杂。第四，化学反应速度概念，化学反应速度：单位时间单位反应混合物体积中反应物的反应量或产物生成。表达取决于反应在间歇或连续的系统中进行。1 .间歇系统：反应物添加到反应器一次，固定反应时间达到要求的转化率，产物一次卸下，生产分批。如果混合系统运行良好，反应物系统的赵寅成、温度、压力等参数每时每刻都一致，但随着反应的进行，其值会随时间而变化，因此独立变量就是时间。在布置系统中，反应速度可以表示为单位反应时间内单位反应混合物体积中反应物的反应量或产物的生成量。即化学反应速度，2 .连续系统：反应物和产物在整个反应器中处于连续流动状态，系统达到一定状态时，材料不会在反应器中

5、积累，系统的浓度、温度等参数是在一定位置设置的值。也就是说，它不随时间变化，但在反应器中处于不同的位置。因此，对于连续系统，系统的每个参数都是空间位置的函数。在连续系统中，反应速度可能表现为单位反应体积的反应物或产品的摩尔流量变化。也就是说，对于同质反应，反应体积意味着反应混合物在反应器中所占的体积。理想反应器和设计计算、理想流和理想反应器、连续运行反应器中流体流的两种极端情况：理想甩干：材料在反应器中流动时，沿材料的流动方向(轴)、化学反应、材料浓度、流速、转化率等随着轴向距离的扩大而不断变化，但在其他剖面中，没有任何材料在垂直于流动方向的剖面(径向)中，径向混合是均匀的，因为每个粒子的流速

6、完全相同，温度均匀，浓度均匀，流速相同。也称为双流或活塞流。理想混合：在连续工作的反应器中搅拌好并进入反应器的材料立即与反应堆内的材料充分混合，反应器内的点都均匀，出口产品的浓度与装置内的浓度完全相同。间歇反应器，1，理想间歇操作器反应器(BSTR)的特征：理想间歇操作器反应器中唯一的反应结果由化学反应固有动力学确定。釜反应器是间歇性工作，因此釜内物质的赵寅成和反应过程会随时间而变化。如果没有严格的操作规定，徐璐不同批次的反应产物的质量可能会有所不同。第二，反应器体积计算，间歇操作的釜反应器物料平衡：错觉组件a:单位时间内因反应而消耗的a物料数量=单位时间内物料a的累计，输入的物料数量=从输出

7、的物料数量中反应的物料的累计金额，对于固定容量流程：0，t 除间歇操作、反应所需的时间t外，供应、供应、排放、清洗等操作步骤所需的辅助时间t，每小时处理的物料体积为v，反应器的有效体积为VR。 装载系数如下所示，对于泡沫不沸腾的液体，只能使用0.70.85，相反，只能使用0.40.6。理想管反应器，理想管反应器(PFR)的特征：理想管反应器也称为平分流反应器(plug flow reactor，PFR)。反应器轴向部分的材料浓度、反应速度、转化率等不相同。轴的每个截面的材料浓度、反应速度、转化率相同，不会随时间变化。放射型没有浓度差异。第二，反应器体积计算，在等温线状态条件下反应物a的材料平衡

8、为3360，单位时间内a的输入量=单位时间内a的出口量单位时间内a的输入量，平面流动反应器基本方程式，0，ca，ca0，0，xa，xa=1，0，(-ra)，0，cA0，为什么两种结构和运行条件在不同的反应器中它们的表达是一致的？在理想的管反应器中，浓度和转化率取决于空间时间(管长度)，在间歇反应器中，浓度和转化率随时间变化。他们的变迁史也是一样的，反应的推动力也是一致的。，整个混合流反应器，0，0，进料，排放，整个混合流(理想混合)反应器特性：(Continuous Stirred Tank Reactior，CSTR)，(2)充分搅拌，反应堆内的材料浓度、温度在任何地方都相同，与反应堆出风口

9、材料的浓度和温度相同。0，计算整个混合流反应器中反应物a的材料平衡：设置反应过程中材料体积保持不变，流入量=流入反应量累计，qn，A0=qn，A0 (1-xa) (-ra) VR，QQ完全混合流动反应器的公式是代数方程。这是因为在整个混合流动反应器中，反应物的温度、浓度和转化率不随时间变化(状态确定过程)，不随空间位置变化(在整个反应器中均匀)。为了执行相同的反应操作(即，流速相同，反应物的转化率相同)，整个混合流动反应器所需的空间时间远远大于间歇反应器和推流动反应器的相应时间。在完全混合流动反应器中表示简单系列反应的表达，也是连续流，为什么完全混合流动反应器和双流反应器的结果不同？反应动力学(-rA)=k1CACBk2CRCS，k1=7m3.kmol-1.min-1，k2=3m3.kmol-1.min-1的液相反应。现在必须使用有效体积为0.12m3的完全混合流反应器、物料a、b两个物流等的体积完成生产工作，供应浓度为CA0=2.8 kmol。m -3，CB0=1.6 kmol。要测试m -3，b的转化率达75