第三篇(第十三章)均相化学反应器.ppt

1、四川农业大学 本科生课程 环工原理,1/200,第十三章 均相化学反应器,第一节 间歇与半间歇反应器,确定达到一定的转化率时需要的反应时间或根据反应时间确定转化率或反应后的浓度。,一、间歇反应器的设计计算,目的,四川农业大学 本科生课程 环工原理,2/200,依据,图解法,式12.2.1,式12.2.2,式12.2.3,式12.2.4,式12.2.6,四川农业大学 本科生课程 环工原理,3/200,对恒容反应器，根据式12.2.4，以xA对-rA作图，如图（a）所示：,由此可求得达到一定反应时间时的xA或达到一定xA需要的时间。,图（a）,四川农业大学 本科生课程 环工原理,4/200,根据式

2、12.2.6，以cA对-rA作图，如图（b）所示：,图（b）,由图可求得反应浓度减少到某一数值所需要的时间或任一反应时间的反应物浓度。,四川农业大学 本科生课程 环工原理,5/200,作图法所需要的-rA值可根据反应速率方程求得。,（1）单一反应的设计计算,四川农业大学 本科生课程 环工原理,6/200,例13.1.1 间歇反应器中发生一级反应 A B(恒容反应） 反应速率常数k为0.35h-1，要使A的去除率达到90，则A在反应器中需反应多少小时？,四川农业大学 本科生课程 环工原理,7/200,解：设xA为转化率，则cA为：,根据反应方程：,有：,解得：t6.58h,四川农业大学 本科生课

3、程 环工原理,8/200,（2）复杂反应的设计计算,涉及两个或两个以上的反应速率方程，要根据联立微分方程来求解（必要时采用数值计算法求解）,四川农业大学 本科生课程 环工原理,9/200,二、半间歇反应器,（一）操作方法,将两种或两种以上的反应物或其中的一些组分一次性放入反应器中，然后将某一种其他反应物连续加入反应器,将反应物料一次性加入反应器中，在反应过程中将某个产物连续取出。加入反应器,注：反应混合液的体积随时间而变化。,四川农业大学 本科生课程 环工原理,10/200,（二）半间歇反应器的设计计算,1.转化率的定义,即：,连续流入反应器的A的摩尔流量，kmol/s,四川农业大学 本科生课

4、程 环工原理,11/200,2.设计计算方程,积累量,加入量,反应量,把V=V0+qVt，rAkcAcB代入上式，然后根据数值解析法即可计算出任意反应时间的cA和xA。,四川农业大学 本科生课程 环工原理,12/200,例13.1.2 对于由以下两个反应构成的反应系统，试定性说明在下述半间歇操作时的反应系统中各组分的浓度变化。 （1）先一次性加A，之后连续加B； （2）先一次性加B，之后连续加A。,四川农业大学 本科生课程 环工原理,13/200,解：,两种不同操作方式下各组分的浓度变化曲线,cA,cQ,cB,cB,cP,cQ,(1),(2),四川农业大学 本科生课程 环工原理,14/200,

5、第二节 完全混合流反应器,一、单级反应器 （一）操作方法及特点 pH中和槽、混凝沉淀槽、曝气池 （二）设计计算方法,基本方程：,恒容全混流反应器的设计方程见P465表13.2.1。,四川农业大学 本科生课程 环工原理,15/200,对于复杂的反应速率方程，可采用图解法。,注：对同一反应，在同样的反应条件下达到同样的转化率所需要的空间时间（反应时间）全混流反应器大于间歇式。,四川农业大学 本科生课程 环工原理,16/200,例13.2.1 完全混合流反应器中发生一级反应 反应速率常数k为0.35h-1，要使A的去除率达 到90，则A需在反应器中停留多少小时？,四川农业大学 本科生课程 环工原理,

6、17/200,解：设xA为转化率，则cA为：,根据连续反应器的基本方程：,有：,四川农业大学 本科生课程 环工原理,18/200,二、多级串联反应器,多级串联全混流反应器系统示意图,四川农业大学 本科生课程 环工原理,19/200,（一）多级串联全混流反应器的基本方程,反应器之间的连接部分符合平推流假设，不发生反 应，则恒容条件下第i个反应器的基本设计方程为：,i第i个反应器的空间时间，s； Vi第i个反应器的有效体积，m3； cA（i1），cAi第i1、i个反应器出口处A的浓度，kmol/m3； rAi 第i个反应器的反应速率，kmol/（m3.s）； xAi=(cA0-cAi)/cA0-经

7、过第i个反应器后的总转化率。,四川农业大学 本科生课程 环工原理,20/200,（二）多级串联反应器的解析计算法,1.一级反应,恒容条件下：,四川农业大学 本科生课程 环工原理,21/200,（二）多级串联反应器的解析计算法,2.二级反应,恒容条件下：,四川农业大学 本科生课程 环工原理,22/200,P469例13.2.2,四川农业大学 本科生课程 环工原理,23/200,（三）图解计算法,适用于反应速率方程形式复杂时,根据rAkf（cA)，以rA为纵坐标，cA为横坐标作图，得反应曲线。在同一坐标图上以rA对cAi cA（i1）作图得斜率为1/i，截距为cA（i1）的直线，该直线为操作曲线。两曲线的交点为（cAi,rAi）。,四川农业大学 本科生课程 环工原理,24/200,操作曲线,多级串联全混流反应器图解计算法,通过作图可求得i级反应器出口浓度cAi