间歇与理想反应器ppt课件

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1、第三章第三章 间歇反响器及间歇反响器及理想流动反响器理想流动反响器Chapter 3 Batch Chapter 3 Batch Reactor and Ideal Flow Reactor and Ideal Flow Reactor Reactor 釜式反应器的组合3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 间歇反响器间歇反响器3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器3.4 3.4 理想流动下的管式反响器理想流动下的管式反响器3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较本章内容本章内容 反响器中是化工厂的心脏，同一化学反响即使在一样反响器中是化工厂的心脏，同一化学反响即

2、使在一样的操作条件下进展，其反响结果往往是不同的，与反响器的操作条件下进展，其反响结果往往是不同的，与反响器的型式有关。的型式有关。反响器的操作有间歇操作和延续操作反响器的操作有间歇操作和延续操作 。延续操作其物料延续流入和延续流出，其流动又分为延续操作其物料延续流入和延续流出，其流动又分为稳态流动和非稳态流动。稳态流动和非稳态流动。稳态流动是指物料在同一空间位置各质点的流量、浓稳态流动是指物料在同一空间位置各质点的流量、浓度和温度等不随时间而变，除此之外，为非稳态流动。在度和温度等不随时间而变，除此之外，为非稳态流动。在稳态流动下延续流动反响器内物料浓度的变化不随反响时稳态流动下延续流动反响

3、器内物料浓度的变化不随反响时间而变。间而变。3.1 3.1 概述概述表述如下：表述如下：1 1质量平衡质量平衡 质量输入量质量输入量-质量输出质量输出+产生量产生量-耗费量耗费量=累积量累积量 对于有分散影响的过程，上式中的输入和输出项应包对于有分散影响的过程，上式中的输入和输出项应包括由分散在边境上所引起的输入和输出。括由分散在边境上所引起的输入和输出。2 2热量平衡热量平衡 热量净变化量热量净变化量+热量产生量热量产生量=热量累积量热量累积量3 3动量平衡动量平衡 动量输入量动量输入量-动量输出动量输出+净作用力项净作用力项=动量累积量动量累积量 对于稳态流动，上述累积量为零。对于稳态流动

4、，上述累积量为零。反响器的设计基于反响器的设计基于“三传一反。三传一反。“三传指质量、三传指质量、热量和动量传送，其质量平衡、热量平衡和动量平衡热量和动量传送，其质量平衡、热量平衡和动量平衡3.1 3.1 概述概述3.1 3.1 概述概述基于反响器设计方程可得结果基于反响器设计方程可得结果反响动力学方程反响动力学方程质量衡算方程质量衡算方程热量衡算方程热量衡算方程动量衡算方程动量衡算方程浓度、转化率等浓度、转化率等与反响时间关系与反响时间关系反响体积反响体积温度变化温度变化压力变化压力变化3.1 3.1 概述概述建立反响数学模型的通式建立反响数学模型的通式反响耗费反响耗费累积累积流入流入流出流

5、出反响单元反响单元举例：举例：物料衡算方程物料衡算方程某组分流入量某组分流入量=某组分反响耗费量某组分反响耗费量 +某组分累积量某组分累积量某组分流出量某组分流出量+流入流入反响单元反响单元流出流出 间歇操作间歇操作 物料一次投入反响器，待反响完成后，物料一次卸出物料一次投入反响器，待反响完成后，物料一次卸出的操作过程。的操作过程。最常用釜式反响器，主要构造由筒体、搅拌安装、传动安装、轴密封安装及工艺接纳组成。器内还可以根据需求设置盘管。Batch Reactor3.2 3.2 间歇反响器间歇反响器3.2 3.2 间歇反响器间歇反响器特点：特点：1、由于搅拌的猛烈，反响器内物料浓度到达分子尺度

6、的均匀，且反响、由于搅拌的猛烈，反响器内物料浓度到达分子尺度的均匀，且反响器内浓度处处相等，排除物质传送对反响的影响；器内浓度处处相等，排除物质传送对反响的影响；2、同样由于搅拌的影响，温度一直相等，无需思索器内热量传送问题；、同样由于搅拌的影响，温度一直相等，无需思索器内热量传送问题；3、物料同时参与且同时停顿反响，具有一样的反响时间、物料同时参与且同时停顿反响，具有一样的反响时间优点：优点：操作灵敏，适用于小批量、多种类、反响时间较长的产品消费，特别操作灵敏，适用于小批量、多种类、反响时间较长的产品消费，特别是精细化工产品是精细化工产品缺陷：缺陷：装料、卸料等辅助操作时间长，产质量量动摇大

7、装料、卸料等辅助操作时间长，产质量量动摇大非稳态操作非稳态操作?000000001AAArAAAAAAAArAtxArAArAAAAdnr Vdtdxnnxdnndxr Vndtdxtdtnr V 单位时间单位时间单位时间单位时间内积流入的 流出的 反应掉的 累在反应器内物质量物质量物质量的物质量分离变量积分：3.2.1 3.2.1 等温间歇反响器的设计计算等温间歇反响器的设计计算3.2 3.2 间歇反响器间歇反响器 恒容条件下多数情况，上式可以简化成：恒容条件下多数情况，上式可以简化成：0(1)nnnAAAArkckcX1001(1)AfXAnnAAdXtkcX1ln(1)AftXk 011

8、AAAXtkcX 例如，对于例如，对于n n级不可逆反响级不可逆反响代入间歇反响器的通用设计方程，并整理结果，得：代入间歇反响器的通用设计方程，并整理结果，得：由于由于n n为知，上式可解析积分。例如，假设为知，上式可解析积分。例如，假设n=1n=1，积分结果为，积分结果为假设假设n=2n=2，那么积分结果为，那么积分结果为3.2 3.2 间歇反响器间歇反响器 假设反响速度比较复杂，即使在等温条件下设计方程也假设反响速度比较复杂，即使在等温条件下设计方程也能够无法解析积分，这时可以采用图解法或数值方法求解。能够无法解析积分，这时可以采用图解法或数值方法求解。AfXArAAVdXnt00rAfX

9、AAArdXct003.2 3.2 间歇反响器间歇反响器)(0ttQVr1.1.反响体积反响体积 t t 为反响时间：装料终了开场反响算起到到达一为反响时间：装料终了开场反响算起到到达一定转化率时所阅历的时间。计算关键定转化率时所阅历的时间。计算关键tt为辅助时间：装料、卸料、清洗所需时间之和为辅助时间：装料、卸料、清洗所需时间之和操作时间操作时间2.2.反响器的体积反响器的体积 fVVrf：装填系数：装填系数 ，由阅历确定，由阅历确定,普通为普通为 0.4 0.40.850.853.2 3.2 间歇反响器间歇反响器3.2 3.2 间歇反响器间歇反响器3.2 3.2 间歇反响器间歇反响器3.2

10、 3.2 间歇反响器间歇反响器 间歇釜式反响器做到等温操作很困难，当热效应小时，间歇釜式反响器做到等温操作很困难，当热效应小时，近似等温可以办到，假设热效应大时，很难做到；近似等温可以办到，假设热效应大时，很难做到；温度会影响到温度会影响到和反响器的消费强度等和反响器的消费强度等,很多时候变温的效果更好。很多时候变温的效果更好。,pAXYr3.2 3.2 间歇反响器间歇反响器2121212T221T22331212121ab Tc Tab Tc TdTbcaTTTTTT23TrrPTPrrrHHC dTCHHH 则：1、温度对反响热、温度对反响热Hr的影响的影响 2 2、温度对化学平衡的影响、

11、温度对化学平衡的影响212212r1211lnH11lnRTTTrTKHdTKRTKK根据第二章动力学内容：若反应热在所考虑温度范围内为常数则：由公式可得：由公式可得：平衡常数只与系统的温度有关，而与系统的压力及惰性平衡常数只与系统的温度有关，而与系统的压力及惰性物质能否存在等要素无关。物质能否存在等要素无关。虽然平衡常数不受压力及惰性物质的影响，但物料的平虽然平衡常数不受压力及惰性物质的影响，但物料的平衡浓度和反响物的平衡转化率是受这些变量的影响。衡浓度和反响物的平衡转化率是受这些变量的影响。对于气体反响，压力添加，对反响后分子数减小的反响对于气体反响，压力添加，对反响后分子数减小的反响使使

12、xAexAe添加；对反响后分子数添加的反响添加；对反响后分子数添加的反响xAexAe下降。下降。对一切反响，惰性组成减小所产生的影响，与压力添加对一切反响，惰性组成减小所产生的影响，与压力添加的影响一样的影响一样 对吸热反响，温度添加，平衡转化率对吸热反响，温度添加，平衡转化率xAexAe也添加；对放热也添加；对放热反响，温度添加，平衡转化率反响，温度添加，平衡转化率xAexAe下降下降 对对K K1 1，阐明反响物可以接近完全转化，故可视为不，阐明反响物可以接近完全转化，故可视为不可逆反响可逆反响 变温间歇操作的热量衡算变温间歇操作的热量衡算根据热力学第一定律，反响器的热量衡算为：根据热力学

13、第一定律，反响器的热量衡算为：Uq即：与环境交换的热即：与环境交换的热=内能的变化内能的变化HqdHdq 间歇釜式反响器间歇釜式反响器用焓变替代内能的变化用焓变替代内能的变化 CBACBArTHHT31 2dHTrTr298K298K为计算的基准温度为计算的基准温度3.2 3.2 间歇反响器间歇反响器)(1TTcmdtcmHrpttTTpttr)(3rpttdTTTpttTdtTcmdtcmHr（单一反应）2dtVrHdHrAr123 pttr ArdHHdHHm c dTH r V dt 3.2 3.2 间歇反响器间歇反响器间的平均比热容间的平均比热容为温度为温度rptTTc 为反响物的比热

14、容为反响物的比热容ptc为反响物的质量为反响物的质量tmdtTTUAdqCh)(又：式中：式中：U U为总传热系数为总传热系数 Ah Ah为传热面积为传热面积 Tc Tc为环境温度为环境温度ArrchpttrVHTTUAdtdTcm)(ArrchrVHTTUA)(讨论讨论等温反响等温反响绝热反响绝热反响ApttrAXcmHnTT)(00dtdXHnTTUAdtdTcmArAchptt0)(rAAAVrdtdXn03.2 3.2 间歇反响器间歇反响器0()ArptcHc对于吸热反响，对于吸热反响，Hr0Hr0，00，温度随反响进展，温度随反响进展(或或XAXA增大增大)而降低；而降低；对于放热反

15、响，对于放热反响，Hr0Hr00，温度随反响进展而升高，温度随反响进展而升高绝热温升指数绝热温升指数K3.2 3.2 间歇反响器间歇反响器 选择等温或非等温操作的原那么：选择等温或非等温操作的原那么：1 1如反响的热效应不大，而且在一定的温度范围内，反如反响的热效应不大，而且在一定的温度范围内，反响的选择性变化很小，可采用绝热操作，但操作温度范围不响的选择性变化很小，可采用绝热操作，但操作温度范围不得超越工艺答应的范围得超越工艺答应的范围2 2对中等热效应的反响，普通思索采用绝热操作，但应对中等热效应的反响，普通思索采用绝热操作，但应对收率操作费用、反响器大小等的衡算，确定采用绝热或变对收率操

16、作费用、反响器大小等的衡算，确定采用绝热或变温的方式温的方式3 3对于热效应较大的，要求整个反响过程进展有效的热对于热效应较大的，要求整个反响过程进展有效的热交换，例如采用列管式换热器交换，例如采用列管式换热器4 4对极为迅速的反响，普通思索绝热操作对极为迅速的反响，普通思索绝热操作3.2 3.2 间歇反响器间歇反响器此原那么也适用于其它类型反响器此原那么也适用于其它类型反响器3.2 3.2 间歇反响器间歇反响器3.2 3.2 间歇反响器间歇反响器 理想流动下的釜式反响器是指物料延续进出的釜式反响器，理想流动下的釜式反响器是指物料延续进出的釜式反响器，有的称为延续搅拌槽反响器有的称为延续搅拌槽

17、反响器Continuous Stirred Tank Reactor，简称简称CSTR，CSTR是从操作方式上命名的；有的称为全混流是从操作方式上命名的；有的称为全混流反响器反响器Mixed Flow Reactor，简称，简称MFR，MFR是从反响器是从反响器内物料的混合程度上命名的。内物料的混合程度上命名的。3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器 根本假定：根本假定：反响器中的物料，包括刚进入的物料，都能立刻完反响器中的物料，包括刚进入的物料，都能立刻完全均匀地混合，即混合程度到达最大。全均匀地混合，即混合程度到达最大。特点：特点：1、反响器有效容积中恣意点处的组成、

18、温度等形状、反响器有效容积中恣意点处的组成、温度等形状完全一样；完全一样；2、出口物料的各种形状与反响器中相应的形状一样。、出口物料的各种形状与反响器中相应的形状一样。全混流反响器特征全混流反响器特征3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器3.3.2 3.3.2 等温延续釜式反响器的设计计算等温延续釜式反响器的设计计算AfAAfArrAfAfAAArxxFVVrxFxF00000011整理得：积累量反应量排出量进入量0000AAAcQxFAAfArrccQV)(000)()(00000AAfAAfArAfAAfArxxrxcQVxrxcQV根本设计方程：根本设计方程：3.3

19、 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器 空时与空速的概念：空时与空速的概念：空时：空时：进料体积流量反应体积0QVr因次：时间因次：时间 ,Q o处理能力表明rAArVcFVQ0001 空速：空速：3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器因次：时间因次：时间-1-13.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器留意：空间速度不是空间时间的倒数。留意：空间速度不是空间时间的倒数。001vP Ts P T0)()(00000AAfAAfArAfAAfArxxrxcQVxrxcQV全混流反响器图解计算表示图全混流反响器图解计算表示图 3.3 3.3

20、理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器3.3.3 3.3.3 釜式反响器的组合与设计计算釜式反响器的组合与设计计算3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器3.3.3.2 3.3.3.2 多级釜式反响器串联的计算多级釜式反响器串联的计算假设：假设：各釜体积一样，且各釜各釜体积一样，且各釜的进料可近似以为相等，的进料可近似以为相等，那么各釜的空时那么各釜的空时 相等。相等。各釜操作温度一样，那各

21、釜操作温度一样，那么各釜的速率常数么各釜的速率常数 k k 相等。相等。)()(r)(10010ApApApApAApApAprpXrXXcQccQV对第对第P P釜作组分釜作组分A A的物料衡算：的物料衡算：3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器对一级不可逆反响：对一级不可逆反响：)1(0AAXkcrNPXkXXQVApApAprp,2,1,)1()(10 )(r)(r)(10010ApApApApAApApAprpXXXcQccQV)1(10ApApAprXkXXQV ANNXk11)1(1)11(11NANXkN个釜个釜ApApXXk1111留意：其中的留意：其中的

22、 为单釜空时，总空时为为单釜空时，总空时为N N 。3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器延续釜式反响器的图解计算延续釜式反响器的图解计算3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器 假设反响系统处置物料量为假设反响系统处置物料量为1m3/s，反响速度常数，反响速度常数k=1s-1，要求最终转化率，要求最终转化率XAN=0.9 在处置物料量和要求到达的最终转化率一样的情况下，添加级数可以减少所需在处置物料量和要求到达的最终转化率一样的情况下，添加级数可以减少所需的反响器总容积。同时，到达一定级数后，再添加级数反响器总体积减小趋势的反响器总容积。同时，到达一

23、定级数后，再添加级数反响器总体积减小趋势变缓，级数过多导致操作控制和维修困难等问题变缓，级数过多导致操作控制和维修困难等问题 工业上普通采用二级或三级串联。上述结论虽然是对工业上普通采用二级或三级串联。上述结论虽然是对一级反响导出的，但原那么上同样适用于其它反响体系。一级反响导出的，但原那么上同样适用于其它反响体系。3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器运用举例运用举例串联釜式反响器体积最优化串联釜式反响器体积最优化 即：在釜数及最终转化率已规定情况下即：在釜数及最终转化率已规定情况下,为使总的反响为使总的反响体积最小体积最小,各釜反响体积存在一个最正确比例。各釜反响体积

24、存在一个最正确比例。.12121010021ANANANAAAAAArXXrXXrXXArNrrrcQVVVV 对单一反响，总反响体积为：对单一反响，总反响体积为：1,2,1,0NPXVApr 据此求得各釜的转化率，从而求得据此求得各釜的转化率，从而求得 ,此时此时 最小。最小。rpVrV3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器1.1.全混流反响器的变温操作全混流反响器的变温操作定态操作热量衡算式

25、为：定态操作热量衡算式为：Hq3.3.5 3.3.5 釜式反响器的定态操作釜式反响器的定态操作)()()(000TTUAVrHTTcQchrATrptqH)()()(0000TTUAXcHTTcQchAATrptptTrAAcHXcTT0)(00对绝热反响，有对绝热反响，有AXTT0ptrAcHc)(0：绝热温升，表示当反响物：绝热温升，表示当反响物A A全部转化时物系温度的变化。全部转化时物系温度的变化。3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器2.2.全混流反响器的定态操作点全混流反响器的定态操作点 全混流反响器操作的定态点是由物料衡算和热量衡算联立全混流反响器操作的定态

26、点是由物料衡算和热量衡算联立求解来确定的。以一级不可逆放热反响为例，其动力学方程可求解来确定的。以一级不可逆放热反响为例，其动力学方程可写为写为/exp1/expRTEARTEAXA0exp(/).1exp(/)rAVAE RTXAE RTQ000()()exp(/)(1)()pTrrTAoAhcQcTTVHAERT cXUA TT0000()exp(/)()()1exp(/)rArTptrhcgV cHAE RTqQcTTUA TTqAE RT热量衡算式：热量衡算式：0exp(/)exp(/)(1)AAAAArkcAE RT cAE RT cX3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下

27、的釜式反响器3.3.延续釜式反响器的定态热稳定性延续釜式反响器的定态热稳定性 定态下操作的延续釜式反响器，其操作温度和所到达的定态下操作的延续釜式反响器，其操作温度和所到达的转化率应满足物料及热量衡算式。转化率应满足物料及热量衡算式。)1(/exp0AArXRTEAXQV0exp(/).1exp(/)rAVAE RTXAE RTQ000()()exp(/)(1)()pTrrTAoAhcQcTTVHAERT cXUA TT0000()exp(/)()()1exp(/)rArTptrhcgV cHAE RTqQcTTUA TTqAE RT物料衡算式：物料衡算式：热量衡算式：热量衡算式：3.3 3.

28、3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器4.4.定态点的热稳定性分析定态点的热稳定性分析grdQdQdTdT3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器放热反响的定态操作点：放热反响的定态操作点：假设产生超温，可出现烧坏催化剂或爆炸，假设出假设产生超温，可出现烧坏催化剂或爆炸，假设出现低温，易产生忽然降温以致反响终止。现低温，易产生忽然降温以致反响终止。吸热反响的定态操作点：吸热反响的定态操作点：独一独一影响定态操作点的要素：影响定态操作点的要素：改动进料或换热介质温度，进料量，进料中反响物浓改动进料或换热介质温度，进料量，进料中反响物浓度，以及传热面积或传热温差等，运

29、用尽能够大的传热面度，以及传热面积或传热温差等，运用尽能够大的传热面积，和尽能够小的传热温差。积，和尽能够小的传热温差。3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器3.3 3.3 理想流动下的釜式反响器理想流动下的釜式反响器 活塞流模型活塞流模型 Plug Flow Models Plug Flow Models平推平推流：流：根本假定：根本假定：(1)(1)径向流速分布均匀，一切粒子以径向流速分布均匀，一切粒子以一样的速度从进口向出口运动。一样的速度从进口向

30、出口运动。(2)(2)轴向上无返混轴向上无返混 符合上述假设的反响器，同一时辰进符合上述假设的反响器，同一时辰进入反响器的流体粒子必同一时辰分开反响入反响器的流体粒子必同一时辰分开反响器，一切粒子在反响器内停留时间一样。器，一切粒子在反响器内停留时间一样。特点：径向上物料的一切参数都特点：径向上物料的一切参数都一样，轴向上不断变化。一样，轴向上不断变化。层流层流湍流湍流活塞流活塞流3.4 3.4 理想流动下的管式反响器理想流动下的管式反响器3.4.2 3.4.2 等温延续流动管式反响器的设计计算等温延续流动管式反响器的设计计算3.4 3.4 理想流动下的管式反响器理想流动下的管式反响器AAAA

31、ArdnFFdFr dVdt(输入量)(输出量)耗费量 累积量)BRXPFRtA，时间相等等容，等000()AfXArAAAdXVQ crX000()AfXrAAAAVdXcQr X 表达式类似，但意义不同，表达式类似，但意义不同，指延续操作的反响空时，指延续操作的反响空时，t t指间歇釜内物料的反响时间。指间歇釜内物料的反响时间。00()AfXAAAAdXtcrX间歇3.4 3.4 理想流动下的管式反响器理想流动下的管式反响器rVAZ00000AAAFQ cu Ac00rVZQu00AAAdXu crdz0AAdcurdz 对于管式平推流反响器，由于对于管式平推流反响器，由于所以所以式式(3

32、.24)(3.24)那么可写为那么可写为恒容下恒容下3.4 3.4 理想流动下的管式反响器理想流动下的管式反响器 平推流反响器的串联与单个同体积的平推流反响器效平推流反响器的串联与单个同体积的平推流反响器效果一样，因此无串联的问题。当动力学较复杂时，也可用果一样，因此无串联的问题。当动力学较复杂时，也可用图解计算。图解计算。3.4 3.4 理想流动下的管式反响器理想流动下的管式反响器/000AAWcWQF/1AAdnrW dt/0/0AXAAAdXcr0/0AXAAAdXWFr对于气固催化反响，通常定义对于气固催化反响，通常定义其中其中W W为催化剂的分量，那么设计公式可写为为催化剂的分量，那

33、么设计公式可写为 3.4 3.4 理想流动下的管式反响器理想流动下的管式反响器平推流反响器的串联、并联或并串联平推流反响器的串联、并联或并串联平推流反响器并联：平推流反响器并联：在提高消费才干的同时坚持尽量平推流形状，加在提高消费才干的同时坚持尽量平推流形状，加强传热，坚持反响器径向的温度均匀。强传热，坚持反响器径向的温度均匀。表示：表示：显然，各个反响器出口的转化率该当一样，这意显然，各个反响器出口的转化率该当一样，这意味着各个反响器中流体的停留时间该当一样。即味着各个反响器中流体的停留时间该当一样。即1=2=1=2=。3.4 3.4 理想流动下的管式反响器理想流动下的管式反响器3.4 3.

34、4 理想流动下的管式反响器理想流动下的管式反响器3.4 3.4 理想流动下的管式反响器理想流动下的管式反响器3.4.3 3.4.3 变温延续流动管式反响器的设计计算变温延续流动管式反响器的设计计算000(,)AXrAAAAVdXcQr T X00(,)AAcrAcAAVdcQr T c 根据热量平衡，取一圆柱状微元体作热量衡算，在稳态下可得根据热量平衡，取一圆柱状微元体作热量衡算，在稳态下可得21()()4rpttrTArctGC dTdHr dVU TTd dZ 其中，其中，G G为单位横截面积单位时间的混合物质量，为单位横截面积单位时间的混合物质量，dtdt为管子的为管子的直径。由于直径。

35、由于24rtdVd dZ4()()rcptArTtU TTdTGCrHdZd平推流管式反响器的热量衡算式平推流管式反响器的热量衡算式3.4 3.4 理想流动下的管式反响器理想流动下的管式反响器00AAArdXQ crdV20001()4tAAAGd WQ cM24rtdVd dZ0AAAAGWdXrMdZ又物料衡算式为又物料衡算式为由于由于所以，物料衡算式可写为所以，物料衡算式可写为0()4()rArTcAptAtGWHU TTdXdTGCdZMdZd3.4 3.4 理想流动下的管式反响器理想流动下的管式反响器在绝热操作下，将上式进展积分在绝热操作下，将上式进展积分 000()ArTXArTp

36、tATAGWHGC dTdXM0ATTX0()rArTptAWHC M3.4 3.4 理想流动下的管式反响器理想流动下的管式反响器3.4 3.4 理想流动下的管式反响器理想流动下的管式反响器3.4 3.4 理想流动下的管式反响器理想流动下的管式反响器3.4 3.4 理想流动下的管式反响器理想流动下的管式反响器3.4 3.4 理想流动下的管式反响器理想流动下的管式反响器3.5.1 3.5.1 反响过程浓度程度分析反响过程浓度程度分析3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较3.5.2 3.5.2 反响性能目的比较反响性能目的比较3.5.2.13.5.2.1反响器体积、转化率的比较反响器体积

37、、转化率的比较3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较1.1.反响器体积比较反响器体积比较3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较()()()()rMFRrrPFRrBRVVVV有限个MFR串联()()rPFRrBRVV在一样的转化率下，当操作条件一样时，为完成同一化学在一样的转化率下，当操作条件一样时，为完成同一化学反响，不思索间歇反响器的辅助消费时间时，反响，不思索间歇反响器的辅助消费时间时，假设思索间歇反响器的辅助消费时间，那么假设思索间歇反响器的辅助消费时间，那么3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较2.2.反响器转化率的比较反响器转化率的比较 对于正常动力学

38、，平推流反响器和间歇反响器的反响对于正常动力学，平推流反响器和间歇反响器的反响速度高于全混流反响器，有限个速度高于全混流反响器，有限个MFRMFR串联反响器其次，所以串联反响器其次，所以上述反响器体积大小的关系是成立的，同时根据上述各反上述反响器体积大小的关系是成立的，同时根据上述各反响器的设计公式，在体积要求一定时，响器的设计公式，在体积要求一定时，()()()()AfMFRAfAfPFRAfBRXXXX有限个MFR串联3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较以一级不可逆反响为例，以一级不可逆反响为例，N N个釜串联时，总体积可表示为个釜串联时，总体积可表示为 01/1()1(1)r

39、NMFRrtNANNQVVkX平推流反响器的总体积为平推流反响器的总体积为 000000()()ln(1)(1)ANANXXAArNPFRrPFRAAANAAAQdXdXVVFFXrkCXk 1/()(1)1()ln(1)NrNMFRANrNMFRANVNXVX 3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较N 时，有时，有当当()lim1()rNMFRNrNMFRVV因此，对于正常动力学，当转化率要求一样，其它操作条件因此，对于正常动力学，当转化率要求一样，其它操作条件也一样时，无穷个全混流反响器串联所需的总体积相当于一也一样时，无穷个全混流反响器串联所需的总体积相当于一个平推流反响器。个

40、平推流反响器。()()()()rMFRrrPFRrNMFRNVVVV有限个MFR串联()()()()AfMFRAfAfPFRAfNMFRNXXXX有限个MFR串联3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较当不思索间歇反响器的辅助操作时间时，当不思索间歇反响器的辅助操作时间时，()()rPFRrBRVV()()AfPFRAfBRXX当思索间歇反响器的辅助操作时间时，当思索间歇反响器的辅助操作时间时，()()rPFRrBRVV()()AfPFRAfBRXX 假设动力学关系较为复杂，如反响速率随转化率的假设动力学关系较为复杂，如反响速率随转化率的提高先上升后下降或先下降后上升，上述关系不一定成

41、提高先上升后下降或先下降后上升，上述关系不一定成立，要视详细情况而定，如对于先下降后上升或先上升立，要视详细情况而定，如对于先下降后上升或先上升后下降，往往采用不同反响器的组合时总体积较小。后下降，往往采用不同反响器的组合时总体积较小。3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较3.5.2.2 3.5.2.

42、2 反响收率的比较反响收率的比较微分选择性微分选择性/RS/RRRRRARAAAArdndYSrdndX/0AXRRAYS dX反响器中反响的收率普通与反响的动力学、反响器的型式反响器中反响的收率普通与反响的动力学、反响器的型式以及加料方式有关。以及加料方式有关。001AAfACdSCCY3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较1 1反响动力学反响动力学3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较2 2反响器的型式反响器的型式3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较3 3反响物的加料方式反响物的加料方式-1-13.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较当要求当要求CA

43、、CB均高时。采用间歇反响器时，均高时。采用间歇反响器时，A、B同时参与到反响器中，同时参与到反响器中，A、B浓度均高。假设采用延续操作，平推流反响器中浓度均高。假设采用延续操作，平推流反响器中A、B浓度均高，其浓度均高，其次是有限个串联的全混流反响器，且体积依次增大较好。次是有限个串联的全混流反响器，且体积依次增大较好。3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较3 3反响物的加料方式反响物的加料方式-2-2当要求当要求CA、CB均低时。均低时。A、B同时参与到全混流反响器中，此时同时参与到全混流反响器中，此时A、B浓浓度均低。假设采用多级操作，那么有限个串联的全混流反响器体积依次减度均

44、低。假设采用多级操作，那么有限个串联的全混流反响器体积依次减小为好。小为好。当要求当要求cAcA低、低、cBcB高时，如下图。采用半间歇反响器时，高时，如下图。采用半间歇反响器时，先在釜中参与先在釜中参与B B，然后边反响边滴加，然后边反响边滴加A A。采用平推流反响器。采用平推流反响器时时A A分股参与反响器，采用等体积串联全混流反响器时分股参与反响器，采用等体积串联全混流反响器时 A A也也分股参与反响器，此时分股参与反响器，此时cAcBcA0，反响，反响器应以串联操作，假设器应以串联操作，假设n1，反响速率，反响速率-浓度曲线呈凹形时，其陈列次浓度曲线呈凹形时，其陈列次序应满足反响物浓度

45、尽能够高，相反假设序应满足反响物浓度尽能够高，相反假设n1，其最优陈列，其最优陈列是先为平推流反响器、较小的全混流、最后是较大的全混流；而当是先为平推流反响器、较小的全混流、最后是较大的全混流；而当n1，陈列次序正相反。，陈列次序正相反。2、对反响速率、对反响速率-浓度曲线出现最大或最小值的反响，安装的陈列取决浓度曲线出现最大或最小值的反响，安装的陈列取决于实践的曲线外形，所希望到达的转化率和安装的效率，没有简单的于实践的曲线外形，所希望到达的转化率和安装的效率，没有简单的原那么可以遵照。原那么可以遵照。3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较Solution3.5 3.5 反响器的性

46、能比较反响器的性能比较3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较Solution3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较对平推流反响器作物料恒算得：21211010A1A0A31A10A03A2A10A010A21A0A231011V1,FFFCCCCCC/CC(1)AAAACACACACAdCV

47、rdCr 则：循环物料的体积流量进反应器的总体积流量3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较带循环的平推流反响器计算带循环的平推流反响器计算21210AAA10AA2A10A010A21A0A2A0A2kV1rkCCV11lnkCkCCCC/CCC:CeAAAACACACACdCrdC 对于一级不可逆反应解得带循环的平推流反响器计算带循环的平推流反响器计算结论可以推行到多管循环的情况结论可以推行到多管循环的情况1 1 122 21 1 122 2i1A0A2k112A212A01A2k2kk212A01A2Nk1NA0A2NNkCCeCCCeeeCC,eCC,eiiNiiNii 对于一

48、级不可逆反应有：设各管等温，等容，等循环比则：带循环的平推流反响器计算带循环的平推流反响器计算表征循环反响器性能的物理量-循环比3A32A2FF循环物料的体积流量离开反应器物料体积流量=0，为平推流反响器；=，相当于全混流反响器它可以使平推流反响器调整到具有不同返混程度的混合流动02A0A2A21,113 4CCktln11C恒容时，和及 的关系代入表-中的计算式中，例如一级反应：带循环的平推流反响器计算带循环的平推流反响器计算 22100)1(AAxxAAArdxCvV 带循环的平推流反响器计算带循环的平推流反响器计算3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较3.5 3.5 反响器的性

49、能比较反响器的性能比较3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较3.5 3.5 反响器的性能比较反响器的性能比较 本章回想本章回想-1-1 等温间歇釜式反响器的设计计算。等温间歇釜式反响器的设计计算。P12P12 延续釜式反响器的设计计算。延续釜式反响器的设计计算。空时和空速的概念及其在反响器设计计算中的运用。空时和空速的概念及其在反响器设计计算中的运用。延续釜式反响器的串联和并联。延续釜式反响器的串联和并联。P38P38 釜式反响器中平行与连串反响选择性的分析，衔接和釜式反响器中平行与连串反响选择性的分析，衔接和 加料方式的选择。加料方式的选择。延续釜式反响器的热量衡算式的建立与运用。延续釜式反响器的热量衡算式的建立与运用。本章回想本章回想-2-2 等温延续管式反响器设计方程的设计计算。P45 管式和釜式反响器的对比。变温延续管式反响器的分析与计算。P47 反响器的性能比较。P49)()(000AfAAAfArCSTRxrxxcQV000()AfXrAAAAVdXcQr X00()AfXAAAAdXtcrX间歇 重要公式重要公式本章习题本章习题P573.1 3.2 3.3 3.5 3.6 3.7 3.9 3.10本章习题课本章习题课