《化学反应工程-第三章理想流动反应器.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学反应工程-第三章理想流动反应器.ppt（39页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、一、多级混流反应器的浓度特征3-6 3-6 多级全混流反应器的串联及优化多级全混流反应器的串联及优化 Stirred Tank CascadeCA0CAfCAxposition321450CA*CA1CA2CA3CA40 Stirred Tank CascadeCA0CAfCAxposition32145CA*CA1CA2CA3CA43-6 3-6 多级全混流反应器的串联及优化多级全混流反应器的串联及优化二、多级全混流反应器串联的计算二、多级全混流反应器串联的计算1.解析计算VR1CA1C CAmAmCAiCAi-1CA2VRmVR2VRiVRi-1CA0CAmV0V0V0V0V0V0C CA
2、iAiC CAi-1Ai-1C CA2A2C CA1A13-6 3-6 多级全混流反应器的串联及优化多级全混流反应器的串联及优化二、多级全混流反应器串联的计算二、多级全混流反应器串联的计算CAi-1CAiVRiCAi3-6 3-6 多级全混流反应器的串联及优化多级全混流反应器的串联及优化二、多级全混流反应器串联的计算二、多级全混流反应器串联的计算设计型计算和操作型计算设计型计算和操作型计算一级不可逆反应一级不可逆反应3-6 3-6 多级全混流反应器的串联及优化多级全混流反应器的串联及优化二、多级全混流反应器串联的计算二、多级全混流反应器串联的计算因为等比数列等比数列3-6 3-6 多级全混流反
3、应器的串联及优化多级全混流反应器的串联及优化二、多级全二、多级全混混流反应器串联的计算流反应器串联的计算工业上，多级CSTR串联（层叠）时，往往将各级CSTR的体积做成相等，以便于制造。即：这时，就有可求得反应系统的可求得反应系统的总体积总体积3-6 3-6 多级全混流反应器的串联及优化多级全混流反应器的串联及优化二、多级全二、多级全混混流反应器串联的计算流反应器串联的计算2.2.图解计算图解计算对非一级反应，必须逐釜计算。计算比较麻烦：对非一级反应，必须逐釜计算。计算比较麻烦：这时，可采用图解法：-1/CA1CA0CArAf(CA)图解法原理CA12.2.图解计算图解计算n nGraphic
4、al Construction for a CSTR-Cascaden n等温、等体积情况的图解计算-1/cA1cA0cArAf(CA)cA3cA2cA3f(CA)三、多级三、多级CSTRCSTR串联的优化串联的优化n n设计CSTR的串联时会遇到如何分配各级转化率的问题。n n当串联的级数确定后，可以合理分配各级的转化率，使所需的总反应体积最小。上式中，上式中，x x1 1，x x2 2 x xm-1m-1共共m-1m-1个变量是设计时可以变动的。个变量是设计时可以变动的。优化问题是：当这优化问题是：当这m-1m-1个变量取何值时，个变量取何值时，V VR R达到其最小值。达到其最小值。三、
5、多级三、多级CSTRCSTR串联的优化串联的优化n n解这个最优化问题的数学方法在理论上是熟知的：解这个最优化问题的数学方法在理论上是熟知的：从以上共m-1个方程，可解出m-1个待定量(x1，x2 xm-1)三、多级三、多级CSTRCSTR串联的优化串联的优化n n解一级不可逆反应的优化例子两边同时乘以V0/k例：用两只串联的全混流反应器进行乙酸和乙醇的酯例：用两只串联的全混流反应器进行乙酸和乙醇的酯例：用两只串联的全混流反应器进行乙酸和乙醇的酯例：用两只串联的全混流反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天产乙酸乙酯化反应，每天产乙酸乙酯化反应，每天产乙酸乙酯化反应，每天产乙酸乙酯12000kg1
6、2000kg12000kg12000kg，其化学反应式为，其化学反应式为，其化学反应式为，其化学反应式为原料中反应组分的质量比为原料中反应组分的质量比为A:B:S=1:2:1.35，反应，反应液的密度为液的密度为1020kg/m3，并假定在反应过程中不变。，并假定在反应过程中不变。反应在反应在100下等温操作，其反应速率方程为下等温操作，其反应速率方程为已知已知100时，时，k=4.7610-4L/（molmin），平衡），平衡常数常数K=2.92。试计算乙酸转化。试计算乙酸转化35%时，所需的时，所需的反应总体积。反应总体积。（1）两只）两只CSTR体积相等，体积相等，（2）优化的情况。）优
7、化的情况。解：前已求得解：前已求得解：前已求得解：前已求得其中：其中：a=2.61a=2.61b=b=5.155.15c=0.6575c=0.6575 k=4.7610-4L/（molmin），（1）设第一釜转化率为xA1，根据题设：1 2可解得：xA1=0.2264（已经舍去了不合理值）代入1式中，得VR1=V016.036m3于是，总反应体积VR12.072m3（2 2 2 2）优化的情况）优化的情况）优化的情况）优化的情况令解得：令解得：令解得：令解得：x xA1A1=0.2191(=0.2191(已舍去不合理值）已舍去不合理值）已舍去不合理值）已舍去不合理值）代入，可求得代入，可求得代
8、入，可求得代入，可求得V VR1R15.390m5.390m3 3V VR2R25.487m5.487m3 3故反应总体积为故反应总体积为故反应总体积为故反应总体积为V VR R10.88m10.88m3 3例题中五种反应器体积比较例题中五种反应器体积比较n nBSTRBSTR：V VR R12.68m12.68m3 3 n nPFRPFR：V VR R8.227m8.227m3 3n nCSTRCSTR：V VR R14.68m14.68m3 3n nCSTR+CSTRCSTR+CSTR（相等体（相等体积积）:V:VR R12.07m12.07m3 3n nCSTR+CSTRCSTR+CST
9、R（最（最优优体体积积）:V:VR R10.88m10.88m3 3各类理想反应器（组合）的内在统一性各类理想反应器（组合）的内在统一性3-7 3-7 理想反应器的组合与反应器体积比较理想反应器的组合与反应器体积比较一、理想反应器的组合一、理想反应器的组合此组合等效于一个大的CSTR（总体积相等）1/21/2V VR R1/21/2VRV VR RCA0CA0V0V0由上述诸式，无论何种动力学方程，由上述诸式，无论何种动力学方程，结论均成立。等效的前提：结论均成立。等效的前提：因此不限于两并因此不限于两并联釜体积相等。联釜体积相等。此种组合等效于一个大的PFR（总体积相等）C CA0A0V V
10、0 0C CA Af fC CA1A1任何动力学，两反应任何动力学，两反应器体积任意的大小。器体积任意的大小。C CA0A0C CA0A0C CA Af fV V0 0C CA Af f无论何种动力学方程，结论均无论何种动力学方程，结论均成立。等效的前提：成立。等效的前提：因此不限于两并联反应器的体因此不限于两并联反应器的体积相等。积相等。V V0 0体积相等的活塞流，无论长径比如何，都是等效的。列管式催化反应器列管式催化反应器列管式催化反应器列管式催化反应器 30C 100C25 mm 25 000 tubesReactor feed Coolant此两种组合在一级不可逆反应且两反应器体积相
11、等此两种组合在一级不可逆反应且两反应器体积相等此两种组合在一级不可逆反应且两反应器体积相等此两种组合在一级不可逆反应且两反应器体积相等时是等效的。时是等效的。时是等效的。时是等效的。CA0CA1CAfCA0CA1CAf零级反应，无论体积是否相等，也等效。VR1VR1VR2VR2V0V0但是，一般情况下，两者不等效。二、理想流动反应器的体积比较二、理想流动反应器的体积比较单一反应动力学：单一反应动力学：“正常正常”动力学，动力学，“反常反常”动力学，动力学，带有最大值的动力学。不同的动力学结论不同，甚至带有最大值的动力学。不同的动力学结论不同，甚至截然相反。截然相反。1/rA FPR 1/rA
12、CSTR CSTR CASCADE 1/rAxAxAxA二、理想流动反应器的体积比较二、理想流动反应器的体积比较n n若干重要影响因素：（a）转化率：转化率越高，体积差别越大（b）反应级数：级数越高，体积差别越大（c）串联级数：级数越多，体积差别越小（d）膨胀率（因子）：膨胀越大，则返混影响越大，体积差别也就越大。n n16解题提示：根据题给的表面反应机理，活性中心只被丁烯和丁二烯占据，而氢气则没有占据活性中心，因此：n n空位率（0）1丁烯占有率丁二烯占有率n n所以，加式中只有两项。n n此外，反应控制时，速率方程应该写成：作业订正作业订正14：复合反应。此题最佳温度指选择率最大时的温度。
13、反应速率常数关于活化能有两个基本结论：一，活化能越高，反应速率越低。二，活化能越高，对温度的变化越敏感。现在E2 E1 EE2 2T T升高升高选择率增大选择率增大E E1 1Enn2 2C CA A升高升高选择率增大选择率增大n n1 1n n n2 2mm1 1 m m2 2C CA A高高高高C CB B高高高高n n1 1 n n2 2mm1 1m n n2 2mm1 1 m m2 2C CA A高高高高C CB B低低低低加料方式：间歇系统加料方式：间歇系统BABABC CA A C CB B both highboth high C CA A C CB B both lowboth
14、 lowC CA A high Chigh CB B lowlow Add A and B Add A and Ball at one timeall at one time Add A and B Add A and Bsolwly;level risessolwly;level rises Start with A Start with Aadd B slowlyadd B slowly加料方式：连续系统加料方式：连续系统C CA A C CB B both highboth high C CA A C CB B both lowboth lowC CA A high Chigh CB B lowlowContacting patterns for various combinations of high and low Contacting patterns for various combinations of high and low Concentration of reactants in continuous flow operationsConcentration of reactants in continuous flow operationsBAABBAABBBBA二、连串反应二、连串反应n n1.连串反应的选择率