全混流反應(yīng)器ppt課件

1、二、二、全混流模型：全混流模型：(CSTR(CSTR） 又稱又稱理想混合流理想混合流反應(yīng)器或連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器，進出物料的操作反應(yīng)器或連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器，進出物料的操作是連續(xù)的，可以單釜或多釜串聯(lián)操作。是連續(xù)的，可以單釜或多釜串聯(lián)操作。 6、多釜串聯(lián)、多釜串聯(lián)CSTR反應(yīng)器的設(shè)計方法反應(yīng)器的設(shè)計方法1;. 特點：特點：反應(yīng)器內(nèi)所有空間位置的物系性質(zhì)是均勻的，并且等于反應(yīng)器出口處的物料性質(zhì)，即反應(yīng)器內(nèi)所有空間位置的物系性質(zhì)是均勻的，并且等于反應(yīng)器出口處的物料性質(zhì)，即反應(yīng)器內(nèi)物料的濃度與溫度均一，且與出口物料溫度、濃度相同。反應(yīng)器內(nèi)物料的濃度與溫度均一，且與出口物料溫度、濃度相同。新鮮物料瞬間混合

2、均勻，存在不同停留時間的物料之間的混合，即返混。且逆向混合新鮮物料瞬間混合均勻，存在不同停留時間的物料之間的混合，即返混。且逆向混合程度最大，逆向混合直接導(dǎo)致稀釋效應(yīng)最大。程度最大，逆向混合直接導(dǎo)致稀釋效應(yīng)最大。在等溫操作的條件下，反應(yīng)器內(nèi)物系的所有參數(shù)，如在等溫操作的條件下，反應(yīng)器內(nèi)物系的所有參數(shù)，如T、C、P等既不隨時間變化，也等既不隨時間變化，也不隨位置變化。不隨位置變化。2;.2.2.設(shè)計方程：由于器內(nèi)物料混合均勻，可以對全釜做關(guān)鍵組分設(shè)計方程：由于器內(nèi)物料混合均勻，可以對全釜做關(guān)鍵組分A A的物料衡算：的物料衡算： A A進入量進入量=A=A出出V VR R量量+反應(yīng)掉量反應(yīng)掉量+累

3、積量累積量 Q Q0 0C CA0 A0 = Q= Q0 0C CA A + V + VR R(-r(-rA A) + 0) + 0)()()(00000AAAAAARrCCQrCQCQV)()()1 (00000AAfAAAfAArxQCrxCCQAc0QrV0Q0Ac3;.如進入反應(yīng)器時還有一定轉(zhuǎn)化率如進入反應(yīng)器時還有一定轉(zhuǎn)化率x0,出口為出口為xf)()()()1 ()1 (0000000AfAAfAARrxxCQrxCxCQV)()(00AAARrCCQV)(00AAArxCQ全混釜反應(yīng)器體積計算全混釜反應(yīng)器體積計算4;. 空時與空速的概念： 空時：空時：進料體積流量反應(yīng)體積0QVr（

4、因次：時間） , Q o處理能力表明 空速的意義：單位時間單位反應(yīng)體積所處理的物料量。空速的意義：單位時間單位反應(yīng)體積所處理的物料量。 空速越大，反應(yīng)器的原料處理能力越大。空速越大，反應(yīng)器的原料處理能力越大。rAArVcFVQ0001 空速：空速：-1:時間因次5;.反應(yīng)工程中常用于表示時間概念的還有：反應(yīng)工程中常用于表示時間概念的還有：反應(yīng)時間反應(yīng)時間t：反應(yīng)物從進入反應(yīng)器后從實際發(fā)生反應(yīng)起到反應(yīng)達某一程度（如某轉(zhuǎn)化率）：反應(yīng)物從進入反應(yīng)器后從實際發(fā)生反應(yīng)起到反應(yīng)達某一程度（如某轉(zhuǎn)化率）時所需的時間時所需的時間停留時間：它是指反應(yīng)物從進入反應(yīng)器的時刻算起到它們離開反應(yīng)器的時刻為止在反停留時間

5、：它是指反應(yīng)物從進入反應(yīng)器的時刻算起到它們離開反應(yīng)器的時刻為止在反應(yīng)器內(nèi)共停留的時間，對于分批式操作的釜式反應(yīng)器與理想平推流反應(yīng)器，反應(yīng)時應(yīng)器內(nèi)共停留的時間，對于分批式操作的釜式反應(yīng)器與理想平推流反應(yīng)器，反應(yīng)時間等于停留時間，而對于存在返混的反應(yīng)器，則出口物料是由具有不同停留時間的間等于停留時間，而對于存在返混的反應(yīng)器，則出口物料是由具有不同停留時間的混合物，即具有停留時間分布的問題，工程上常用平均停留時間來表示。混合物，即具有停留時間分布的問題，工程上常用平均停留時間來表示。平均停留時間：以平均停留時間：以 來表示，其定義為反應(yīng)器的有效容積與器內(nèi)物料體積流速之比，來表示，其定義為反應(yīng)器的有效

6、容積與器內(nèi)物料體積流速之比，即即 。要注意區(qū)分上述三個工程上常用于表示時間的概念。要注意區(qū)分上述三個工程上常用于表示時間的概念。 tVtv6;.全混流反應(yīng)器設(shè)計方程關(guān)聯(lián)的參數(shù)有：全混流反應(yīng)器設(shè)計方程關(guān)聯(lián)的參數(shù)有：xA、(-rA)、VR、FA0 圖解全混流反應(yīng)器相關(guān)計算：圖解全混流反應(yīng)器相關(guān)計算： 注意：上圖中矩形可求出出口轉(zhuǎn)化率注意：上圖中矩形可求出出口轉(zhuǎn)化率xA或出口濃度為或出口濃度為CA所需空時，一定要明確上圖黑所需空時，一定要明確上圖黑點所代表的意義。點所代表的意義。 7;.3、設(shè)計方程式的應(yīng)用、設(shè)計方程式的應(yīng)用零級反應(yīng)零級反應(yīng) AP (-rA)=k )0:(:)(000000的等分子反

7、應(yīng)以上是注或或AAAAAAAAAAAARkCCCkxkCCkxCrxCQV8;.)1 ()1 ()()(:0000000AAAAAAAAAAAAAAAAAAxkxCCCkCCCCCCCx或?qū)⑸鲜酱朐O(shè)計方程得若AAAAAxxCC110或9;.一級反應(yīng) AP (-rA)=kCA 對于任意A值 kCCkCCkkxkCCCxkCxCQVCCkCCCCxkxxrxCQVAAAAAAAAAAAARAAAAAAAAAAAAAAAR1111:)1 (0,)()()1 ()1 ()(00000000000或這時可以認為是恒容過程對于液相反應(yīng)10;. 二級反應(yīng) AP (-rA)= 2AkC對于任意A值： 202

8、000200202200)1 (0)()()1 ()1 (AAAAAARAAAAAAAAAAAAAAAARkCCCxkCxQVCCkCxCCxkCxxkCxCQV對于11;. n級反應(yīng) AAAnAAAAxCkCCCC000A=0時nAAAnAnAoARkCCCxkCxvV010)1 (例 題nAArkC12;.例題例題工廠采用工廠采用CSTR以硫酸為催化劑使已二酸與已二醇以等摩爾比在以硫酸為催化劑使已二酸與已二醇以等摩爾比在70下進行縮聚反應(yīng)生產(chǎn)下進行縮聚反應(yīng)生產(chǎn)醇酸樹脂，實驗測得該反應(yīng)的速率方程式為：（醇酸樹脂，實驗測得該反應(yīng)的速率方程式為：（-rA）=kCACB式中：式中：（-rA）-以已

9、二酸組分計的反應(yīng)速率，以已二酸組分計的反應(yīng)速率，kmol.L-1.min-1 k-反應(yīng)速率常數(shù)，反應(yīng)速率常數(shù)，1.97L.kmol-1.min-1 CA、CB-分別為已二酸和已二醇的濃度，分別為已二酸和已二醇的濃度，kmol.L-1 CA0、CB0均為均為0.004kmol.L-1若每天處理已二酸若每天處理已二酸2400kg，轉(zhuǎn)化率為，轉(zhuǎn)化率為80%，試計算確定反應(yīng)器的體積大小。，試計算確定反應(yīng)器的體積大小。 13;.解：根據(jù)解：根據(jù)CSTRCSTR反應(yīng)器的設(shè)計方程可知，反應(yīng)器的設(shè)計方程可知， 20030220(1)171 0.872347.234(1)1.97 60 0.0041 0.8RA

10、AAARAAVxQkCxQ xVLmkCx而間歇反應(yīng)器所需的體積僅為：2.16m3 請思考：為何間歇釜式反應(yīng)器所需反應(yīng)體積要小得多？14;.4、間歇釜式反應(yīng)器和全混流（、間歇釜式反應(yīng)器和全混流（CSTR）反應(yīng)器的比較：）反應(yīng)器的比較：對于反應(yīng)級數(shù)對于反應(yīng)級數(shù)n0的反應(yīng)的反應(yīng):間歇釜式間歇釜式BR：一次性投料，反應(yīng)體系：一次性投料，反應(yīng)體系A(chǔ)的濃度由的濃度由CA0逐漸降至逐漸降至CA(排料時排料時A的濃度），的濃度），反應(yīng)速率隨反應(yīng)速率隨 t 減小減小;全混流全混流CSTR：A的濃度由的濃度由CA0瞬間降至反應(yīng)器出口濃度瞬間降至反應(yīng)器出口濃度CA，故全混流反應(yīng)器一直在，故全混流反應(yīng)器一直在相當于

11、出口濃度的低反應(yīng)速率下進行，相當于圖中相當于出口濃度的低反應(yīng)速率下進行，相當于圖中B點點速率下進行。速率下進行。 15;.間歇釜式反應(yīng)器所需反應(yīng)時間： 0AACACAdCtr全混流反應(yīng)器所需空時： = 面積CA0DBCA= 00AAAAAAACCCCCBCr全混流反應(yīng)器的容積效率： 0 . 10的面積矩形曲線下陰影部分面積AADBCCABt說明容積效率可以用時間比空時的原因16;.對于對于n0的不可逆反應(yīng)，的不可逆反應(yīng)，CSTR的容積效率的容積效率均小于均小于1，這是由于，這是由于“返混返混”造成的稀釋效造成的稀釋效應(yīng)使全混流的反應(yīng)器的容積效率小于應(yīng)使全混流的反應(yīng)器的容積效率小于1，也就是說全

12、混流反應(yīng)器的有效容積將是分批式，也就是說全混流反應(yīng)器的有效容積將是分批式反應(yīng)器的反應(yīng)器的1/倍，但要注意間歇式操作的非生產(chǎn)性時間倍，但要注意間歇式操作的非生產(chǎn)性時間t0在計算在計算時并沒有考慮，若考慮時并沒有考慮，若考慮之，則之，則=（t+t0）/，有可能，有可能=t /小于小于1的情況，而的情況，而=（t+t0）/大于大于1，這是完全可，這是完全可能的。能的。17;.1、多釜串聯(lián)、多釜串聯(lián)CSTR反應(yīng)器的特點反應(yīng)器的特點如果由幾個串聯(lián)的全混流反應(yīng)器來進行原來由一個全混流反應(yīng)器進行的反應(yīng)，則如果由幾個串聯(lián)的全混流反應(yīng)器來進行原來由一個全混流反應(yīng)器進行的反應(yīng)，則外，所有外，所有都在都在下進行反應(yīng)

13、，這下進行反應(yīng)，這勢必勢必了混合作用所產(chǎn)生的了混合作用所產(chǎn)生的使過程的推動力得以提高。表現(xiàn)在：使過程的推動力得以提高。表現(xiàn)在： 若兩者的起始和最終濃度及溫度條件相同，則意味著生產(chǎn)強度可以得到提高（因若兩者的起始和最終濃度及溫度條件相同，則意味著生產(chǎn)強度可以得到提高（因平均反應(yīng)速度提高了）；平均反應(yīng)速度提高了）； 如果多釜與單釜具有相同的生產(chǎn)能力和轉(zhuǎn)化率，多釜串聯(lián)的反應(yīng)器總?cè)莘e必定小如果多釜與單釜具有相同的生產(chǎn)能力和轉(zhuǎn)化率，多釜串聯(lián)的反應(yīng)器總?cè)莘e必定小于單釜。串聯(lián)級數(shù)越多，所需體積愈小，過程愈接近活塞流（于單釜。串聯(lián)級數(shù)越多，所需體積愈小，過程愈接近活塞流（PFR）和分批式反應(yīng)）和分批式反應(yīng)器。

14、器。 18;.多釜串聯(lián)反應(yīng)器的設(shè)計方法多釜串聯(lián)反應(yīng)器的設(shè)計方法 解析法：解析法： 12iN設(shè)每個反應(yīng)器的空時為設(shè)每個反應(yīng)器的空時為i i，則總空時為：，則總空時為： Nii對任意對任意i i釜釜A A組分的物料衡算（恒容系統(tǒng)）：組分的物料衡算（恒容系統(tǒng)）：,1,0A iA iiiAiCCVQr將具體的速率方程代入上式，從第一釜開始逐釜計算下去。將具體的速率方程代入上式，從第一釜開始逐釜計算下去。 19;.各釜的容積與溫度可以不同，如對于n級不可逆反應(yīng)： ,1,110,0,1A iA iA iA iiinnniA iiAA iCCxxVQkCkCx若n=1，則： iiiAiAkCC111,將串聯(lián)

15、的N釜設(shè)計方程左右分別相乘得： NNiiANAkkkkCC1111122110,ijijVVTT20;.constkkjijiNiNANiANAkxkCC111:11,0,或總?cè)莘e為：V=NVi=Niv0例例 題題21;.例題例題8 在兩釜串聯(lián)的全混流反應(yīng)器中，用已二酸和已二醇生產(chǎn)醇酸樹脂，在第一釜中已二在兩釜串聯(lián)的全混流反應(yīng)器中，用已二酸和已二醇生產(chǎn)醇酸樹脂，在第一釜中已二酸的轉(zhuǎn)化率為酸的轉(zhuǎn)化率為60%，第二釜中它的轉(zhuǎn)化率達到，第二釜中它的轉(zhuǎn)化率達到80%，反應(yīng)條件和產(chǎn)量如下：，反應(yīng)條件和產(chǎn)量如下：速率方程式：（速率方程式：（-rA）=kCACB式中：式中： （-rA）-以已二酸組分計的反應(yīng)

16、速率，以已二酸組分計的反應(yīng)速率，kmol.L-1.min-1 k-反應(yīng)速率常數(shù)，反應(yīng)速率常數(shù)，1.97L.kmol-1.min-1 CA、CB-分別為已二酸和已二醇的濃度，分別為已二酸和已二醇的濃度，0.004kmol.L-1 若每天處理已二酸若每天處理已二酸2400kg，轉(zhuǎn)化率為，轉(zhuǎn)化率為80%，試計算確定反應(yīng)器的總體積大小。，試計算確定反應(yīng)器的總體積大小。22;.解：解：反應(yīng)速率方程可轉(zhuǎn)化為：反應(yīng)速率方程可轉(zhuǎn)化為：(-r(-rA A)=)=第一釜有效容積的計算第一釜有效容積的計算 由操作方程知：由操作方程知： 2AkC00112220010111020100012()(1)(1)(1)24

17、0024 146171 /0.004171 0.613601.97 0.0041 0.660AAAARAAAAAAARAAAARCCCxVxQrkCxkCxxVQkCxFQL hCVL23;.21102202:171 (0.80.6)1810(1)1.97 0.0041 0.860AARAAxxVQLkCx第二釜的有效容積也是由操作方程得總有效容積：VR=VR1+VR2=3170L。很明顯，達到相同轉(zhuǎn)化率時，兩釜串聯(lián)的有效容積要比單釜（很明顯，達到相同轉(zhuǎn)化率時，兩釜串聯(lián)的有效容積要比單釜（7230L7230L）的要小得多，）的要小得多，為什么？請思考！為什么？請思考！ 例題9：見陳甘棠教材P6

18、2例3-4-1（全混釜與間歇釜的比較） 24;.若為等溫恒容反應(yīng)，且反應(yīng)器的各釜容積相等，則設(shè)計方程可改寫為：若為等溫恒容反應(yīng)，且反應(yīng)器的各釜容積相等，則設(shè)計方程可改寫為： 1,0,0)(iAAiAAiAxCxCr上式表明：上式表明： 若第若第i釜的進口轉(zhuǎn)化率釜的進口轉(zhuǎn)化率xA,i-1一定時，一定時， 其出口轉(zhuǎn)化率其出口轉(zhuǎn)化率xAi與與(-rA)i呈直線關(guān)系，其斜率呈直線關(guān)系，其斜率為為 ，截距為，截距為 。出口轉(zhuǎn)化率不僅要滿足物料衡算式（設(shè)計方程），而且還要出口轉(zhuǎn)化率不僅要滿足物料衡算式（設(shè)計方程），而且還要滿足動力學(xué)方程式，若將上兩關(guān)系繪于滿足動力學(xué)方程式，若將上兩關(guān)系繪于 xA (-rA

19、) 坐標系中，則兩條線的交點所對應(yīng)的坐標系中，則兩條線的交點所對應(yīng)的 xA 值即為該釜的出口轉(zhuǎn)化率。值即為該釜的出口轉(zhuǎn)化率。 0AC0,1AA iCx設(shè)計方法圖解法圖解法 iiiAiAkCC111,25;.具體步驟如下：具體步驟如下：根據(jù)動力學(xué)方程式或?qū)嶒灁?shù)據(jù)作出根據(jù)動力學(xué)方程式或?qū)嶒灁?shù)據(jù)作出xA(-rA)曲線曲線MN； 按式按式 作第一釜的物料衡算線，交點作第一釜的物料衡算線，交點P1P1即為第一釜即為第一釜出口轉(zhuǎn)化率出口轉(zhuǎn)化率x xA1A1。 00,1()AAA iA iA iCCrxx因各釜體積相等，所以空時也相等，則各釜的物料衡算線的斜率一致。所以第因各釜體積相等，所以空時也相等，則各

20、釜的物料衡算線的斜率一致。所以第二釜的物料衡算式可以從點二釜的物料衡算式可以從點xA1作平行于第一釜物料衡線交于作平行于第一釜物料衡線交于MN線于線于P2，其橫，其橫坐標即為第二釜的出口轉(zhuǎn)化率坐標即為第二釜的出口轉(zhuǎn)化率xA2。 依此類推，一直到第依此類推，一直到第N釜出口轉(zhuǎn)化率釜出口轉(zhuǎn)化率xA,N等于或大于所要求的轉(zhuǎn)化率等于或大于所要求的轉(zhuǎn)化率xAf為止。則為止。則所得斜線數(shù)目即為反應(yīng)器釜數(shù)。所得斜線數(shù)目即為反應(yīng)器釜數(shù)。 26;.xA-rAONMP1P2P3P4xA1xA2xA3xA4xA-(-rA)動力學(xué)線動力學(xué)線第二釜物料衡算線第二釜物料衡算線斜率：斜率：CA0/xAf27;.若給定釜數(shù)，

21、可以用此法作圖，最后直接讀出串聯(lián)反應(yīng)器中若給定釜數(shù)，可以用此法作圖，最后直接讀出串聯(lián)反應(yīng)器中A的最終出口轉(zhuǎn)化率的最終出口轉(zhuǎn)化率xAN。 若已知釜數(shù)若已知釜數(shù)N和最終的出口轉(zhuǎn)化率和最終的出口轉(zhuǎn)化率xAN, 可以用試差法確定反應(yīng)器的總有效容積或體積可以用試差法確定反應(yīng)器的總有效容積或體積流量流量v。即假定一直線的斜率，從開始作圖，如最后一釜的出口轉(zhuǎn)化率與要求的不。即假定一直線的斜率，從開始作圖，如最后一釜的出口轉(zhuǎn)化率與要求的不符，則另假設(shè)一斜率，直到符合為止，然后求出直線的斜率，進而求出符，則另假設(shè)一斜率，直到符合為止，然后求出直線的斜率，進而求出，及，及VR或或v。 若串聯(lián)的各釜體積不等，則斜率

22、亦不同，但也可采用此法進行計算最終出口轉(zhuǎn)化率。若串聯(lián)的各釜體積不等，則斜率亦不同，但也可采用此法進行計算最終出口轉(zhuǎn)化率。 28;.注：注： 優(yōu)點：優(yōu)點：xA(-rA)可以由動力學(xué)方程式直接繪出可以由動力學(xué)方程式直接繪出MN，也可由實驗數(shù)據(jù)描出，也可由實驗數(shù)據(jù)描出MN，對，對于非一級反應(yīng)，均可不用較繁鎖的解析法，而采用圖解法。于非一級反應(yīng)，均可不用較繁鎖的解析法，而采用圖解法。 缺點：只有當反應(yīng)的速率方程能用單一組分的濃度來表示時才能畫出缺點：只有當反應(yīng)的速率方程能用單一組分的濃度來表示時才能畫出xA(-rA)曲曲線，因而才能用圖解法。對于平行、連串等復(fù)雜反應(yīng)，此法不適用。線，因而才能用圖解法。

23、對于平行、連串等復(fù)雜反應(yīng)，此法不適用。 29;.圖解法的變種：圖解法的變種： 若把第i釜的物料衡算式可寫成： 1,1,11iAiAiiAiAiiACCCCr根據(jù)反應(yīng)動力學(xué)方程式繪出動力學(xué)線CA(-rA)； 從CA0開始，按下圖所示方向逐個求得CA0、 CA1 CAN，直到CAN滿足要求。注若體積不相等，則引斜線的斜率是不一樣的。為什么？注若體積不相等，則引斜線的斜率是不一樣的。為什么？ 30;.-rAOP1P2P3P4CA0CA-(-rA)動力學(xué)線第1釜物料衡算線斜率：-1/ CACA1CA2CA3CA4原理方法是一樣的，還是不適合于復(fù)合反應(yīng)場合。 CAf31;.例題例題10 由例由例2所給的

24、數(shù)據(jù)，用圖解法確定四釜串聯(lián)反應(yīng)器中用已二酸和已二醇生產(chǎn)醇酸樹脂所所給的數(shù)據(jù)，用圖解法確定四釜串聯(lián)反應(yīng)器中用已二酸和已二醇生產(chǎn)醇酸樹脂所需反應(yīng)器的有效體積。需反應(yīng)器的有效體積。 速率方程式：（速率方程式：（-rA）=kCACB式中：式中： （-rA）-以已二酸組分計的反應(yīng)速率，以已二酸組分計的反應(yīng)速率，kmol.L-1.min-1 k-反應(yīng)速率常數(shù)，反應(yīng)速率常數(shù)，1.97L.kmol-1.min-1 CA、CB-分別為已二酸和已二醇的濃度，分別為已二酸和已二醇的濃度，0.004kmol.L-1 若每天處理已二酸若每天處理已二酸2400kg，轉(zhuǎn)化率為，轉(zhuǎn)化率為80%，試計算確定反應(yīng)器的總體積大小。

25、，試計算確定反應(yīng)器的總體積大小。32;.解：解： 先畫出動力學(xué)曲線先畫出動力學(xué)曲線 由動力學(xué)方程可知：由動力學(xué)方程可知：hLkmolxxxkCkCCkCrAAAAABAA./11089. 11004. 06097. 1123222202列表：列表： XA00.10.20.30.40.50.60.70.80.9(-rA)10-31.891.531.210.930.680.470.300.170.0750.019繪出動力學(xué)線繪出動力學(xué)線MNMN。如下圖：。如下圖：33;.00.20.40.60.811.21.41.61.8200.20.40.60.81xA-rA*10-334;.由操作方程：由操作

26、方程：可作出各釜的物料衡算線，通過試差法使第四釜的出口轉(zhuǎn)化率等于可作出各釜的物料衡算線，通過試差法使第四釜的出口轉(zhuǎn)化率等于0.80。試差結(jié)果：試差結(jié)果：x1=0.47、x2=0.66、x3=0.75、x4=0.8011 ,1 ,1 ,11 ,11AAiAAiiACCCCr斜率：斜率： 331017. 147. 01055. 0AAxr33034. 2585458542. 317142. 31017. 1mLNVVLvVhCiRiA35;.36;.思考思考 1. 用一個大反應(yīng)器好還是幾個小反應(yīng)器好用一個大反應(yīng)器好還是幾個小反應(yīng)器好?（Vr最小最小) 2. 若采用多個小反應(yīng)器，是串聯(lián)好還是并聯(lián)好？

27、若采用多個小反應(yīng)器，是串聯(lián)好還是并聯(lián)好？ （Vr最小最小) 3. 若多個反應(yīng)器串聯(lián)操作，則各釜的體積是多少？若多個反應(yīng)器串聯(lián)操作，則各釜的體積是多少？或各釜的最佳反應(yīng)體積比如何？或各釜的最佳反應(yīng)體積比如何？連續(xù)釜式反應(yīng)器的串聯(lián)與并聯(lián)連續(xù)釜式反應(yīng)器的串聯(lián)與并聯(lián)37;.連續(xù)釜式反應(yīng)器的串聯(lián)與并聯(lián)連續(xù)釜式反應(yīng)器的串聯(lián)與并聯(lián)AfAAfAxxcc00度從如使用一個反應(yīng)器，濃)(1)(00AAARrccQV 面面積積ABCD0QCBAB0Q 38;.)(1)(000AAAfARrxxcQV面積DCBAcQA0039;.如用兩個反應(yīng)器串聯(lián)來進行如用兩個反應(yīng)器串聯(lián)來進行cA0cA1cAf 或或 xA0 xA1

28、xAf11)()()()(01001001AAxAAAAcAAARrxxcQrccQV第一個反應(yīng)器：11)(1)()(1)(010100AAxAAAAcAAArxxFrccQAfxAAAfAcfAAfARrxxcQrccQV)()()()(110102第二個反應(yīng)器：AfAfxAAAfAcAAfArxxFrccQ)(1)()(1)(101040;.圖解法圖解法面積第一個反應(yīng)器101SQVR) 321()(1)(0000SSSQrccQVccAfcAAfARAfA如只用單一反應(yīng)器總可見：RRVV面積第二個反應(yīng)器202SQVR面積面積反應(yīng)器總體積21021SSQVVV：RRR正常動力學(xué)正常動力學(xué)41

29、;.以轉(zhuǎn)化率形式計算：以轉(zhuǎn)化率形式計算：202101SFVSFVARAR)21(0SSFVA總) 321(0SSSFVAR單一反應(yīng)器用多段比單段好同樣RRVV 42;.反常動力學(xué)反常動力學(xué)0AAkcr增大下降下降增大下降增大AAAAAArrxcrc1面積)()(1)(3100101SSFrxxFVAxAAAARAF第一段：第二段：面積20102)(1)(SFrxxFVAxAAAfARAF)(321021SSSFVVVARRR總43;.AfAxx0如用多反應(yīng)器)()(1)(21000SSFrxxFVAxAAAfARAf所以用單段比多段好大可見單總3SVVRR44;. CSTR CSTR的并聯(lián)：的

30、并聯(lián)：210QQQ并聯(lián)操作：AfAAAfAAxxxccc2121一般要求：AfxAAfARrxQcV)(1)0(101AfxAAfARrxQcV)(1)0(20222112121QVQVQQVVRRRR21空時并聯(lián)操作要求有相同的45;.正常動力學(xué)，轉(zhuǎn)化速率 隨XA增加而降低。多釜串聯(lián)比單釜有利，總反應(yīng)體積小于單釜體積。)(AR對于正常動力學(xué)，串聯(lián)的釜數(shù)增多，則總體積減小。對于正常動力學(xué)，串聯(lián)的釜數(shù)增多，則總體積減小。( (但操作復(fù)雜程度增大，附屬設(shè)備費用增大）但操作復(fù)雜程度增大，附屬設(shè)備費用增大）反常動力學(xué)，轉(zhuǎn)化速率 隨XA增加而增加。單釜的反應(yīng)體積小于串聯(lián)釜的總體積。)(AR連續(xù)釜式反應(yīng)器

31、的串聯(lián)與并聯(lián)連續(xù)釜式反應(yīng)器的串聯(lián)與并聯(lián)1.1.圖解分析圖解分析 小結(jié)小結(jié)46;.2. 2. 串聯(lián)釜式反應(yīng)器的計算串聯(lián)釜式反應(yīng)器的計算連續(xù)釜式反應(yīng)器的串聯(lián)與并聯(lián)連續(xù)釜式反應(yīng)器的串聯(lián)與并聯(lián)0Q0iC1 iC2iC1ipC1iNCiNCipC1rV12rV2rpVprNVN 串聯(lián)釜式反應(yīng)器串聯(lián)釜式反應(yīng)器假設(shè)：假設(shè)：各釜體積相同，且各釜的進料各釜體積相同，且各釜的進料可近似認為相等，可近似認為相等，則各釜的空時則各釜的空時 相等。相等。 各釜操作溫度相同，則各釜的各釜操作溫度相同，則各釜的速率常數(shù)速率常數(shù) k k 相等。相等。)(R)()R()(10010ApApApApAApApAprpXXXcQc

32、cQV對第對第P P釜作組分釜作組分A A的物料衡算：的物料衡算：47;.AAkcr 如為一級不可逆反應(yīng)PPAAPARPkcccQV)(101110PPPPPAAAAARPPcccccQkVkPPAPAAPPAPkcccck1111nAnAnAAAAAAkccnPkccPkccPkccP111131121111323212101各式兩邊相乘nAnAnAAAAAAkkkkcccccccc111111113211231201PNPAAnkcc111048;.相同等溫時后當各kVRinnVVV2121時：NPAAnkcc)1 (10NPAAnkcc)1 (0NPAAnAAnAAnkcccccx)1

33、(111000AnNPxk1)1 (1NPAnkx)1 (11PN總49;.五五. .串聯(lián)全混釜各級體積最佳分配串聯(lián)全混釜各級體積最佳分配即：在釜數(shù)及最終轉(zhuǎn)化率已規(guī)定情況下,為使總的反應(yīng)體積最小,各釜反應(yīng)體積存在一個最佳比例。.12121010021ANANANAAAAAAXXXXXXArNrrrcQVVVVRRR 對單一反應(yīng)，總反應(yīng)體積為：對單一反應(yīng)，總反應(yīng)體積為：1, 2 , 1 , 0NiXVAir據(jù)此求得各釜的轉(zhuǎn)化率，從而求得 此時 最小。rpVrV50;.AixAAiAiANiRiRrxxcQVV)(1000AixAAiAiANirxxcQ)(10100AiRxV求：00111101

34、)()()(AAiAAiAiAiAAiAiAAAAAiAiRcQxrxxxrxxxrxxxxV111)()(AiAAiAiAiAAiAiAixrxxxrxxx11)(1) 1()(1)(1AixAAiAiAiAixAAiArxxxrxr)(1)(1)(111AiAiAixAxAxAxxxrrrAiAiAi）（ 1)2 , 1(0ni 51;.2)1 (11)1()1 (1)(1)1 (2000AiAAiAiAAiAAiAAAAAxkcxxrxkcxrxkckcr：反應(yīng)為一級不可逆反應(yīng)）代入（各室等溫時：1)2(21kkkkn0)1 (11)()1 (1)1 (1201100AiAAiAiAiA

35、AiAxkcxxxkcxkc)1)(1 ()1)(1 ()1 (1)1 (101101201AiAiAAiAiAiAiAAiAiAiAAiAixxkcxxxxkcxxxkcxx001010100)1 ()1 (AAiAAiAiAiAAiAiAcQxkcxxxkcxxcQ1RiRiVV段體積相同。欲使總體積最小，使個52;.小結(jié)：串聯(lián)釜式反應(yīng)器進行小結(jié)：串聯(lián)釜式反應(yīng)器進行 級反應(yīng)：級反應(yīng)：單釜優(yōu)于串聯(lián)釜，積。串聯(lián)總體積等于單釜體，各釜體積依次減小。，各釜體積相等。，釜在前，大釜在后。各釜體積依次增大，小， 0 0 10 1 153;.222111BAQBAPcckrQBAcckrPBA22211

36、1BABAQPAcckcckrrr222111111)()(BABABAAPPAAPPAcckcckcckrrrrrrS21212111ABkcck),(TCfSp可見：122211EERTkAekA釜式反應(yīng)器中復(fù)合反應(yīng)的收率與選擇性釜式反應(yīng)器中復(fù)合反應(yīng)的收率與選擇性54;. 當E1E2時.T(k2/k1)SP 當E1E2時. T(k2/k1) SP 當E1=E2時.與溫度無關(guān)雖然當E1E2時. T(k2/k1) SP實際反應(yīng)器中仍多用較高溫度，以提高反應(yīng)速率所以對全混釜存在一個Topt該溫度下SP較高產(chǎn)量較大。a.溫度影響：溫度影響：55;.b.b.濃度的影響濃度的影響后如串聯(lián)大釜在前小釜在

37、單全混釜選擇：濃度宜低時. 2. 1.1212ScciA如多釜串聯(lián)小前大后間歇釜選擇：濃度宜高時. 2. 1.1212ScciiA連續(xù)加料間歇，選擇半連續(xù)，低濃度高濃時BABAScciiiA.121256;.4.4.連串反應(yīng)：連串反應(yīng)： 設(shè)全混釜中進行一段不可逆反應(yīng)設(shè)全混釜中進行一段不可逆反應(yīng) APQ APQ101001)(.kccckccQVAAAAAAR衡算PAPRckckcQVP210.衡算0210210121011APqAPPAPPAPRcckkkccckkckcckckcQV)1)(1 (2110kkkccAP)1)(1 (211kkkYPf57;.212110)1)(1 (kkkk

38、kdddYoptPf解出：2122211212211211211max) 1(1)()1)(1 (1)1)(1 (kkkkkkkkkkkkkkkkkYoptoptoptPf2112221max)(kkkkYkkkBP間歇釜：368. 01max21tYkkBP時，可導(dǎo)出來（全混）間）等溫時：maxmax(MPBPYY58;.七七. .全混流反應(yīng)的定態(tài)操作（熱穩(wěn)定性）全混流反應(yīng)的定態(tài)操作（熱穩(wěn)定性）定態(tài)：全混釜溫度不隨時間變化定態(tài)：全混釜溫度不隨時間變化 非定態(tài)：非定態(tài)：T T隨時間變化隨時間變化 定態(tài)：非定態(tài)是一個變溫過程：定態(tài)與非定態(tài)溫度可由物料衡算熱量衡算給出定態(tài)：非定態(tài)是一個變溫過程：定

39、態(tài)與非定態(tài)溫度可由物料衡算熱量衡算給出T T但定態(tài)可不是唯一即有多個溫度可滿足物料，熱量衡算要求：但定態(tài)可不是唯一即有多個溫度可滿足物料，熱量衡算要求：全混釜能量變化：全混釜能量變化：（1 1）. .流體進入流體進入CSTRCSTR由由T T00T T變化發(fā)生的內(nèi)能的變化變化發(fā)生的內(nèi)能的變化（2 2）反應(yīng)器與環(huán)境）反應(yīng)器與環(huán)境（3 3）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱效應(yīng)）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱效應(yīng)59;.( (流體流體T T0 0TT內(nèi)能變化）內(nèi)能變化）+ +（化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)）（化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)） = =物質(zhì)與環(huán)境交換熱物質(zhì)與環(huán)境交換熱 反應(yīng)物系內(nèi)能變化反應(yīng)物系內(nèi)能變化 物系與環(huán)境熱交換物系與環(huán)境熱交換)()()()(000TTUAVHTTcQchrATrptR1.1.連續(xù)釜式反應(yīng)器的熱量衡算式連續(xù)釜式反應(yīng)器的熱量衡算式定態(tài)操作熱量衡算式為：定態(tài)操作熱量衡算式為：HqqH)()()(0000TTUAXcHTTcQchAATrpt下熱效應(yīng)（：壁傳熱系數(shù)：傳熱面積：物料溫度平均熱容環(huán)境溫度進料溫度0000:):THUATTcTTTrptc60;.ptTrAAcHXcTT0)