反應(yīng)過程與技術(shù)第一章均相反應(yīng)技術(shù)課件

1、第一章 均相反應(yīng)技術(shù)知識目標 了解均相反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、特點和應(yīng)用 掌握釜式反應(yīng)器、管式反應(yīng)器的計算 掌握反應(yīng)器形式和操作方式的選擇方法 掌握均相反應(yīng)動力學(xué)方程式能力目標 能解釋理想反應(yīng)器串、并聯(lián)操作的特點與應(yīng)用 能分析非等溫反應(yīng)器操作的影響因素 能操作釜式反應(yīng)器（開車、停車、異常事故的處理等） 能靈活運用動力學(xué)方程式第一章 均相反應(yīng)技術(shù)知識目標第一節(jié) 均相反應(yīng)器的特點及結(jié)構(gòu)一、釜式反應(yīng)器第一節(jié) 均相反應(yīng)器的特點及結(jié)構(gòu)一、釜式反應(yīng)器（一）釜式反應(yīng)器的殼體結(jié)構(gòu)（一）釜式反應(yīng)器的殼體結(jié)構(gòu)幾種反應(yīng)釜底的形式幾種反應(yīng)釜底的形式（二）攪拌器（a）漿式攪拌器；（b）框式攪拌器；（c）錨式攪拌器； （d）旋槳式

2、攪拌器；（e）渦輪式攪拌器；（f）螺帶式攪拌器（二）攪拌器（a）漿式攪拌器；釜式攪拌混合器釜式攪拌混合器漿式攪拌器漿式攪拌器框式攪拌器框式攪拌器錨式攪拌器錨式攪拌器渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器旋槳式攪拌器旋槳式攪拌器螺帶式攪拌器螺帶式攪拌器攪拌狀態(tài)攪拌狀態(tài)攪拌狀態(tài)攪拌狀態(tài)攪拌狀態(tài)攪拌狀態(tài)攪拌狀態(tài)攪拌狀態(tài)（三）傳動裝置及密封（三）傳動裝置及密封反應(yīng)過程與技術(shù)第一章均相反應(yīng)技術(shù)課件（四）換熱裝置（四）換熱裝置（a）直管反應(yīng)器；（b）盤管反應(yīng)器；（c）多管反應(yīng)器二、管式反應(yīng)器（a）直管反應(yīng)器；（b）盤管反應(yīng)器；（c）多管反應(yīng)器二、管式管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)第二節(jié) 均相反應(yīng)器的生產(chǎn)原理 一、均相反應(yīng)

3、技術(shù)基礎(chǔ) （一）動力學(xué)方程定義（二）均相簡單反應(yīng)動力學(xué)方程(等溫恒容過程) 1. 基元反應(yīng)和非基元反應(yīng) 2. 反應(yīng)級數(shù) 3. 反應(yīng)速度常數(shù) 4. 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)程度 5. 不可逆反應(yīng) 6. 可逆反應(yīng)： 第二節(jié) 均相反應(yīng)器的生產(chǎn)原理 一、均相反應(yīng)技術(shù)基礎(chǔ) （三）復(fù)合反應(yīng)動力學(xué)及選擇率1. 平行反應(yīng)（一級）2. 連串反應(yīng) 3. 復(fù)合反應(yīng)的收率與選擇性（三）復(fù)合反應(yīng)動力學(xué)及選擇率1. 平行反應(yīng)（一級）收率 Y 恒容過程 Y=選擇率 恒容過程 注： 付產(chǎn)物為零。收率與選擇率之間的關(guān)系：Yx 收率和選擇率收率 收率和選擇率（四）等溫變?nèi)葸^程影響因素1. 膨脹因子 2. 膨脹率變?nèi)葸^程濃度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系

4、查一查 膨脹因子與膨脹率在應(yīng)用中的異同點。 （四）等溫變?nèi)葸^程影響因素二、釜式反應(yīng)器的生產(chǎn)原理（一）間歇操作1. 特點 2. 基礎(chǔ)方程式 3. 反應(yīng)器體積的計算 二、釜式反應(yīng)器的生產(chǎn)原理（一）間歇操作特 點全混流（理想混合）；反應(yīng)器內(nèi)、（r）處出均勻一致且隨t逐漸變化不穩(wěn)定過程，t；進、出料項為零。存在非生產(chǎn)時間。特 點全混流（理想混合）；基礎(chǔ)方程式 ace equation物料衡算：微元時間內(nèi)：（轉(zhuǎn)化掉反應(yīng)物量）（反應(yīng)物的積累量基礎(chǔ)方程式 ace equation物料衡算：微元時間內(nèi)反應(yīng)器體積的計算 Calculation of reactor volume有效體積實際體積反應(yīng)器體積的計算

5、Calculation of reac（二）連續(xù)操作1. 特點2. 基礎(chǔ)方程式 3. 反應(yīng)器體積的計算 （二）連續(xù)操作1. 特點特 點 construction and features連續(xù)操作，屬于穩(wěn)定流動。物料的積累項為零。定常態(tài)，T、CA、(rA)處處均一，不隨時間而變，且與出口相同。物料粒子在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間不同。特 點 construction and fe基礎(chǔ)方程式 Bedding equation 物料衡算進入反應(yīng)器反應(yīng)物量離開反應(yīng)器反應(yīng)物量反應(yīng)器內(nèi)轉(zhuǎn)化掉反應(yīng)物量0FAO-FAO(1-xA)-(-rA)V=0基礎(chǔ)方程式 Bedding equation 物料衡算 反應(yīng)器體積的計

6、算 Calculation of reactor volume 反應(yīng)器體積的計算 Calculation o三、管式反應(yīng)器的生產(chǎn)(a)操作過程(b)反應(yīng)器內(nèi)的濃度變化1. 特點 2. 基礎(chǔ)方程式 3. 反應(yīng)器體積的計算 三、管式反應(yīng)器的生產(chǎn)(a)操作過程特 點 Construction and features穩(wěn)定流動，各點CA、T、(rA)不隨t而變，t；沿流動方向，CA、T、(rA)在逐漸改變，V=dV。穩(wěn)定狀態(tài)下，單元時間、微元體積內(nèi)，反應(yīng)物積累量為零。各物料質(zhì)點在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間相同。特 點 Construction and f基礎(chǔ)方程式 base (bedding)equation

7、物料衡算：單元時間內(nèi)、微元體積進入反應(yīng)物的量離開反應(yīng)物的量內(nèi)轉(zhuǎn)化掉反應(yīng)物的量0基礎(chǔ)方程式 base (bedding)equation物料反應(yīng)器體積的計算 Calculation of reactor volume 有效體積：V=vO說明：等溫等容過程，相同反應(yīng)條件下，為達到相同的轉(zhuǎn)化率，理想間歇釜式器（CA隨t而變）需要的反應(yīng)時間和平推流反應(yīng)器（CA隨位置而變）需要的空間時間是相等的。這是由于反應(yīng)過程中兩種反應(yīng)器內(nèi)物料濃度的變化具有相似規(guī)律。但平推流無輔助時間，處理量更大。反應(yīng)器體積的計算 Calculation of react第三節(jié) 反應(yīng)器的選擇與評價一、反應(yīng)器的組合操作（一）平推流反應(yīng)

8、器的串、并聯(lián) （二）全混釜反應(yīng)器的串、并聯(lián) 第三節(jié) 反應(yīng)器的選擇與評價一、反應(yīng)器的組合操作 反應(yīng)器的組合操作 Composite operation of reactor 單個反應(yīng)器串聯(lián)操作（反應(yīng)器大小、類型、操作條件可各不相同） 提高反應(yīng)深度。單個反應(yīng)器并聯(lián)操作（一般為相同的操作條件、相同的結(jié)構(gòu)尺寸） 增大處理能力。 反應(yīng)器的組合操作 Comp二、反應(yīng)器型式和操作方式的選擇 針對某特定反應(yīng)，采用什么型式的反應(yīng)器和操作方法？應(yīng)結(jié)合化學(xué)反應(yīng)特點和不同反應(yīng)器的性能進行比較來決定。一是生產(chǎn)能力的比較；二是反應(yīng)選擇性的比較。簡單反應(yīng)不存在選擇性問題，只需進行生產(chǎn)能力的比較。對于復(fù)合（復(fù)雜）反應(yīng)，不僅要

9、考慮生產(chǎn)能力，還要分析反應(yīng)的選擇性，因為副產(chǎn)物的多少影響原料的消耗量及后續(xù)分離設(shè)備的大小。所以復(fù)合反應(yīng)要重點進行選擇性的比較。（一）生產(chǎn)能力的比較 （二）復(fù)合反應(yīng)選擇性的比較二、反應(yīng)器型式和操作方式的選擇 針對某特定反應(yīng)，采用什 生產(chǎn)能力的比較 Comparison productive capability定義：單位時間、單位體積反應(yīng)器所能得到的產(chǎn)物量（越多越好）?；蚪o定生產(chǎn)任務(wù)所需反應(yīng)器體積（越小越好）。 生產(chǎn)能力的比較 Comparison pro間歇反應(yīng)器和平推流反應(yīng)器的比較 Comparison CSTR and PFR 間歇反應(yīng)器 平推流反應(yīng)器 有輔助時間 穩(wěn)定流動 勞動強度大；

10、更換產(chǎn)品靈活 適于大規(guī)模生產(chǎn) 反應(yīng)時間t 空間時間間歇反應(yīng)器和平推流反應(yīng)器的比較 平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器的比較相同條件下：CA平推流CA全混流兩種反應(yīng)器體積比：VP/Vm P 平推流 m全混流平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器的比較容積效率（coefficient of performance） 對同一等溫等容反應(yīng)過程，在相同產(chǎn)量、相同轉(zhuǎn)化率、相同初始濃度和溫度下，平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器所需有效體積之比。即 式中 VP平推流反應(yīng)器的有效體積 Vm全混流反應(yīng)器的有效體積影響因素：反應(yīng)級數(shù)、轉(zhuǎn)化率(對變?nèi)葸^程還要考慮物料體積變化的影響 ) 容積效率（coefficient of performan

11、c容積效率與轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)級數(shù)的關(guān)系 零級反應(yīng)：n0 一級不可逆反應(yīng)n=1 二級不可逆反應(yīng) n=2 容積效率與轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)級數(shù)的關(guān)系 零級反應(yīng)：n0 結(jié)論： 由圖可知：反應(yīng)級數(shù)越高，容積效率越低；轉(zhuǎn)化率越高，容積效率越低。 高級數(shù)、高轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)：選平推流。若只有反應(yīng)釜，可用間歇釜（存在非生產(chǎn)時間）或多釜串聯(lián)。 零級反應(yīng)與濃度無關(guān)。流動形式不影響反應(yīng)體積，選任何反應(yīng)器均可。對于n0不可逆反應(yīng) CA(-rA) 選具有返混的全混流（單釜）反應(yīng)器。結(jié)論： 由圖可知：反應(yīng)級數(shù)越高，容積效率越低；轉(zhuǎn)化熱量衡算 全混釜的熱穩(wěn)定性 全混釜的熱穩(wěn)定條件熱量衡算 全混釜的熱穩(wěn)定性討論：釜式反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性TQQ（

12、放）Q(移)Q(移)Q(移)cdeba討論：釜式反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性TQQ（放）Q(移)Q(移)Q(移熱穩(wěn)定條件 定常條件：穩(wěn)定條件： 熱穩(wěn)定條件 定常條件：穩(wěn)定條件： 理想流動反應(yīng)器公式一覽表(表1-1) 間歇釜式反應(yīng)器 平推流反應(yīng)器 全混釜反應(yīng)器基礎(chǔ)方程反應(yīng)時間一級不可逆反應(yīng)： 二級不可逆反應(yīng)：有效體積實際體積理想流動反應(yīng)器公式一覽表(表1-1) 技能訓(xùn)練 釜式反應(yīng)器的仿真操作訓(xùn)練目標 釜式反應(yīng)器的仿真操作訓(xùn)練準備 熟悉操作流程訓(xùn)練步驟（要領(lǐng)）一、冷態(tài)開車二、正常運行操作三、停車操作技能訓(xùn)練 釜式反應(yīng)器的仿真操作訓(xùn)練目標 釜式反應(yīng)器的仿真間歇釜式反應(yīng)器現(xiàn)場操作圖間歇釜式反應(yīng)器現(xiàn)場操作圖間歇釜式

13、反應(yīng)器DCS儀表控制圖間歇釜式反應(yīng)器DCS儀表控制圖拓展型訓(xùn)練 常見事故處理1超溫(壓)事故2攪拌器M1停轉(zhuǎn)3蛇管冷卻水閥V22卡4出料管堵塞5測溫電阻連線故障拓展型訓(xùn)練 常見事故處理復(fù)習(xí)與思考 1. 對同一反應(yīng)在相同條件下，達到相同轉(zhuǎn)化率，為什么全混釜反應(yīng)器所需有效體積最大，平推流反應(yīng)器所需有效體積最?。慷喔?lián)全混釜所需有效體積介于其間？2. 怎樣分析全混釜反應(yīng)器串聯(lián)和全混釜與平推流反應(yīng)器串聯(lián)的轉(zhuǎn)化率和生產(chǎn)能力的大??？3. 何謂全混釜反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性？符合什么條件的操作點為穩(wěn)定操作點？如何判斷穩(wěn)定與不穩(wěn)定操作點？4. 何謂反應(yīng)器的容積效率？它與反應(yīng)級數(shù)、轉(zhuǎn)化率和串聯(lián)釜數(shù)有何關(guān)系？5. 何種化學(xué)反應(yīng)才需考慮其選擇性？試根據(jù)公式來討論選擇反應(yīng)器形式和操作方式。6. 何謂返混？產(chǎn)生返混的主要原因有哪些？工業(yè)上采取哪些措施來改善、限制返混？復(fù)習(xí)與思考 1. 對同一反應(yīng)在相同條件下，達到相同轉(zhuǎn)化率，為本章小結(jié)