制藥反應(yīng)設(shè)備

關(guān)于制藥反應(yīng)設(shè)備第1頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.1反應(yīng)器基礎(chǔ)反應(yīng)是整個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程的核心，反應(yīng)器是反應(yīng)過(guò)程的核心設(shè)備。制藥工程設(shè)計(jì)從反應(yīng)器開(kāi)始，Smith等人提出設(shè)計(jì)的洋蔥模型。第2頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)器使原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品；分離循環(huán)分離原料產(chǎn)品和副產(chǎn)品組成的混合物；上兩步設(shè)計(jì)決定設(shè)計(jì)過(guò)程的冷、熱負(fù)荷。故進(jìn)而作換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過(guò)程熱量回收不能滿(mǎn)足的冷、熱負(fù)荷決定公用工程用量，因而第四步是公用工程設(shè)計(jì)。第3頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月上循環(huán)對(duì)制藥過(guò)程設(shè)計(jì)也適用，但產(chǎn)品精制、烘干和包裝過(guò)程必須滿(mǎn)足GMP,故換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)同時(shí)，必須設(shè)計(jì)形成環(huán)境凈化的空調(diào)系統(tǒng)。第4頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計(jì)遵循洋蔥模型，但極少有一次全過(guò)程設(shè)計(jì)即得成功的全過(guò)程設(shè)計(jì)的。多數(shù)情況下設(shè)計(jì)順序是雙向的，因?yàn)樽龀鰞?nèi)層設(shè)計(jì)決策的依據(jù)是不完整的，當(dāng)把較多的細(xì)節(jié)考慮至設(shè)計(jì)中時(shí)，外層會(huì)出現(xiàn)一個(gè)比較完整的設(shè)計(jì)輪廓，此時(shí)設(shè)計(jì)決策可能需要改變，因此必須返回內(nèi)層，如此反復(fù)進(jìn)行。第5頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.1.1反應(yīng)器類(lèi)型反應(yīng)器的類(lèi)型很多，特點(diǎn)不一，可按不同的方式進(jìn)行分類(lèi)。第6頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、按結(jié)構(gòu)分類(lèi)(a)釜式(b)管式(c)板式塔(d)填料塔第7頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(f)鼓泡塔

(g)噴霧塔(h)固定床(i)流化床第8頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、反應(yīng)器按相態(tài)分類(lèi)反應(yīng)器第9頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.按操作方式分類(lèi)：間歇式半間歇式連續(xù)式反應(yīng)器

4.按操作溫度分類(lèi)等溫和非等溫反應(yīng)器

5.按流動(dòng)狀況分類(lèi)理想流動(dòng)反應(yīng)器和非理想流動(dòng)反應(yīng)器第10頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.1.2反應(yīng)器操作方式1、間歇操作

間歇操作的特點(diǎn)是將原料一次加入反應(yīng)器，達(dá)到規(guī)定的反應(yīng)程度后卸出全部物料。然后進(jìn)入下一個(gè)操作循環(huán)。第11頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月間歇釜式反應(yīng)器及其濃度變化間歇反應(yīng)過(guò)程是非穩(wěn)態(tài)過(guò)程，反應(yīng)器內(nèi)物料的組成隨時(shí)間而變化。器內(nèi)反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示。AR第12頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)不可逆反應(yīng)，隨著τ的增加，反應(yīng)物A的濃度將由開(kāi)始時(shí)的CA0逐漸降至零;對(duì)可逆反應(yīng)隨τ的增加而降至其平衡濃度；對(duì)單一反應(yīng)AR(產(chǎn)物)

，R的濃度隨反應(yīng)時(shí)間的增加而增大；連串反應(yīng)AR(產(chǎn)物)S，產(chǎn)物R的濃度先隨τ的增加而增大，達(dá)一極大值后又隨τ的增加而減小。第13頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月釜式反應(yīng)器間歇操作常用釜式反應(yīng)器,可視為恒容過(guò)程。氣相反應(yīng)，VR為整個(gè)反應(yīng)器容積；液相反應(yīng)，VR為液體所占據(jù)的空間。間歇反應(yīng)器具有裝置簡(jiǎn)單、操作方便、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在制藥工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。第14頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、連續(xù)操作反應(yīng)原料連續(xù)地輸入反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物也從反應(yīng)器連續(xù)流出。連續(xù)操作多屬于穩(wěn)態(tài)操作，器內(nèi)任一位置上的反應(yīng)物濃度、溫度、壓力、反應(yīng)速度等參數(shù)均不隨時(shí)間而變化。（1）管式反應(yīng)器多個(gè)化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)物R的濃度變化同間歇反應(yīng)器。CCRf

CA0

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LCAf

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CR*

CA*

L第15頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）全混流釜式反應(yīng)器(CSTR)器內(nèi)各處濃度相同且等于出口濃度，且不隨時(shí)間而變，第16頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月連續(xù)操作具有生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的反應(yīng)器多采用連續(xù)操作3、半連續(xù)操作原料或產(chǎn)物中有一種或一種以上的為連續(xù)輸入或輸出，而其余的(至少一種)為分批加入或卸出的操作。器內(nèi)的物料組成既隨時(shí)間而變化,又隨位置而變化。釜式、管式、塔式以及固定床反應(yīng)器等都有采用半連續(xù)方式操作的。第17頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.1.3反應(yīng)器計(jì)算基本方程式反應(yīng)器計(jì)算所應(yīng)用的基本方程式:反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式物料衡算式熱量衡算式。過(guò)程△P較大，并影響到rA時(shí)，還要用動(dòng)量衡算式。第18頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式對(duì)于均相反應(yīng)反應(yīng)速度可用單位時(shí)間、單位體積的反應(yīng)物料中某一組分摩爾數(shù)的變化量來(lái)表示，反應(yīng)物取“-”,產(chǎn)物取“+”。第19頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月等容過(guò)程A為反應(yīng)物，取負(fù)號(hào)。對(duì)反應(yīng)物A第20頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月等容過(guò)程第21頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)AR為n級(jí)不可逆反應(yīng)，則反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式為式中k——反應(yīng)速度常數(shù)，kmol1-nm3(n-1)h-1；n——反應(yīng)級(jí)數(shù)。第22頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月氣相反應(yīng)如果反應(yīng)氣體可視為理想氣體，則kp和k的關(guān)系為第23頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用不同組分表示化學(xué)反應(yīng)速度，其值與相應(yīng)化學(xué)計(jì)量系數(shù)有關(guān)

組分A、B、M、N表示的反應(yīng)速度與組分的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，有下列關(guān)系：第24頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、物料衡算式對(duì)單一化學(xué)反應(yīng)，列出一反應(yīng)物的物料衡算式，其余反應(yīng)物和產(chǎn)物的量都可通過(guò)化學(xué)計(jì)量關(guān)系來(lái)確定。由于反應(yīng)器內(nèi)參數(shù)隨τ或空間而變，ri也隨之變化，故選取微元體積dVR和微元時(shí)間d作為物料衡算的空間基準(zhǔn)和時(shí)間基準(zhǔn)。所定單元消耗的反應(yīng)物A的量為第25頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、熱量衡算式在微元時(shí)間d內(nèi)對(duì)微元體積dVR進(jìn)行熱量衡算得物理變化熱可忽略時(shí)，熱量衡算式變?yōu)樽⒁飧黜?xiàng)的符號(hào)!第26頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在d內(nèi)，dVR中因反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)變化熱為反應(yīng)器計(jì)算即聯(lián)立求解物料衡算式、熱量衡算式和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式。等溫過(guò)程，T不隨時(shí)間和空間而改變，故僅需聯(lián)立求解物料衡算式和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式。物料的流動(dòng)混合狀況影響反應(yīng)器內(nèi)的C和T分布，考慮流動(dòng)混合狀況（理想反應(yīng)器，非理想流動(dòng)反應(yīng)器）。第27頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.1.4理想反應(yīng)器理想反應(yīng)器是指流體的流動(dòng)處于理想狀況的反應(yīng)器。對(duì)于流體混合，有理想混合和理想置換兩種極端情況。理想混合流型理想置換流型第28頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、理想混合反應(yīng)器理想混合的特征是物料達(dá)到完全混合，濃度、溫度和反應(yīng)速度處處相等。生產(chǎn)中，攪拌良好的釜式反應(yīng)器可近似看成理想混合反應(yīng)器。連續(xù)操作（CSTR）時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)物料的組成和溫度既與位置無(wú)關(guān)，又不隨時(shí)間而變，且與出口的濃度和溫度相同。半連續(xù)或間歇操作（BSTR）時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)物料的組成、溫度等參數(shù)僅隨時(shí)間而變，與位置無(wú)關(guān)。第29頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、理想置換反應(yīng)器（PFR）理想置換的特征

在與流動(dòng)方向垂直的截面上，各點(diǎn)的流速和流向完全相同，稱(chēng)為“活塞流”或“平推流”。在與流動(dòng)方向垂直的截面上，流體的濃度和溫度處處相等，不隨時(shí)間而變；而沿流動(dòng)方向，流體的濃度和溫度不斷改變。所有的流體質(zhì)點(diǎn)在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間相同。生產(chǎn)中,細(xì)長(zhǎng)型的管式反應(yīng)器可近似看成理想置換反應(yīng)器。第30頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、理想反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物及產(chǎn)物的濃度變化間歇釜式反應(yīng)器連續(xù)釜式反應(yīng)器管式反應(yīng)器第31頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.2釜式反應(yīng)器的工藝計(jì)算6.2.1.釜式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用1、結(jié)構(gòu)由釜體、上封頭、攪拌器等部件而制成。罐體內(nèi)壁可內(nèi)襯耐腐蝕材料。為控溫，常設(shè)有夾套，內(nèi)部也可安裝蛇管。第32頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月串聯(lián)反應(yīng)釜第33頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、特點(diǎn)及其應(yīng)用釜式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便；釜內(nèi)設(shè)有攪拌裝置,釜外常設(shè)傳熱夾套,傳質(zhì)和傳熱效率均較高;若攪拌良好,可近似看成理想混合反應(yīng)器,釜內(nèi)濃度、溫度均一,化學(xué)反應(yīng)速度處處相等;間歇過(guò)程所有物料具有相同的反應(yīng)時(shí)間；操作靈活,適應(yīng)性強(qiáng),便于控制和改變反應(yīng)條件,尤其適用于小批量、多品種、反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)生產(chǎn)。缺點(diǎn)：裝料、卸料等輔助操作時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定釜式反應(yīng)器的技術(shù)參數(shù)已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，搪玻璃釜式反應(yīng)器的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)附錄六。第34頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.2.2間歇釜式反應(yīng)器的工藝計(jì)算1、反應(yīng)時(shí)間的計(jì)算攪拌良好可視為理想混合反應(yīng)器(BSTR)，物料衡算有下特點(diǎn)：(1)由于反應(yīng)器內(nèi)濃度、溫度均一，不隨位置而變，故可對(duì)整個(gè)反應(yīng)器有效容積(反應(yīng)體積)進(jìn)行物料衡算。(2)由于間歇操作，對(duì)反應(yīng)物A流入量=流出量+反應(yīng)量+累積量00-A的反應(yīng)量=A的積累量第35頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月上式對(duì)等溫、非等溫、等容和變?nèi)葸^(guò)程均適用。積分得

則第36頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月等容過(guò)程上式表明，達(dá)到一定xA所需要的τ僅與反應(yīng)物的CA0和化學(xué)rA有關(guān)，而與物料的處理量無(wú)關(guān)。若能保證放大后的裝置在攪拌和傳熱兩方面均與提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)的裝置完全相同，就可實(shí)現(xiàn)高倍數(shù)的放大。第37頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖解積分示意圖τ/cA0[rA]-1xxAfxA0[rA]-1CACA0CAf第38頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月零級(jí)反應(yīng)等溫過(guò)程，k為常數(shù)第39頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一級(jí)反應(yīng)，等溫等容過(guò)程二級(jí)反應(yīng)，等溫等容過(guò)程第40頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、反應(yīng)器總?cè)莘e的計(jì)算（1）有效容積實(shí)際操作時(shí)間=反應(yīng)時(shí)間(τ)+輔助時(shí)間(τ′)反應(yīng)體積VR是指反應(yīng)物料在反應(yīng)器中所占的體積第41頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）總?cè)莘eVT裝料系數(shù)一般為0.4～0.85。不起泡、不沸騰的物料，可取0.7～0.85；起泡或沸騰的物料，可取0.4～0.6。裝料系數(shù)的選擇還應(yīng)考慮攪拌器和換熱器的體積。第42頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例6－1在攪拌良好的間歇釜式反應(yīng)器中，用乙酸和丁醇生產(chǎn)醋酸丁酯，反應(yīng)式為當(dāng)丁醇過(guò)量時(shí)，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式為式中CA為乙酸濃度，kmolm-3。已知反應(yīng)速度常數(shù)k為1.04m3kmol-1h-1，投料摩爾比為乙酸：丁醇=1：4.97，反應(yīng)前后物料的密度為750kgm-3，乙酸、丁醇及醋酸丁酯的分子量分別為60、74和116。若每天生產(chǎn)3000kg乙酸丁酯(不考慮分離過(guò)程損失)，乙酸的轉(zhuǎn)化率為50%，每批輔助操作時(shí)間為0.5h，裝料系數(shù)為0.7，試計(jì)算所需反應(yīng)器的有效容積和總?cè)莘e。第43頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：(1)計(jì)算反應(yīng)時(shí)間因?yàn)槭嵌?jí)反應(yīng)，故第44頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)計(jì)算所需反應(yīng)器的有效容積VR

每天生產(chǎn)3000kg乙酸丁酯，則每小時(shí)乙酸用量為第45頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)計(jì)算所需反應(yīng)器的總?cè)莘eVT前已求得反應(yīng)器的有效容積為1.29m3則反應(yīng)器的總?cè)莘em3第46頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、反應(yīng)器的臺(tái)數(shù)N及單釜容積VTS的確定

(1)已知VTS，求N

對(duì)于給定的處理量，每天需操作的總批數(shù)為式中Vd—每天需處理的物料體積，m3d-1；VRS—單臺(tái)反應(yīng)器的有效容積,即裝料容積,m3。第47頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月每天每臺(tái)反應(yīng)器可操作的批數(shù)為則完成給定生產(chǎn)任務(wù)所需的反應(yīng)器臺(tái)數(shù)為生產(chǎn)能力后備系數(shù)

一般取值在1.1～1.15較合適。第48頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)已知N，求VTS(3)N及VTS均為未知，求N和VTS先假設(shè)VTS（或N），然后計(jì)算出N或（VTS）值。常先假設(shè)幾個(gè)不同的N值求出相應(yīng)的反應(yīng)釜容積VTS，然后再根據(jù)工藝要求及廠房等具體情況，確定一組適宜的N和VTS值作為設(shè)計(jì)值。第49頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、釜式反應(yīng)器主要工藝尺寸的確定由工藝計(jì)算求出反應(yīng)器的單釜容積VTS后，求出反應(yīng)器直徑的計(jì)算值,按筒體規(guī)格圓整后即得反應(yīng)器直徑的設(shè)計(jì)值。然后按H=1.2D求出反應(yīng)器的高度H，并檢驗(yàn)裝料系數(shù)是否合適。壁厚可通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算確定，法蘭、手孔、視鏡等附件可根據(jù)工藝條件從相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)中選取。第50頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)級(jí)數(shù)反應(yīng)速率殘余濃度式轉(zhuǎn)化率式n=0n=1n=2n級(jí)n≠1討論：理想間歇反應(yīng)器中整級(jí)數(shù)單反應(yīng)的反應(yīng)結(jié)果表達(dá)式第51頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月k增大(溫度升高）→τ減少→反應(yīng)體積減小5、討論：

（1）間歇反應(yīng)器中的單反應(yīng)2）反應(yīng)濃度的影響1）k的影響零級(jí)反應(yīng)τ與初濃度CA0正比一級(jí)反應(yīng)τ與初濃度CA0無(wú)關(guān)二級(jí)反應(yīng)τ與初濃度CA0反比3）殘余濃度零級(jí)反應(yīng)殘余濃度隨τ直線下降一級(jí)反應(yīng)殘余濃度隨τ逐漸下降二級(jí)反應(yīng)殘余濃度隨τ慢慢下降反應(yīng)后期的速度很小第52頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月補(bǔ)充：（2）復(fù)合反應(yīng)：必須用兩個(gè)以上的化學(xué)計(jì)量式方能確定反應(yīng)在反應(yīng)時(shí)的變化關(guān)系平行反應(yīng)串聯(lián)反應(yīng)平行+串聯(lián)反應(yīng)平行+串聯(lián)反應(yīng)第53頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題在等溫間歇釜式反應(yīng)器中進(jìn)行下列液相反應(yīng)反應(yīng)開(kāi)始時(shí)A和B的濃度均為2kmol/m3,目的產(chǎn)物為P，初始濃度為零，試計(jì)算反應(yīng)時(shí)間為3h時(shí)A的轉(zhuǎn)化率和P的收率。解：因?yàn)榈?4頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于液相反應(yīng)，可視為恒容系統(tǒng)由式（6-20)得第55頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月代入CA0=2kmol/m3，τ=2h得：CA=2.482×10-3kmol/m3則A的轉(zhuǎn)化率為僅知道A的轉(zhuǎn)化率還不能確定P的生成量，因?yàn)檗D(zhuǎn)化的A既可生成P也可生成Q，由速率方程知：第56頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分離變量得：第57頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月積分得：得P的收率第58頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)際上等溫操作是很難實(shí)現(xiàn)的，只有當(dāng)反應(yīng)物料中反應(yīng)物濃度很小，反應(yīng)速率很慢且反應(yīng)熱效應(yīng)又不大的情況下才接近等溫操作。而且大多數(shù)情況下（除非熱敏性的反應(yīng)物料）也不必要求等溫操作。更多的情況是要求合理的溫度序列最有利于反應(yīng)的進(jìn)行，或有利于改善反應(yīng)的產(chǎn)物分布。分析不同情況下怎樣的溫度分布對(duì)產(chǎn)物的選擇性和收率有利？如平行反應(yīng)當(dāng)主副反應(yīng)活化能不同時(shí)控制怎樣溫度較好？串聯(lián)反應(yīng)，目的產(chǎn)物為中間產(chǎn)物，當(dāng)主副反應(yīng)活化能不同時(shí)怎樣控制溫度分布？第59頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6、分批式操作的優(yōu)化分析分批式操作的過(guò)程中隨反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的提高，反應(yīng)速率下降，反應(yīng)效率下降，故存在什么轉(zhuǎn)化率下停止反應(yīng)最為有利的問(wèn)題?？捎袃煞N目標(biāo)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化：（1）以反應(yīng)器的平均生產(chǎn)速率YR為最大的優(yōu)化第60頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月也可寫(xiě)成用轉(zhuǎn)化率表示的形式，若有第61頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月將式（3）和（4）代入（1）式得：第62頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分母項(xiàng)為產(chǎn)物R的質(zhì)量，上式對(duì)τ求導(dǎo)并令其等于零即得：（2）以生產(chǎn)費(fèi)用最低為目標(biāo)的優(yōu)化若以α表示反應(yīng)操作時(shí)的操作費(fèi)用（元/h）；α0為非生產(chǎn)性操作時(shí)的費(fèi)用（元/h）；αF表示固定消費(fèi)（元），則單位生產(chǎn)量的總費(fèi)用為第63頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.2.3.連續(xù)釜式反應(yīng)器的工藝計(jì)算攪拌良好的連續(xù)釜式反應(yīng)器可視為理想混合反應(yīng)器(CSTR)。新鮮物料與存留在反應(yīng)器中的物料瞬間達(dá)到完全混合。特點(diǎn)：所有空間位置的物料參數(shù)都等于出口處的物料性質(zhì)，物料質(zhì)點(diǎn)在反應(yīng)器中的停留時(shí)間參差不齊，形成一個(gè)停留時(shí)間分布。連續(xù)釜式反應(yīng)器的操作穩(wěn)定時(shí)，釜內(nèi)物料的溫度和組成不隨時(shí)間而變化，屬于穩(wěn)態(tài)操作過(guò)程。第64頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)器內(nèi)濃度變化情況CA,0CA,fCAτ0CA,0CA,fCA位置0第65頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月釜式反應(yīng)器采用單釜連續(xù)操作時(shí)，釜內(nèi)CA與出口物料的CAf相同，rA較慢，這是單釜連續(xù)操作的缺點(diǎn)。采用多釜串聯(lián)連續(xù)操作,代替一臺(tái)有效容積為VR的連續(xù)釜式反應(yīng)器。平均rA較單釜的要快，若兩者的有效容積相同，多釜串聯(lián)處理量增加；若處理量相同，則多釜串聯(lián)總有效容積可以減小第66頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多釜串聯(lián)操作反應(yīng)器內(nèi)的濃度變化CACA2CA0CAfxposition32145CA*CA1CA3CA4第67頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月串聯(lián)的釜數(shù)越多，各釜反應(yīng)物濃度的變化就愈接近于理想管式反應(yīng)器，當(dāng)釜數(shù)為無(wú)窮多時(shí)，各釜反應(yīng)物濃度的變化與管式反應(yīng)器內(nèi)的完全相同。但是，當(dāng)串聯(lián)的釜數(shù)超過(guò)某一極限后，因釜數(shù)增加而引起的設(shè)備投資和操作費(fèi)用的增加，將超過(guò)因反應(yīng)器容積減少而節(jié)省的費(fèi)用。多釜串聯(lián)連續(xù)操作時(shí)，釜數(shù)一般≯4臺(tái)。第68頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單釜連續(xù)操作用于自催化反應(yīng)間歇釜式反應(yīng)器或管式反應(yīng)器進(jìn)行自催化反應(yīng)時(shí)，CA要經(jīng)歷一個(gè)由大變小的過(guò)程,相應(yīng)地,rA要經(jīng)歷一個(gè)由小變大、再由大變小的過(guò)程。采用單釜連續(xù)操作,可使釜內(nèi)的CA始終維持在最大rA所對(duì)應(yīng)的CA值,從而可大大提高反應(yīng)器的生產(chǎn)能力或減小反應(yīng)器的容積。CArACACAfCA0rAmax自催化反應(yīng)的反應(yīng)速度第69頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、單釜連續(xù)操作反應(yīng)器內(nèi)物料的濃度和溫度處處相等，且等于反應(yīng)器流出物料的濃度和溫度。FA0，Vh，CA0Vh，CAfCAfVRFAf=FA0(1-xAf)第70頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月物料衡算具有如下特點(diǎn)：(1)反應(yīng)器內(nèi)溫度均一，為等溫反應(yīng)器。故計(jì)算反應(yīng)器容積時(shí),只需進(jìn)行物料衡算。(2)反應(yīng)器內(nèi)濃度均一，不隨時(shí)間而變，故可對(duì)反應(yīng)器的有效容積和任意時(shí)間間隔進(jìn)行物料衡算。(3)物料衡算式中的積累量為零。(4)反應(yīng)速度可按出口處的濃度和溫度計(jì)算。取整個(gè)反應(yīng)器為衡算對(duì)象作物料衡算流入量=流出量+反應(yīng)量+累積量0第71頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)器內(nèi)平均停留時(shí)間進(jìn)口中已有A反應(yīng)第72頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月全混流反應(yīng)器τ的圖解積分(對(duì)比右圖的BSTR圖解積分)CA0CACAfCSTRCACA0CAfBSTR第73頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于零級(jí)等容反應(yīng)對(duì)于一級(jí)等容反應(yīng)，對(duì)于二級(jí)等容反應(yīng)(與BSTR相同）第74頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例6-2用連續(xù)操作釜式反應(yīng)器生產(chǎn)乙酸丁酯，反應(yīng)條件和產(chǎn)量同例6-1，試計(jì)算所需VR。解：因?yàn)槭嵌?jí)反應(yīng)，由例6-1可知：Vh=1.23m3h-1，xAf=0.5，CA0=1.75kmolm-3，k=1.04m3kmol-1h-1。則m3第75頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、多釜串聯(lián)連續(xù)操作串聯(lián)連續(xù)操作的各釜仍具有單釜連續(xù)操作反應(yīng)器所具有的特點(diǎn)。作如下假設(shè)：(1)釜間不存在混合。(2)對(duì)于液相反應(yīng)，因反應(yīng)和溫度改變而引起的密度變化可忽略不計(jì)。Vh=Vh1=Vh2==VhN

第76頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在第i釜中對(duì)反應(yīng)物A進(jìn)行物料衡算得式中FAi-1、FAi—進(jìn)入和離開(kāi)第i釜的反應(yīng)物A的千摩爾流量，kmols-1；VRi——第i釜的有效容積，m3。將FAi-1=FA0(1-xAi-1)及FAi=FA0(1-xAi)代入上式整理得第77頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在多釜串聯(lián)連續(xù)操作中,利用上兩式,并結(jié)合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式進(jìn)行逐釜計(jì)算,即可計(jì)算出達(dá)到規(guī)定轉(zhuǎn)化率所需的反應(yīng)釜數(shù)、各釜容積和相應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。第78頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于一級(jí)反應(yīng)，…………第N釜或第一釜第二釜第79頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月若各釜等溫等容對(duì)于零級(jí)反應(yīng)，若各釜等溫等容

第80頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二級(jí)反應(yīng)，各釜等溫等容由于濃度不能為負(fù)值，故棄去負(fù)根，則可導(dǎo)出第81頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于一級(jí)反應(yīng)選擇兩個(gè)體積相同的釜串聯(lián)，可使總體積最??；若多釜串聯(lián)，則選擇各釜體積相同，可使總體積最小。對(duì)于α級(jí)反應(yīng)，為使反應(yīng)總體積最??；若α>1，小釜在前，大釜在后；若α=1，各釜體積相同；若0<α<1，大釜在前，小釜在后；若α=0，反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度無(wú)關(guān)，串聯(lián)已無(wú)必要；若α<0，單釜操作優(yōu)于多釜串聯(lián)，串聯(lián)已成多此一舉。第82頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例6-3用二釜串聯(lián)連續(xù)操作反應(yīng)器生產(chǎn)乙酸丁酯，第一釜乙酸的轉(zhuǎn)化率為33%，第二釜的轉(zhuǎn)化率為50%，反應(yīng)條件和產(chǎn)量同例6-1，試計(jì)算各反應(yīng)器所需的VR。解：(1)第一臺(tái)反應(yīng)器因?yàn)槭嵌?jí)反應(yīng)，

由例6-1可知：Vｈ＝1.23m3h-1，CA0=1.75kmolm-3，k=1.04m3kmol-1h-1。又xA1=0.33，則m3第83頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)第二臺(tái)反應(yīng)器由式(6-49)得兩釜串聯(lián)連續(xù)操作的反應(yīng)器的總有效容積為m3第84頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.2.4.攪拌釜式反應(yīng)器的傳熱1.攪拌釜式反應(yīng)器的傳熱元件環(huán)形夾套(1)夾套螺旋擋板夾套帶擾流噴嘴的環(huán)形夾套半管螺旋夾套第85頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月夾套類(lèi)型示意圖第86頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)內(nèi)構(gòu)件為強(qiáng)化某些大型釜式反應(yīng)器的傳熱，其攪拌器內(nèi)常常通入熱載體直管盤(pán)管D擋板直管型的變形發(fā)夾型管板式管組第87頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月盤(pán)管和直管第88頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直管型傳熱內(nèi)件的三種變形第89頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、攪拌釜式反應(yīng)器傳熱計(jì)算Q——熱流率，W；A——傳熱面積，m2；K——總傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；ΔT——被攪液體和熱載體的溫差，K。第90頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月上式僅適用于釜壁為傳熱面的情況，當(dāng)傳熱元件為圓管時(shí)，需考慮K是基于那個(gè)壁面。α1——被攪液體對(duì)傳熱面的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)

；δi——第i層固體的厚度，m；α2——熱載體對(duì)傳熱面的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)

；λi——第i層固體的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)

；第91頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月幾種情況下傳熱計(jì)算1）兩側(cè)均為恒溫時(shí)2）釜為恒溫操作，夾套進(jìn)出口溫度不同時(shí)用對(duì)數(shù)溫差ΔTm代替ΔT，用上式求之。（1）連續(xù)操作第92頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）間歇操作1）夾套為恒溫，被攪液進(jìn)出口溫度不同時(shí)被攪液在θ時(shí)間內(nèi)由初溫t1變到終溫t2。T——夾套或管中熱載體的恒定溫度，K；m——被攪液體的質(zhì)量，kg；Cp——被攪液體的熱容，J/(kg·K)。當(dāng)熱載體在夾套進(jìn)出口溫差小于0.1ΔTm時(shí)，以上兩式仍可使用，但應(yīng)以?shī)A套內(nèi)平均溫度作為T(mén)。第93頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月前式推導(dǎo)過(guò)程：第94頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）當(dāng)熱載體在夾套進(jìn)出口溫差較大時(shí)T1——夾套進(jìn)口溫度，K；w——熱載體的質(zhì)量，kg；C——熱載體的熱容，J/(kg·K)。第95頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）若傳遞過(guò)程中K有明顯變化把被攪液的整個(gè)溫度范圍分割成許多小區(qū)間，假定在各個(gè)小區(qū)間K是恒定的，然后對(duì)的小區(qū)間逐一計(jì)算。第96頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.3管式反應(yīng)器的工藝計(jì)算6.3.1.管式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用6.3.2.管式反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)方程式

6.3.3.液相管式反應(yīng)器的工藝計(jì)算6.3.4.氣相管式反應(yīng)器的工藝計(jì)算

第97頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.3.1管式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用1、管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)2、管式反應(yīng)器特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造和檢修，金屬管子能用于加壓反應(yīng)。特別適用于熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。為連續(xù)操作反應(yīng)器，生產(chǎn)能力大，易實(shí)現(xiàn)自控。3、管式反應(yīng)器的應(yīng)用管式反應(yīng)器可用于氣相、均液相、非均液相、氣液相、氣固相、固相等反應(yīng)。第98頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管式反應(yīng)器第99頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管式反應(yīng)器第100頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管式裂解爐第101頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.3.2.管式反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)方程式

特點(diǎn)：細(xì)長(zhǎng)型的管式反應(yīng)器可近似看成理想置換反應(yīng)器（平推流反應(yīng)器）連續(xù)定態(tài)下，各個(gè)截面上的各種參數(shù)只是位置的函數(shù)，不隨時(shí)間而變化；徑向速度均勻，徑向也不存在濃度分布；反應(yīng)物料具有相同的停留時(shí)間。第102頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)態(tài)操作時(shí)，物料衡算具有如下特點(diǎn)(1)物料組成、溫度和反應(yīng)速度不隨時(shí)間而變化，故可對(duì)任意時(shí)間間隔進(jìn)行物料衡算。(2)物料組成、溫度和反應(yīng)速度沿流動(dòng)方向而變，故應(yīng)取微元管長(zhǎng)進(jìn)行物料衡算。(3)物料在反應(yīng)器中的積累量為零。第103頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CAf,FAfxAfFA0CA0xA0=0FA0(1-xA)＝FAFA0(1-xA-dxA)＝FA+dFArAdVRdVRFAxAFA+dFAxA+dxA流入量=流出量+反應(yīng)量+累積量0第104頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月積分可得管式反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)方程式

τC管式反應(yīng)器空間時(shí)間。等容時(shí)，其值與停留時(shí)間等。第105頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.3.3.液相管式反應(yīng)器的工藝計(jì)算1、等溫液相管式反應(yīng)器（等容過(guò)程）(1)反應(yīng)器容積的計(jì)算零級(jí)反應(yīng)第106頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一級(jí)反應(yīng)二級(jí)反應(yīng)第107頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例6-4用管式反應(yīng)器生產(chǎn)乙酸丁酯，反應(yīng)條件和產(chǎn)量同例6-1，試計(jì)算所需反應(yīng)器的容積。解：二級(jí)反應(yīng)，由例6-1可知：Vh＝1.23m3h-1，CA0=1.75kmolm-3，k=1.04m3kmol-1h-1，xAf=0.5。

m3第108頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)器有效容積的比較反應(yīng)器類(lèi)型有效容積有效容積比管式反應(yīng)器0.681.00兩釜串聯(lián)連續(xù)反應(yīng)器0.961.41單釜連續(xù)反應(yīng)器1.351.99間歇釜式反應(yīng)器1.291.90數(shù)據(jù)來(lái)自例6-1～6-4，醋酸轉(zhuǎn)化率50％第109頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)管徑與管長(zhǎng)的計(jì)算具體步驟如下：①規(guī)定物料在管內(nèi)流動(dòng)的雷諾數(shù)Re，以保證具有良好的傳熱和傳質(zhì)條件。②確定管徑d算出的d還需按管子規(guī)格進(jìn)行圓整。③驗(yàn)算Re，以保證為湍流。④計(jì)算管長(zhǎng)第110頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例6-5在連續(xù)管式反應(yīng)器中，用鄰硝基氯苯氨化生產(chǎn)鄰硝基苯胺

式中A—鄰硝基氯苯，B—氨水。CA、CB的單位：kmolm-3；k=1.188m3kmol-1h-1。進(jìn)料量：氨水0.48m3h-1,濃度35%,B=881kgm-3;鄰硝基氯苯0.08m3h-1,濃度99%,A=1350kgm-3。A和B的分子量分別為157.6和17,反應(yīng)物料為0.1510-3Pas。擬采用328mm的管子,xA=98%,試計(jì)算L。2300C第111頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：(1)計(jì)算C第112頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由題知：第113頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)計(jì)算管長(zhǎng)L(3)校核Re反應(yīng)器內(nèi)的物料流型為湍流。mkgm-3此反應(yīng)器有無(wú)不足，怎樣改進(jìn)之？第114頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月與流動(dòng)模型相關(guān)的重要概念年齡反應(yīng)物料質(zhì)點(diǎn)從進(jìn)入反應(yīng)器算起已經(jīng)停留的時(shí)間；是對(duì)仍留在反應(yīng)器中的物料質(zhì)點(diǎn)而言的。壽命反應(yīng)物料質(zhì)點(diǎn)從進(jìn)入反應(yīng)器到離開(kāi)反應(yīng)器的時(shí)間；是對(duì)已經(jīng)離開(kāi)反應(yīng)器的物料質(zhì)點(diǎn)而言的。返混：又稱(chēng)逆向返混，不同年齡的質(zhì)點(diǎn)之間的混合。是時(shí)間概念上的混合第115頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

BSTRPFRCSTR1投料

一次加料(起始)連續(xù)加料(入口)連續(xù)加料(入口)2年齡

年齡相同(某時(shí))年齡相同(某處)年齡不同3壽命

壽命相同(中止)壽命相同(出口)壽命不同(出口)4返混

無(wú)返混無(wú)返混返混極大反應(yīng)器特性分析

流動(dòng)模型概述第116頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、變溫液相管式反應(yīng)器工業(yè)實(shí)際中，沒(méi)有一個(gè)反應(yīng)器是絕對(duì)等溫的聯(lián)立求解濃度分布溫度分布反應(yīng)器容積熱量衡算式物料衡算式動(dòng)力學(xué)方程式第117頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)態(tài)操作時(shí),熱量衡算具有下特點(diǎn)：(1)物料組成、溫度和反應(yīng)速度均不隨時(shí)間而變化，故可取任意時(shí)間間隔進(jìn)行熱量衡算。(2)物料組成、溫度和反應(yīng)速度沿流動(dòng)方向而變，故應(yīng)取微元管長(zhǎng)進(jìn)行熱量衡算。(3)反應(yīng)器中沒(méi)有熱量的積累。為簡(jiǎn)化推導(dǎo)過(guò)程，還作如下假設(shè)：(1)反應(yīng)過(guò)程中的物理變化熱可忽略不計(jì)。(2)反應(yīng)體系中無(wú)相變過(guò)程發(fā)生。第118頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)如下微元作熱量衡算取0℃為熱量衡算的基準(zhǔn)溫度FA0CA0CAf,FAfxAfVh，xA0=0dVRQ1Q2QCQL第119頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Q2的計(jì)算式為得熱量衡算式第120頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月dVR內(nèi)第121頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月絕熱管式反應(yīng)器容積的計(jì)算過(guò)程的焓變僅取決于過(guò)程的始態(tài)和終態(tài)，而與過(guò)程的途徑無(wú)關(guān)。設(shè)計(jì)如下途徑完成絕熱反應(yīng)過(guò)程。第122頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)所放出的熱量全部用于物料升溫（ΔH＝0），則第123頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月絕熱過(guò)程中T與x成線性關(guān)系。當(dāng)xA0=0，xA=100%，即反應(yīng)物A全部轉(zhuǎn)化時(shí)，=T-T0的物理意義為反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%時(shí)，反應(yīng)體系升高或降低的溫度，又稱(chēng)絕熱溫升或絕熱溫降。是體系溫度可能上升或下降的限度。聯(lián)立此式、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式和物料衡算式,即可求出達(dá)到規(guī)定xA時(shí)所需的VR。第124頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例如，變溫等容一級(jí)反應(yīng)代入下式積分可求達(dá)規(guī)定轉(zhuǎn)化率時(shí)所需管式反應(yīng)器VR第125頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.3.4.氣相管式反應(yīng)器的工藝計(jì)算氣相反應(yīng)，恒T恒P，若△n≠0，應(yīng)按變?nèi)葸^(guò)程處理。膨脹因子——為每轉(zhuǎn)化1mol某反應(yīng)物所引起的反應(yīng)體系內(nèi)物質(zhì)摩爾量的改變量。體系中惰氣存在，不影響A值的大小。第126頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一變?nèi)葸^(guò)程，進(jìn)料中A的摩爾分率為當(dāng)轉(zhuǎn)化率為xA時(shí)，反應(yīng)體系中物料的總摩爾流量為第127頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月若氣體可視為理氣，且流動(dòng)ΔP可以忽略，則Vt為CA與xA的關(guān)系為上幾式給出了管式反應(yīng)器內(nèi)任一截面上的Vt、CA、pA與轉(zhuǎn)化率xA之間的關(guān)系。第128頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月等容過(guò)程，A=0，得對(duì)于氣相非等容過(guò)程，將CA或PA與xA關(guān)系式代入反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式，再利用式(6-52)，即可求出達(dá)到規(guī)定xA所需管式反應(yīng)器的VR。第129頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例6-6在管式反應(yīng)器中進(jìn)行2,5-二氫呋喃的氣相裂解反應(yīng),反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式為rA=kCA。式中CA為2,5-二氫呋喃的濃度，kmolm-3。已知反應(yīng)在恒溫恒壓下進(jìn)行,反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)k=3h-1,A=1;2,5-二氫呋喃的進(jìn)料體積流量為0.3m3h-1,其中含2,5-二氫呋喃80%(體積比),其余為惰性氣體。若要求2,5-二氫呋喃的轉(zhuǎn)化率為75%,試計(jì)算所需反應(yīng)器的容積。解：第130頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第131頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.4反應(yīng)器型式和操作方式選擇反應(yīng)器型式和操作方式選擇應(yīng)結(jié)合反應(yīng)特點(diǎn)，從生產(chǎn)能力、反應(yīng)選擇性等方面，對(duì)不同型式的反應(yīng)器進(jìn)行認(rèn)真的分析和比較，以確定適宜的反應(yīng)器型式和操作方式。第132頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.4.1.簡(jiǎn)單反應(yīng)簡(jiǎn)單反應(yīng)——可用一個(gè)反應(yīng)方程式和一個(gè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式來(lái)描述的那些反應(yīng)。反應(yīng)器性能的比較可歸結(jié)為生產(chǎn)能力的比較?；颢@得相同的產(chǎn)物量，所需反應(yīng)器容積的比較。1、間歇釜式反應(yīng)器與管式反應(yīng)器兩種反應(yīng)器容積的定量比較，可用容積效率來(lái)描述若忽略間歇釜式反應(yīng)器的輔助操作時(shí)間,=1。第133頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、間歇釜式反應(yīng)器與連續(xù)釜式反應(yīng)器一級(jí)反應(yīng)第134頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)=1時(shí),兩種反應(yīng)器所需的有效容積相同，τ′應(yīng)滿(mǎn)足下列關(guān)系第135頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例6-7某一級(jí)反應(yīng)的反應(yīng)速度常數(shù)k為40h-1，規(guī)定的轉(zhuǎn)化率xAf為95%，試分別按以下條件比較采用間歇釜式反應(yīng)器和單釜連續(xù)操作反應(yīng)器所需有效容積的大小。(1)忽略間歇釜式反應(yīng)器的輔助操作時(shí)間；(2)每批輔助操作時(shí)間為0.4h；(3)每批輔助操作時(shí)間為1h。解:(1)由k=40h-1,xAf=0.95,'=0得(2)由k=40h-1,xAf=0.95,'=0.4h得第136頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)由k=40h-1,xAf=0.95,=1h得3、連續(xù)釜式反應(yīng)器與管式反應(yīng)器零級(jí)反應(yīng)反應(yīng)器容積的大小與物料的流動(dòng)型式無(wú)關(guān)。第137頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一級(jí)反應(yīng)二級(jí)反應(yīng)作出不同反應(yīng)級(jí)數(shù)時(shí)容積效率與轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系曲線第138頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖6-17連續(xù)釜式反應(yīng)器與管式反應(yīng)器的(1)零級(jí)反應(yīng)的=1,且與xA無(wú)關(guān)。(2)xA一定時(shí),n越高,就越小,即(VR)C>>(VR)P。(3)除零級(jí)反應(yīng)外,其它各級(jí)反應(yīng)的<1,且當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)一定時(shí),xA越高,就越小,即(VR)C比(VR)P大得越多。第139頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、多釜串聯(lián)反應(yīng)器與管式反應(yīng)器一級(jí)反應(yīng)，N個(gè)等溫等容釜串聯(lián)，單釜中停留時(shí)間物料在整個(gè)反應(yīng)器中的停留時(shí)間為第140頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不同釜數(shù)時(shí)η與xA之間的關(guān)系曲線見(jiàn)P109圖6-18第141頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)對(duì)于零級(jí)反應(yīng)，單臺(tái)連續(xù)釜式反應(yīng)器所需VR與管式反應(yīng)器的相同。但釜式反應(yīng)器存在裝料系數(shù)，故實(shí)際容積有所增大。間歇釜式反應(yīng)器既存在裝料系數(shù)，又存在輔助操作時(shí)間，故所需的容積較大。(2)n越高或xA越高，單臺(tái)連續(xù)釜式反應(yīng)器所需VR越大，此時(shí)宜采用管式反應(yīng)器。(3)對(duì)ΔH很大的反應(yīng)，從利于傳熱看，宜采用管式反應(yīng)器。若要控溫方便，宜采用間歇釜式反應(yīng)器或多釜串聯(lián)反應(yīng)器。簡(jiǎn)單反應(yīng)選擇反應(yīng)器考慮的原則：第142頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4)采用多釜串聯(lián)反應(yīng)器時(shí)，η隨釜數(shù)的增加而增大，但增大的速度漸趨緩慢。因此,串聯(lián)的釜數(shù)一般≯4。(5)對(duì)于r較慢，且要求xA較高的液相反應(yīng)，宜采用間歇釜式反應(yīng)器。(6)對(duì)于r較快的氣相或液相反應(yīng)，宜采用管式反應(yīng)器。(7)對(duì)于n較低，且要求xA不高的液相反應(yīng)以及自催化反應(yīng)，宜采用單臺(tái)連續(xù)釜式反應(yīng)器。第143頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.4.2.復(fù)雜反應(yīng)復(fù)雜反應(yīng)要用多個(gè)化學(xué)反應(yīng)方程式和多個(gè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式來(lái)描述。復(fù)雜反應(yīng)的產(chǎn)物中，既有目標(biāo)產(chǎn)物，又有副產(chǎn)物。在選擇反應(yīng)器型式和操作方法時(shí)，首要考慮的是反應(yīng)選擇性。第144頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.4.2.1.平行反應(yīng)（一）僅一個(gè)反應(yīng)物的平行反應(yīng)AR(主反應(yīng))S(副反應(yīng))k1k2第145頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.濃度效應(yīng)

平行反應(yīng)，提高反應(yīng)物濃度有利于級(jí)數(shù)較高的反應(yīng)，降低反應(yīng)物濃度有利于級(jí)數(shù)較低的反應(yīng)。增大返混與降低濃度等效，減小返混與提高濃度等效。若a1>a2,較高反應(yīng)物濃度對(duì)主反應(yīng)有利若a1<a2,較低反應(yīng)物濃度對(duì)主反應(yīng)有利若a1=a2,反應(yīng)物濃度對(duì)選擇性無(wú)影響平推流反應(yīng)器，低的單程轉(zhuǎn)化率全混流反應(yīng)器，加入稀釋劑；反應(yīng)后物料循環(huán)第146頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.溫度效應(yīng)3.選擇或開(kāi)發(fā)高選擇性催化劑提高T對(duì)E大的反應(yīng)有利降低T對(duì)E小的反應(yīng)有利若E1>E2,則在較高T下進(jìn)行若E1<E2,則在較低T下進(jìn)行若E1=E2,T變化對(duì)選擇性無(wú)影響第147頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）兩個(gè)反應(yīng)物的平行反應(yīng)T對(duì)β影響同前，區(qū)別在于濃度的影響A+BL(主反應(yīng))M(副反應(yīng))k1k2第148頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月間歇操作時(shí)反應(yīng)物濃度與加料方式a1>a2,b1>b2CA,CB都高a1>a2,b1<b2CA高,CB低a1<a2,b1<b2CA,CB都低

第149頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月連續(xù)操作時(shí)反應(yīng)物濃度與加料方式(a)a1>a2,b1>b2,

CA,CB都高(b)a1<a2,b1<b2CA,CB都低第150頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(c)a1>a2,b1<b2，CA高,CB低

第151頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第152頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月適宜的反應(yīng)器型式和操作方式(ci)反應(yīng)級(jí)數(shù)大小對(duì)濃度要求適宜的反應(yīng)器型式和操作方式

CA、CB均高A、B同時(shí)加入管式反應(yīng)器、間歇釜式反應(yīng)器或多釜串聯(lián)反應(yīng)器

CA、CB均低單釜連續(xù)反應(yīng)器;將A、B緩緩滴入間歇釜式反應(yīng)器;使用稀釋劑降低CA和CB

CA高CB低管式反應(yīng)器，A在進(jìn)口處連續(xù)加入，B沿管長(zhǎng)分幾處連續(xù)加入；半連續(xù)釜式反應(yīng)器，A一次加入，B連續(xù)加入；多釜串聯(lián)反應(yīng)器,A在第一釜連續(xù)加入，B分別在各釜連續(xù)加入

CA低CB高管式反應(yīng)器，B在進(jìn)口處連續(xù)加入，A沿管長(zhǎng)分幾處連續(xù)加入；半連續(xù)釜式反應(yīng)器，B一次加入，A連續(xù)加入；多釜串聯(lián)反應(yīng)器,B在第一釜連續(xù)加入,A分別在各釜連續(xù)加入a1>a2,b1>b2,a1<a2,b1<b2a1>a2,b1<b2a1<a2,b1>b2第153頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.4.2.2.連串反應(yīng)一級(jí)反應(yīng)第154頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月組分A:

單調(diào)下降；產(chǎn)物R:

先升后降，有極大值；產(chǎn)物S:

單調(diào)上升CSCRCRCRCSCSCSτττ第155頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月R為主產(chǎn)物時(shí)1.溫度效應(yīng)若E1>E2,則在較高T下進(jìn)行若E1<E2,則在較低T下進(jìn)行若E1=E2,T變化對(duì)β無(wú)影響2.轉(zhuǎn)化率CR/CA隨xA的增大而增大R的瞬時(shí)選擇性下降轉(zhuǎn)化率過(guò)高，選擇性降低采用較低轉(zhuǎn)化率，工業(yè)上分離再循環(huán)第156頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.流動(dòng)類(lèi)型的影響對(duì)于不可逆的連串反應(yīng)且以反應(yīng)的中間物為目的產(chǎn)物時(shí)，返混總是對(duì)選擇性不利當(dāng)k1、k2一定S為目標(biāo)產(chǎn)物，則應(yīng)設(shè)法使CA低、CR高，以提高S的收率，此時(shí)宜采用單釜連續(xù)反應(yīng)器。第157頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月R為目標(biāo)產(chǎn)物，則應(yīng)設(shè)法使CA高、CR低，以增大值，提高R的收率，此時(shí)宜采用管式反應(yīng)器、間歇釜式反應(yīng)器或多釜串聯(lián)反應(yīng)器。當(dāng)k2>>k1時(shí)，應(yīng)保持較低的單程轉(zhuǎn)化率；當(dāng)k1>>k2時(shí)，應(yīng)保持較高的轉(zhuǎn)化率，這樣收率降低不多，但可大大減輕反應(yīng)后的分離負(fù)荷。第158頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月[例6－8]生化工程中酶反應(yīng)A→R為自催化反應(yīng)，反應(yīng)速率式rA=kcAcR，某溫度下k=1.1512m3/(kmol.min)，采用的原料中含A0.99kmol/m3，含R0.01kmol/m3,要求A的最終濃度降到0.01kmol/m3，當(dāng)原料的進(jìn)料量為10m3/h時(shí)，求：（1）反應(yīng)速率最大時(shí)，A的濃度為多少？（2）采用CSTR，反應(yīng)器體積是多大？（3）采用PFR，反應(yīng)器體積是多大？（4）采用PFR和CSTR組合以使反應(yīng)器體積最小，求組合方式及最小反應(yīng)器體積。第159頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：可知CA=0.5kmol/m3時(shí)，速率達(dá)最大值。rACA00.51.0CA0CAf怎樣選擇反應(yīng)器？第160頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1/rACACA0CAf1/rACACA0CAfCSTRPFR第161頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)PFR(2)CSTR第162頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月回顧C(jī)STR和PFR兩種圖解CACA0CAfCACA0CAf第163頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4)CSTR+PFR：最優(yōu)組合1/rACACA0CAfCAm組合反應(yīng)器的總體積=0.284m3+0.665m3=0.949m3第164頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.5.攪拌器攪拌的作用(1)使物料均勻混合互溶液體乳濁液懸浮液泡沫液(3)強(qiáng)化傳熱提高對(duì)流傳熱系數(shù)(2)強(qiáng)化傳質(zhì)增大相際接觸面積降低液膜阻力第165頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、攪拌的分類(lèi)(2)機(jī)械攪拌適用范圍廣(1)氣流攪拌優(yōu)點(diǎn)：腐蝕性、高溫高壓缺點(diǎn)：不適合高粘度流體氣體鼓泡第166頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.5.1.常見(jiàn)攪拌器攪拌設(shè)備的結(jié)構(gòu)(1)攪拌裝置(2)軸封(3)攪拌槽傳動(dòng)裝置攪拌軸攪拌器槽體附件第167頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月物料流動(dòng)方向攪拌的結(jié)果（效果）(1)攪拌器的旋轉(zhuǎn)切向圓周運(yùn)動(dòng)(2)槳葉形狀的不同軸向流動(dòng)徑向流動(dòng)(1)循環(huán)流動(dòng)將流體輸送到攪拌釜內(nèi)各處(2)高度湍動(dòng)產(chǎn)生旋渦，旋渦分裂使流體分散

第168頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第169頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、小直徑高轉(zhuǎn)速攪拌器（1）推進(jìn)式攪拌器一般D葉輪＝0.2～0.5

D釜常用轉(zhuǎn)速為100～500rpm，葉端圓周速度可達(dá)5～15ms-1。第170頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月總體循環(huán)流動(dòng)

總體循環(huán)流動(dòng)：總體循環(huán)流動(dòng),起到混合液體的作用切向分速度:使釜內(nèi)液體產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng),不利于液體的混合第171頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)和應(yīng)用常用于低粘度(<2Pas)液體以及固液比較小的懸浮、溶解等過(guò)程。液體循環(huán)量較大湍動(dòng)程度不高適合于大尺寸的調(diào)勻總體流動(dòng)沖向釜底有利于固體顆粒的懸浮第172頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)渦輪式攪拌器

(a)直葉圓盤(pán)葉輪(b)彎葉圓盤(pán)葉輪第173頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月葉輪直徑為釜徑的0.2～0.5倍,轉(zhuǎn)速10～500rpm,葉端圓周速度可達(dá)4～10ms-1。

（c）直葉渦輪(d)彎葉渦輪第174頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月總體循環(huán)流動(dòng)使液體以很高的絕對(duì)速度沿徑向流出，流向壁面，形成上、下兩條回路流入攪拌器總體循環(huán)流動(dòng)：

:使釜內(nèi)液體產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng),不利于液體的混合切向分速度:

第175頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)和應(yīng)用常用于低粘度和中等粘度(<50Pas)的液體攪拌液體循環(huán)量較大湍動(dòng)程度高適合于小尺寸均勻流體有兩個(gè)回路不利于易分層的物料第176頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器

流速↑

粘度↑

流動(dòng)阻力↑

機(jī)械能被消耗湍動(dòng)程度下降總體流動(dòng)范圍大大縮小

大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器第177頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)槳式攪拌器旋轉(zhuǎn)直徑為釜徑的0.35～0.8倍常用轉(zhuǎn)速為1～100rpm葉端圓周速度為1～5ms-1

(a)平槳式(b)斜槳式(c)多斜槳式第178頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)和應(yīng)用槳式攪拌器的徑向攪拌范圍大，可用于較高粘度液體的攪拌。(b)斜槳式槳葉可分成24°、45°或60°傾角軸向和徑向運(yùn)動(dòng)

(a)平槳式切向和徑向運(yùn)動(dòng)可用于簡(jiǎn)單的固液懸浮釜內(nèi)液位較高時(shí)(c)多斜槳式第179頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)錨式和框式攪拌器旋轉(zhuǎn)直徑可達(dá)釜徑的0.9～0.98倍，轉(zhuǎn)速n=1～100rpm葉端圓周速度1～5ms-1(a)錨式(b)框式(c)帶橫梁和豎梁的攪拌器第180頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)和應(yīng)用錨式和框式攪拌器常用于中、高粘度液體的攪拌

一般在層流狀態(tài)下操作主要使液體產(chǎn)生水平環(huán)向流動(dòng),基本不產(chǎn)生軸向流動(dòng)。在槳上增加橫梁和豎梁難以保證軸向混合均勻第181頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）螺帶式攪拌器目的：提高軸向混合效果旋轉(zhuǎn)直徑為釜徑的0.9～0.98倍，常用轉(zhuǎn)速為0.5～50rpm，葉端圓周速度<2ms-1螺帶式攪拌器第182頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)和應(yīng)用一般在層流狀態(tài)下操作液體將沿著螺旋面上升或下降形成軸向循環(huán)流動(dòng)，

螺帶式攪拌器常用于高粘度液體的混合第183頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.5.2.提高攪拌效果的措施1.打旋現(xiàn)象及其消除危害:各層液體之間幾乎不發(fā)生軸向混合，當(dāng)物料為多相體系時(shí)，還會(huì)發(fā)生分層或分離現(xiàn)象。攪拌效率下降第184頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)裝設(shè)擋板目的：破壞釜內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)作用：對(duì)軸向和徑向流動(dòng)無(wú)影響釜內(nèi)液面的下凹現(xiàn)象基本消失提高了混合效果第185頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月?lián)醢灏惭b方式與液體粘度有關(guān)：

<7Pas，擋板垂直縱向裝于釜內(nèi)壁上；

7～10Pas，擋板離開(kāi)釜壁；

>10Pas，擋板離開(kāi)釜壁并與壁面傾斜。第186頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)攪拌器偏心安裝目的：破壞循環(huán)回路的對(duì)稱(chēng)性第187頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.導(dǎo)流筒既提高了循環(huán)流量和混合效果，又有助于消除短路與流動(dòng)死區(qū)。

（a）推進(jìn)式攪拌（b）渦輪式攪拌第188頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.5.3.攪拌器選型1、低粘度均相液體的混合推進(jìn)式的循環(huán)流量較大且動(dòng)力消耗較少，是最適用的。漿式的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在小容量液體混合中有著廣泛的應(yīng)用，但當(dāng)液體容量較大時(shí)，其循環(huán)流量不足。

第189頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、高粘度液體的混合μL在0.1～1Pas時(shí)，采用錨式攪拌器。μL在1～10Pas時(shí)，采用框式攪拌器。μL在2～500Pas時(shí)，可采用螺帶式攪拌器。需冷卻的夾套釜,選用大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器,如錨式或框式攪拌器。反應(yīng)過(guò)程中物料的μL會(huì)發(fā)生顯著變化,且反應(yīng)對(duì)攪拌強(qiáng)度又很敏感，可考慮采用變速裝置或分釜操作。第190頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、分散非均相液體的分散過(guò)程，宜用渦輪式攪拌器，平直葉更為合適。當(dāng)液體的粘度較大時(shí)，為減少動(dòng)力消耗，宜采用彎葉渦輪。

第191頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、固體懸浮在低粘度液體中懸浮易沉降的固體顆粒時(shí)，開(kāi)啟渦輪最合適，尤其是彎葉開(kāi)啟渦輪，漿葉不易磨損，則更為合適。推進(jìn)式當(dāng)固液密度差較大或固液比超過(guò)50%時(shí)不適用。漿式或錨式的轉(zhuǎn)速較低，僅適用于固液比較大(>50%)或沉降速度較小的固體懸浮。

第192頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、固體溶解渦輪式最為合適。推進(jìn)式用于小容量的固體溶解過(guò)程比較合理。漿式一般用于易懸浮固體的溶解操作。6、氣體吸收?qǐng)A盤(pán)渦輪式攪拌器最為適宜。推進(jìn)式和漿式一般不適用于氣體吸收操作。第193頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7、結(jié)晶小直徑高轉(zhuǎn)速攪拌器，如渦輪式，適用于微粒結(jié)晶，但晶體形狀不易一致；而大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器，如漿式，適用于大顆粒定形結(jié)晶，但釜內(nèi)不宜設(shè)置擋板。

第194頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8、傳熱傳熱量較小的夾套釜可采用漿式攪拌器;中等傳熱量的夾套釜亦可采用漿式攪拌器,但釜內(nèi)應(yīng)設(shè)置擋板;傳熱量很大時(shí),釜內(nèi)可用蛇管傳熱,采用推進(jìn)式或渦輪式攪拌器,并在釜內(nèi)設(shè)置擋板。

第195頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月攪拌器選型攪拌過(guò)程主要控制因素?cái)嚢杵餍褪交旌?低粘度均相液體)循環(huán)流量推進(jìn)式、渦輪式，要求不高時(shí)用漿式混合(高粘度液體)1.循環(huán)流量2.低轉(zhuǎn)速渦輪式、錨式、框式、螺帶式、帶橫擋板漿式分散(非均相液體)1.液滴大小(分散度)2.循環(huán)流量渦輪式溶液反應(yīng)(互溶體系)1.湍流強(qiáng)度2.循環(huán)流量渦輪式、推進(jìn)式、漿式第196頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月攪拌器選型攪拌過(guò)程主要控制因素?cái)嚢杵餍褪焦腆w懸浮1.循環(huán)流量2.湍流強(qiáng)度按固體顆粒的粒度、含量及比重決定采用漿式、推進(jìn)式或渦輪式固體溶解1.剪切作用2.循環(huán)流量渦輪式、推進(jìn)式、漿式氣體吸收

1.剪切作用2.循環(huán)流量3.高轉(zhuǎn)速渦輪式結(jié)晶

1.循環(huán)流量2.剪切作用3.低轉(zhuǎn)速按控制因素采用渦輪式、漿式或漿式的變形傳熱

1.循環(huán)流量2.傳熱面上高流速漿式、推進(jìn)式、渦輪式第197頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.5.4.攪拌功率6.5.4.1.均相液體的攪拌功率1.功率曲線和攪拌功率的計(jì)算

攪拌功率取決于釜內(nèi)物料的流型和湍動(dòng)程度，它是葉輪形狀、大小、轉(zhuǎn)速、位置以及液體性質(zhì)、反應(yīng)釜尺寸與內(nèi)部構(gòu)件的函數(shù)。第198頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月均相液體的功率準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式式中NP—功率準(zhǔn)數(shù);Fr—弗勞德數(shù),流體慣性力與重力之比,是反映重力對(duì)攪拌功率影響的準(zhǔn)數(shù);K—系統(tǒng)的總形狀系數(shù),反映系統(tǒng)幾何構(gòu)型對(duì)攪拌功率的影響;P—功率消耗,W;n—葉輪轉(zhuǎn)速,r.s-1或r.min-1；d—葉輪直徑,m;—液體密度,kgm-3;—液體粘度,Pas;P與葉輪直徑和轉(zhuǎn)速成何關(guān)系？第199頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各種攪拌器的或NP與Re的關(guān)系，標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，即得功率曲線。P116圖6-33對(duì)于不打旋(攪拌時(shí)液面仍處于水平狀態(tài)）的攪拌系統(tǒng)，重力的影響可以忽略，b=0，不計(jì)弗勞德數(shù)的影響，則可改寫(xiě)為

第200頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

圖6-33攪拌器的功率曲線1-三葉推進(jìn)式,s=d,無(wú)擋板；2-三葉推進(jìn)式,s=d,全擋板；3-三葉推進(jìn)式,s=2d,無(wú)擋板；4-三葉推進(jìn)式，s=2d，全擋板；5-六葉直葉圓盤(pán)渦輪，無(wú)擋板；6-六葉直葉圓盤(pán)渦輪，全擋板；7-六葉彎葉圓盤(pán)渦輪，全擋板；8-雙葉平漿，全擋板全擋板：N=4，W=0.1D；各曲線：d/D1/3，b/d=1/4；HL/D=1s-漿葉螺距,N-擋板數(shù),W-擋板寬度,D-釜內(nèi)徑,d-葉輪直徑,b-漿葉寬度,HL-液層深度擋板對(duì)攪拌功率有何影響，與Re有無(wú)關(guān)系？第201頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月從物理意義上講，全擋板條件時(shí)攪拌器的功率最大，若擋板的安裝已滿(mǎn)足全擋板的條件，則再增加擋板數(shù)或?qū)挾?，都不?huì)使攪拌器的功率增大。例如：取6塊擋板，那么寬度W=D/10時(shí)即滿(mǎn)足全擋板條件。實(shí)際由于攪拌器內(nèi)除安裝擋板外，還有影響流體流動(dòng)的其他構(gòu)件，如出料管、溫度計(jì)套管等，故常常安裝4塊W=D/10擋板即認(rèn)為是全擋板的條件。第202頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月給定的攪拌系統(tǒng)功率求定（1）由功率曲線查出Φ或NP→計(jì)算求所需的P。（2）還可按流動(dòng)狀況對(duì)功率曲線進(jìn)行回歸，得到計(jì)算攪拌功率的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。1）層流區(qū)(Re<10)攪拌功率的經(jīng)驗(yàn)式

K1——與攪拌器結(jié)構(gòu)型式有關(guān)的常數(shù)，常見(jiàn)攪拌器的K1值見(jiàn)表6-4所示。（注意P與n和d的關(guān)系）第203頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月完全湍流區(qū)(Re>104)

有擋板時(shí)的攪拌功率經(jīng)驗(yàn)式無(wú)擋板且Re>300的攪拌系統(tǒng)，重力的影響不能忽略K2—與攪拌器結(jié)構(gòu)型式有關(guān)的常數(shù),攪拌器的K2值見(jiàn)表6-4。、的值取決于物料的流動(dòng)狀況及攪拌器的型式和尺寸，其值見(jiàn)表6-5（注意P與n和d的關(guān)系）第204頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表6—4攪拌器的K1、K2值攪拌器型式K1K2攪拌器型式K1K2三葉推進(jìn)式s=d41.00.32雙葉單平槳d/b=443.02.25s=2d43.51.0d/b=636.51.60四葉直葉圓盤(pán)渦輪70.04.5d/b=833.01.15六葉直葉渦輪70.03.0四葉雙平槳d/b=649.02.75六葉直葉圓盤(pán)渦輪71.06.1六葉三平槳d/b=671.03.82六葉彎葉圓盤(pán)渦輪70.04.8螺帶式340h/d六葉斜葉渦輪70.01.5搪瓷錨式245注s—槳葉螺距；d—旋轉(zhuǎn)直徑；b—槳葉寬度；h—螺帶高度。第205頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表6-5攪拌器的和值（Re>300）d/D三葉推進(jìn)式六葉彎葉渦輪六葉直葉渦輪0.480.370.330.300.200.300.332.62.32.11.701.01.0181818181840.040.0第206頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例6-8某釜式反應(yīng)器的內(nèi)徑為1.5m，裝有六葉直葉圓盤(pán)渦輪式攪拌器，攪拌器的直徑為0.5m，轉(zhuǎn)速為150rpm，反應(yīng)物料的密度為960kgm-3，粘度為0.2Pas。試計(jì)算攪拌功率。解：(1)計(jì)算Re(2)計(jì)算攪拌功率P由圖6-33中的曲線5查得=1.8；由表6-5查得=1.0，=40.0。則第207頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月W第208頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、攪拌功率的校正實(shí)際生產(chǎn)中，攪拌器的型式、尺寸與功率曲線的測(cè)定條件不會(huì)完全一致。因此按功率曲線計(jì)算出攪拌功率，需加以校正,估算出實(shí)際裝置的攪拌功率。第209頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)漿葉數(shù)量的影響對(duì)圓盤(pán)渦輪式攪拌器，先利用圖6-33計(jì)算出攪拌功率，再按下式校正P—校正后的攪拌功率,W或kW;

P—按6片漿葉由圖6-33求出的攪拌功率,W或kW;nb—實(shí)際漿葉數(shù);m1—與漿葉數(shù)有關(guān)的常數(shù)。當(dāng)nb=2,4,6時(shí),m1=0.8;當(dāng)nb=8,10,12時(shí),m1=0.7。第210頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)漿葉直徑的影響當(dāng)漿葉直徑不符合d/D=1/3時(shí)，可先利用圖6-33計(jì)算出攪拌功率，再按下式校正式中m2——與攪拌器型式有關(guān)的常數(shù)。對(duì)推進(jìn)式或渦輪式攪拌器，m2=0.93；對(duì)漿式攪拌器，m2=1.1。第211頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)漿葉寬度的影響當(dāng)漿葉寬度不符合b/d=1/4時(shí)，可先利用圖6-33計(jì)算出攪拌功率，再按下式進(jìn)行校正式中m3——與攪拌器型式、尺寸及物料流動(dòng)狀況有關(guān)的常數(shù)。湍流狀態(tài)下，對(duì)徑向流葉輪(平漿、開(kāi)式渦輪)，m3=0.3～0.4；對(duì)六葉圓盤(pán)渦輪，當(dāng)b/d=0.2～0.5時(shí)，m3=0.67。第212頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4)液層深度的影響當(dāng)液層深度不符合HL/D=1時(shí)，可先利用圖6-33計(jì)算出攪拌功率，再按下式進(jìn)行校正第213頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(5)漿葉層數(shù)及層間距的影響若液層過(guò)高，（HL/D>1.25時(shí)）要設(shè)置多層漿葉。各層漿葉間距離取漿徑的1.0～1.5倍。當(dāng)層間距s1>1.5d時(shí),雙層直葉的功率約為單層直葉的2倍,直葉和折葉組合的功率約為單層直葉的1.5倍,而雙層折葉的功率與單層直葉的功率基本相當(dāng)。第214頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖6-34開(kāi)啟渦輪的層間距對(duì)功率的影響1-雙層直葉;2-直葉與折葉;3-雙層折葉P1-單層直葉的功率,P2-雙層渦輪的功率第215頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖6-35推進(jìn)式的層間距對(duì)功率的影響對(duì)于推進(jìn)式攪拌器，在層流區(qū)，雙層推進(jìn)式的功率約為單層時(shí)的2倍；而在湍流區(qū),雙層推進(jìn)式的功率隨著層間距的增大而線性增大。

P1-單層時(shí)的功率，P2-雙層時(shí)的功率第216頁(yè)，課件共348頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例6-9某釜式反應(yīng)器的內(nèi)徑為1.5m，裝有單層8葉圓盤(pán)渦輪式攪拌器，攪拌器的直徑為0.4m，轉(zhuǎn)速為150r.min-1，葉片寬度約為葉輪直徑的0.2倍。釜內(nèi)裝有擋板，并符合全擋板條件。裝液深度為2m，物料密度為1000Kkg.m-3，粘度為0.004Pa.s。試計(jì)算攪拌功率解：(1)由圖6-33中的曲線6計(jì)