反應工程第四章課件

反應工程第四章課件第1頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月本章內(nèi)容理想流動模型等溫管式反應器的計算管式與釜式反應器反應體積的比較循環(huán)反應器變溫管式反應器的計算第2頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月理想流動模型流動模型：是反應器中流體流動與返混情況的描述，這一狀況對反應結果有非常重要的影響。返混：在流體流動方向上停留時間不同的流體粒子之間的混合稱為返混，也稱為逆向混合。1.基本概念第3頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月活塞流模型（平推流）：基本假定：

(1)徑向流速分布均勻，所有粒子以相同的速度從進口向出口運動。

(2)軸向上無返混符合上述假設的反應器，同一時刻進入反應器的流體粒子必同一時刻離開反應器，所有粒子在反應器內(nèi)停留時間相同。特點：徑向上物料的所有參數(shù)都相同，軸向上不斷變化。1.基本概念理想流動模型層流湍流活塞流第4頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月全混流模型：基本假定：徑向混合和軸向返混都達到最大符合此假設的反應器，物料的停留時間參差不齊特點反應物系的所有參數(shù)在徑向上均一，軸向上也均一，即：各處物料均一，均為出口值理想流動模型1.基本概念

管徑較小，流速較大的管式反應器－－可按活塞流處理劇烈攪拌的連續(xù)釜式反應器－－可按全混流處理第5頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月等溫管式反應器的設計進入量=排出量+反應量+累積量單一反應第6頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月等溫管式反應器的設計第7頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月該方程組初值為：解該方程組時，需首先選定反應變量，可以選關鍵組分的轉化率或收率或各關鍵反應的反應進度。然后將Fi和變?yōu)榉磻兞康暮瘮?shù)，即可求解方程組。解時一般用數(shù)值法。簡單情況可解析求解。等溫管式反應器的設計復合反應對關鍵組分作物料衡算的結果，得到一常微分方程組第8頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月對A的物料衡算：系統(tǒng)中只進行兩個反應，都是獨立的，所以關鍵組分數(shù)為2，因此，此三式中僅二式是獨立的。對P的物料衡算：對Q的物料衡算：等溫管式反應器的設計復合反應第9頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月等溫管式反應器的設計復合反應第10頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月等溫管式反應器的設計復合反應對A的物料衡算：對P的物料衡算：k1

k2第11頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)空時的定義對恒容均相反應，空時等于物料在反應器內(nèi)的平均停留時間等溫管式反應器的設計對變?nèi)莘磻?，空時等否物料在反應器內(nèi)的平均停留時間？問題？第12頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月自測題：乙醛氣相分解生成甲烷與一氧化碳：

0.1g/s的乙醛蒸汽在520℃、0.1MPa于管式反應器（PFR)內(nèi)分解，已知反應對乙醛為二級不可逆反應，k=4.3m3/kmols，計算：⑴35％乙醛分解所需的反應體積；⑵90％乙醛分解所需的反應體積；⑶若為CSTR，則⑴、⑵結果如何？等溫管式反應器的設計第13頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

前提條件：進行相同的反應；采用相同的進料流量與進料濃度；反應溫度與最終轉化率相同。分三種情況

1.正常動力學

2.反常動力學

3.反應速率有極大值的情況管式與釜式反應器反應體積的比較第14頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月1.正常動力學達到相同的轉化率，管式反應器所需的反應體積小于釜式反應器管式與釜式反應器反應體積的比較第15頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月對反常動力學情況，結論與正常動力學相反。2.反常動力學管式與釜式反應器反應體積的比較0第16頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月3.有極大值情況若:XAf>XAm，則Vrp>Vrm若：XAf<XAm

，則Vrp<Vrm管式與釜式反應器反應體積的比較此時，可以：釜式與管式的串聯(lián)第17頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月循環(huán)反應器對于單程轉化率不高的情況，為提高原料的利用率，將反應器出口物料中的產(chǎn)品分離后再循環(huán)進入反應器入口，與新鮮原料一起進行反應。Reactor第18頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月設循環(huán)物料與新鮮原料量之比為循環(huán)比：故,反應器的物料處理量為：在混合點處對A做物料衡算：化簡后得：用(1＋Ψ)Q0

代替Q0，用XA0代替0，即

循環(huán)反應器第19頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月分析：結果相當于無循環(huán)管式反應器結果相當于恒定轉化率下的操作，即CSTR反應器

循環(huán)反應器在實際操作中,只要足夠大，如：則可認為是等濃度操作。第20頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月1.管式反應器的熱量衡算假設：管式反應器內(nèi)流體流動符合活塞流假定；

反應器內(nèi)溫度分布：徑向均勻，軸向變化變溫管式反應器取微元體積dVr作為控制體積，衡算依據(jù)為熱力學第一定律：反應熱溫變熱G為流體的質量速度GA=Q0ρ第21頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月故有：此即管式反應器軸向溫度分布方程變溫管式反應器1.管式反應器的熱量衡算令wA0為組分A的初始質量分數(shù)，MA為A的相對分子量,則：管式反應器中反應溫度與轉化率的關系式第22頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月若絕熱操作，則變溫管式反應器2.絕熱管式反應器

得第23頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月等溫反應，T=T0；放熱反應，T＞T0；吸熱反應，T＜T0吸熱反應，較高的進料溫度有利；放熱反應，較低的進料溫度有利。變溫管式反應器XA和T的關系圖吸熱反應等溫反應