第三章-釜式反應(yīng)器(復(fù)習(xí))

PAGEPAGE93．釜式反應(yīng)器3.1釜式反應(yīng)器的物料衡算式說(shuō)明：（1）定態(tài)下（連續(xù)）操作（2）非定態(tài)下（間歇）操作3.2等溫間歇釜式反應(yīng)器的特點(diǎn)（1）反應(yīng)器內(nèi)濃度處處相等，可排除傳質(zhì)的影響；（2）反應(yīng)器內(nèi)溫度處處相等，可排除傳熱的影響；（3）物料同時(shí)加入并同時(shí)停止反應(yīng)，所有物料具有相同的反應(yīng)時(shí)間。3.3等溫間歇釜式反應(yīng)器單一反應(yīng)的計(jì)算（1）反應(yīng)時(shí)間結(jié)論：反應(yīng)物達(dá)到一定的轉(zhuǎn)化率所需要的反應(yīng)時(shí)間，只取決于過程的反應(yīng)速率，也就是說(shuō)取決于動(dòng)力學(xué)因素，而與反應(yīng)器的大小無(wú)關(guān)。（2）反應(yīng)體積反應(yīng)器有效體積反應(yīng)器實(shí)際體積說(shuō)明：①間歇釜式反應(yīng)器操作時(shí)間由反應(yīng)時(shí)間t和輔助時(shí)間t0組成；②f為裝填系數(shù)，取0.4-0.85，根據(jù)反應(yīng)物料的性質(zhì)選。③反應(yīng)器的大小是由反應(yīng)物料的處理量決定的。（3）最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間以單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)品產(chǎn)量為目標(biāo)函數(shù)以單位質(zhì)量產(chǎn)品的生產(chǎn)費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)3.4連續(xù)釜式反應(yīng)器的反應(yīng)體積（1）定態(tài)下操作的連續(xù)釜式反應(yīng)器的特點(diǎn)和特征等溫，等濃度，等反應(yīng)速率。①物料進(jìn)出口體積流量相等（恒容）②反應(yīng)器內(nèi)溫度均勻且不變化③反應(yīng)器內(nèi)濃度均勻且等于出口濃度（2）設(shè)計(jì)方程3.5空時(shí)說(shuō)明：空時(shí)用來(lái)衡量連續(xù)反應(yīng)器的生產(chǎn)能力，空時(shí)越小，表示該反應(yīng)器的處理物料量越大，空時(shí)大則相反。若在進(jìn)出口物料組成相同的條件下比較兩個(gè)連續(xù)反應(yīng)器，空時(shí)小者，生產(chǎn)能力大。對(duì)于等容均相反應(yīng)過程，空時(shí)也等于物料在反應(yīng)器內(nèi)的平均停留時(shí)間。3.6連續(xù)釜式反應(yīng)器的串聯(lián)（1）正常動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)化速率總是隨著轉(zhuǎn)化率的增加而降低，串聯(lián)的連續(xù)釜式反應(yīng)器的總體積小于單個(gè)反應(yīng)器，并且串聯(lián)的釜數(shù)越多，所需總的反應(yīng)體積越小。在釜式反應(yīng)器中進(jìn)行具有正常動(dòng)力學(xué)的反應(yīng)時(shí)，是在間歇釜最小的反應(yīng)速率下操作的。（2）反常動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)化速率總是隨著轉(zhuǎn)化率的增加而升高，串聯(lián)的連續(xù)釜式反應(yīng)器的總體積大于單個(gè)反應(yīng)器。進(jìn)行具有反常動(dòng)力學(xué)的反應(yīng)時(shí)，則在間歇釜最大的反應(yīng)速率下操作。3.7串聯(lián)釜式反應(yīng)器的計(jì)算（1）已知:Q0、Ci0、VRp、Tp、N求出口物料組成XAf（2）已知:Q0、Ci0、VRp、Tp、XAf，求N（3）已知:Q0、Ci0、N、Tp、XAf，求VRp（4）單一一級(jí)不可逆反應(yīng)注意：指單釜的空時(shí)，總空時(shí)總體積（5）非一級(jí)或可逆反應(yīng)，用數(shù)值法解微分方程或作圖求解。3.8串聯(lián)釜式反應(yīng)器各釜的最佳反應(yīng)體積比在串聯(lián)釜式反應(yīng)器中進(jìn)行a級(jí)不可逆反應(yīng)，有a<0時(shí)，單釜操作優(yōu)于串聯(lián)操作a=0時(shí)，反應(yīng)器體積相同,無(wú)必要串聯(lián)操作0<a<1時(shí)，沿物料流動(dòng)方向,各釜反應(yīng)體積依次減小,即大釜在前,小釜在后a=1時(shí)，各釜反應(yīng)體積相等時(shí)為最佳a(bǔ)>1時(shí)，沿物料流動(dòng)方向,各釜反應(yīng)體積依次增大,即小釜在前,大釜在后說(shuō)明：以上結(jié)論是在各釜反應(yīng)溫度相同、恒容過程條件下成立。3.9釜式反應(yīng)器中復(fù)合反應(yīng)的收率與選擇性（1）總收率和總選擇性瞬時(shí)選擇性：總收率：總選擇性：當(dāng)瞬時(shí)選擇性隨轉(zhuǎn)化率單調(diào)下降時(shí)，不同操作方式的釜式反應(yīng)器，相同的最終轉(zhuǎn)化率下最終收率的大小次序如下：（2）平行反應(yīng)瞬時(shí)選擇性說(shuō)明：溫度，濃度條件都將影響瞬時(shí)選擇性。而反應(yīng)器的濃度條件與反應(yīng)器的型式及操作方式，所采用的原料濃度及配比以及加料方式等有關(guān)。（3）連串反應(yīng)一級(jí)不可逆連串反應(yīng)在等溫間歇釜式反應(yīng)器中產(chǎn)物P存在最大的收率。同樣，在連續(xù)釜式反應(yīng)器中也有類似的結(jié)果。說(shuō)明：①無(wú)論k2/k1為何值，在相同的轉(zhuǎn)化率下，間歇釜的收率總是大于連續(xù)釜的收率，而且隨著k2/k1值的減小，這種差異越大。②無(wú)論間歇操作還是連續(xù)操作，釜式反應(yīng)器的收率總是隨k2/k1的減小而增大的。③若E1>E2，溫度越高，則比值k2/k1越小，因而收率越大。④改變k2/k1比值的另一個(gè)有效辦法是選擇合適的催化劑。3.10變溫間歇釜式反應(yīng)器操作方程：反應(yīng)在絕熱下進(jìn)行3.11變溫連續(xù)釜式反應(yīng)器（1）變溫連續(xù)釜式反應(yīng)器的操作方程操作方程：在絕熱條件下（2）絕熱溫升稱為絕熱溫升,指絕熱條件下反應(yīng)物A完全轉(zhuǎn)化后物系溫度升高或降低的度數(shù)。（3）連續(xù)釜式反應(yīng)器定態(tài)操作（一級(jí)不可逆放熱反應(yīng)）操作方程：移熱速率放熱速率定態(tài)：qr=qg（4）多定態(tài)點(diǎn)（只有放熱反應(yīng)才可能出現(xiàn)多定態(tài)現(xiàn)象）連續(xù)釜式反應(yīng)器定態(tài)操作穩(wěn)定的必要條件：著火點(diǎn)（左側(cè)穩(wěn)定）和熄火點(diǎn)（右側(cè)穩(wěn)定）的判斷、例題：在一絕熱全混流反應(yīng)器中進(jìn)行硫代硫酸鈉與過氧化氫水溶液的反應(yīng)，反應(yīng)中過氧化氫大大過量，該反應(yīng)對(duì)硫代硫酸鈉為二級(jí)，反應(yīng)速率常數(shù)k=6.85×1014exp[-9209.4/T](cm3·mol-1·s-1)，進(jìn)料溫度250C，進(jìn)料流量27.4cm-3·s，硫代硫酸鈉的進(jìn)料濃度為0.56mol·L-