第三章理想反應(yīng)器IdealReactor知識課件

第三章

理想反應(yīng)器

IdealReactor3.5平推流反應(yīng)器

PistonFlowingReactor2/13/20251SO3ProductionPlantandGasTreatment(Ballestra)

2/13/20252

{磺化反應(yīng)器}本裝置是以連續(xù)多管膜式反應(yīng)器為基礎(chǔ)的磺化（硫酸化）裝置，此裝置以洗滌劑工業(yè)中使用的所有主要原材料生產(chǎn)磺酸和活性物，如：十二烷基苯、直鏈烷基苯、醇類、月桂醚、α-烯烴等。2/13/20253磺化反應(yīng)工藝流程2/13/20254重油催化裂化(FCC)裝置總圖2/13/20256

在催化裂化裝置中反—再系統(tǒng)地反應(yīng)器為提升管反應(yīng)器，它是基于平推流的基礎(chǔ)上建立起來的。自60年代以來,提升管反應(yīng)器由于其氣固通量大、氣固接觸效率高以及操作范圍寬等特點(diǎn),在催化裂化工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而,隨著人們的研究深入,其徑向流動結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重非均勻性和較大的氣固返混也逐漸為人們所認(rèn)識。2/13/202572/13/20258在80年代中期,國內(nèi)外的一些著名的石油公司如Stone&Webster和Mobil等分別提出了超短接觸下行床反應(yīng)器的概念。對于催化裂化等以中間產(chǎn)物為目的產(chǎn)品的過程,由于下行床能夠?qū)崿F(xiàn)氣固超短接觸并具有接近平推流的流型,將可以獲得比提升管更高的產(chǎn)品收率,因而受到人們的普遍關(guān)注,被譽(yù)為“21世紀(jì)取代提升管的換代新技術(shù)”。2/13/202592/13/2025102/13/2025112）在流體流動的方向不存在流體質(zhì)點(diǎn)間的混和，即無返混現(xiàn)象。流體在管內(nèi)作平推流流動具有如下兩特征：1）在與流動方向呈垂直的截面上沒有流速分布；2/13/202512u表示流體器內(nèi)流速，L表示軸內(nèi)距離因此，各質(zhì)點(diǎn)具有相同的停留時(shí)間，等于反應(yīng)時(shí)間t。2/13/202513對于非等分子反應(yīng)，需要按變?nèi)葸^程來考慮。在整個(gè)過程中:對于恒容反應(yīng)過程平均停留時(shí)間，反應(yīng)時(shí)間和空時(shí)一致。對氣相反應(yīng)，恒溫，恒壓等分子反應(yīng)上式也適用。對于液相反應(yīng)，均可視為恒容過程。2/13/202514膨脹因子：每反應(yīng)掉一個(gè)摩爾的組分A所引起反應(yīng)物系總摩爾數(shù)的變化量。即：所以2/13/202515F，F(xiàn)0分別為物系反應(yīng)后的摩爾流率和起始摩爾流率，yA0為著眼組分A的起始摩爾分率。2/13/202516上式若對于恒溫、恒壓過程，則有在這些場合，空時(shí)和停留時(shí)間是不相等的，使用時(shí)應(yīng)加以區(qū)別。2/13/2025173.5.1設(shè)計(jì)方程2/13/202518累積量=輸入量-輸出量對器內(nèi)微元容積dV進(jìn)行物料衡算，列出組份A的物料衡算式。根據(jù)衡算的一般形式：2/13/202519

2/13/202520平推流管式反應(yīng)器的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方程2/13/2025212/13/202522恒容過程2/13/202523恒容過程平推流與分批式完全混合反應(yīng)器設(shè)計(jì)方程完全一致，因此只要反應(yīng)是在等溫下進(jìn)行，第二章的速率式都適用于平推流。2/13/202524對于變?nèi)葸^程，其反應(yīng)速率方程中的各個(gè)濃度需同時(shí)考慮因化學(xué)反應(yīng)和容積而改變造成的濃度變化。2/13/202525但如果速率方程過于復(fù)雜，則往往需要用數(shù)值積分或下圖的圖解法求解方程。2/13/2025262/13/202527例3-5-1應(yīng)用管徑為D=12.6cm的管式反應(yīng)器來進(jìn)行一級不可逆的氣體A的熱分解反應(yīng)，其計(jì)量方程為A=R+S；速率方程為-rA=kCA；而k=7.8×109exp[-19220/T]（s-1），原料為純氣體A，反應(yīng)壓力P=5atm（5×0.101325MPa）下恒壓，T=5000C恒溫反應(yīng)。反應(yīng)過程中壓力恒定，要求A的分解率達(dá)到0.9，原料氣體的處理速率為FAO=1.55kmol/h，求所需反應(yīng)器的管長L、停留時(shí)間t、空時(shí)τ（理想氣體）。2/13/202528反應(yīng)流體在管內(nèi)的體積流速為：解：反應(yīng)氣體的進(jìn)料體積流速為：2/13/2025292/13/2025302/13/202531所以2/13/2025322/13/2025333.5-2變溫操作的操作方程2/13/202534在定常態(tài)下應(yīng)有:

2/13/202535當(dāng)2/13/202536如果將平推流反應(yīng)器出口的產(chǎn)物部分地返回到入口處與原始物料混合，這類反應(yīng)器為循環(huán)操作的平推流反應(yīng)器。變溫操作方程為2/13/2025372/13/2025383.6反應(yīng)器型式與操作方法的評選

3.6-1單一反應(yīng)的評選1.反應(yīng)器的選型只考慮如何有利于反應(yīng)速率的提高。對于單一反應(yīng)，反應(yīng)速率和反應(yīng)物濃度的關(guān)系可能有三種性狀：2/13/202539（1），對于一切n〈0的不可逆等溫反應(yīng)。平推流，串聯(lián)全混流的容積小。2/13/202540(2)1/（-rA）隨XA的增大而單調(diào)下降，對于一切n〉0的不可逆等溫反應(yīng)。全混流為佳。2/13/202541（3）1/（-rA）對xA的曲線上線存在著極小值，自催化絕熱操作的放熱反應(yīng)，當(dāng)xA小于最小的1/（-rA）值的xAM時(shí)，全混流最佳；若xA0大于xAM，則具有（1)的特性，平推流或串聯(lián)全混流；當(dāng)xA0＜xAM而xA＞xAM時(shí)，全混流串平推流最佳，循環(huán)操作的平推流次之；平推流反應(yīng)器；全混流最差。2/13/2025422/13/2025432.最優(yōu)操作溫度的選定不可逆反應(yīng)，盡可能提高溫度?？赡嫖鼰岱磻?yīng)，盡可能提高溫度。可逆放熱反應(yīng)，存在最優(yōu)的操作溫度。2/13/202544對于一級可逆反應(yīng)，原料為純物質(zhì)A，恒容。其中2/13/202545（1）等溫操作的最優(yōu)溫度代入平推流設(shè)計(jì)方程2/13/202546若固定V和v0，則xA為K和k的函數(shù)，對于給定τ=V/v0，可選定使xA，max時(shí)最大的操作溫度。2/13/202547（2）變溫操作的最優(yōu)溫度分布對于可逆放熱反應(yīng)，存在使反應(yīng)速率最大的反應(yīng)溫度，Topt

2/13/202548對-rA對T求導(dǎo)2/13/2025493.6-2復(fù)合反應(yīng)

1.串聯(lián)反應(yīng)2/13/202550上兩式適用于平推流反應(yīng)器或間歇式全混流反應(yīng)器。對于全混流反應(yīng)器來說:2/13/202551平推流優(yōu)于全混流，k1=k2時(shí)兩者偏差最大。2.平行反應(yīng)①對于單一反應(yīng)組份的平行反應(yīng)a.φP隨xA的增大而單調(diào)增長，應(yīng)該無返混有利。2/13/202552b.φP隨xA的增大而單調(diào)下降，返混有利。c.φP對xA曲線存在最大值，反應(yīng)前期返混有利，后期不利。2/13/202553②對于2/13/202554為提高產(chǎn)物P收率，應(yīng)使SP增大。a.如果a1＞a2，b1＞b2，應(yīng)選擇無返混反應(yīng)器。b.如果a1＜a2，b1