《工学反应工程》ppt课件

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1、4.1活塞流假定流体流动是非常复杂的物理现象，影响到系统的反应速率和转化程度。一、流动状况对反应过程的影响1.流速分布情况影响空管中,如图4.1（a）(b)内部各部分流体的停留时间不同，因此反应时间也不一样，反应速率和最终转化率也不一样。2.混合情况的影响完全混合时，C、T在反应器内均一；否则，各处T，C不一样。这两种混合情况对反应过程产生不同的影响，反应的结果也不一样。为了描述反应器的流动状况，要建立流动模型，定量描述反应器中的流动状况。最简单的流动模型是理想流动模型，包括：活塞流和全混流模型。图4.1径向流分布１.活塞流模型①径向流

2、速分布均匀；　　②轴向不存在混合。所有流体粒子在反应器内的停留时间相同，与间歇釜式反应器中不一样，没有返混问题。（返混是不同停留时间的流体粒子之间的混合）。2.全混流模型（上一章详细描述过）　无论轴向和径向，混合达到最大，C、T均一，返混最大。应该注意的是：理想流动模型是两种极端情况，活塞流的返混为"零"，而全混流的返混"最大"，实际反应器中的流动状况介于两者之间。二、理想流动模型4.2等温管式反应器的设计在管式反应器中进行的单一反应，取如图4.2所示的微元体（高为dZ）在定态条件下：由此得到：假设RA=常数（=XAf下的值），则

3、：－－釜式反应器的设计方程上式可以进一步变成：注意：二者尽管形式上相同，但一个是反应时间t，一个空时τ（与所选择的进口状态有关）。另外，间歇釜式反应器总是恒容的。如果管式反应器也在恒容下进行，则有τ=t；否则，τ≠t。对于式（4-4），设反应器的截面积为A，则有dVr=AdZ，那么对于恒容过程CA=CAO（1-XA）则时间变量转化为位置变量。VpVm-3>Vm-2>Vm在处理量、组成、T、XAf相同的条件下进行对比。对于二级可逆反应，使用不同形式的理想反应器时所需要的反应体积如表4-1所示，即有Vp

4、3

5、料的利用率，将出口（含有大量的反应物）的物料进行循环。图4.6循环反应器→0时，XAi=0活塞流；→∞时，XAi→XAf全混流；实际上，当＝25时，即可认为反应器达到了全混状态。循环反应器的设计方程4.5变温管式反应器一、管式反应器的热量衡算对于等压过程合并得：工业上反应器很少等温下操作，原因：难于作到等温操作对可逆放热反应，等温并不一定好，有最佳温度分布对于复杂反应，温度T影响产物分布（PD）Tr-基准温度（与间歇釜式反应器的计算方法相同）TC-换热介质的温度类似于间歇釜式反应器与热量衡算式（3-81）存在的差别：自变量：t时间（

6、间歇釜）距离Z（管式反应器）衡算范围：整个反应器（间歇釜）微元体（管式反应器）wAO－初始质量分率；G－为质量流速，kg/s带入热量衡算式得：二、绝热管式反应器与间歇釜式反应器和连续釜式反应器完全一样，但实质上有很大区别。如与外界无热交换（绝热过程），上式变成：如果不考虑Cpt随组成和温度变化，则T－To=（XA-XAO）其中图4.7绝热反应过程转化率与温度的关系用于管式反应器时，它反映了不同的轴向位置上温度与转化率的关系。用于间歇式反应器时则反映不同时间下反应物料的转化率与温度的关系。而连续釜式反应器无论是否与环境进行热交换，均为等温

7、操作，所以，绝热方程式(4.30)反映的是绝热条件下与连续釜式反应器出口转化率相对应的操作温度。可逆放热反应的情况图4.8可逆放热反应的转化率与温度的关系图4.9绝热管式反应器的最佳进料温度三、非绝热变温管式反应器当化学反应热效应很大时，无论是放热的还是吸热的，采用绝热操作会使反应器进出口的反应物料温差太大。放热反应，反应温度沿轴向而升高；反应是可逆的，温度升高则平衡转化率降低，应用绝热反应器就不可能得到较高的转化率；吸热反应时，无论是可逆还是不可逆的，反应温度总是沿轴向而降低，使反应速率越来越慢。很多工业反应器要进行温度控制，与环境有热

8、交换。控制反应器在一定的温度下操作（优化和安全操作）高温换热介质多用燃烧液体或气体燃料产生的烟道气、熔盐和高压蒸汽等；常用的低温换热介质为水和空气。也可以适当安排利用产物的余热来加热原料,如：