使用的陈甘棠第三版第三章.ppt

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1、化学反应工程的课程体系先按化学反应的不同特性做大的区分，再按装置的不同特性作为进一步的区分。3.1概述讨论均相反应过程的目的，在于介绍工业均相反应过程的开发及均相反应器设计计算中有关的基本原理和方法需要解决大致3类问题：1、如何通过实验建立反应的动力学并加以应用2、如何根据反应的特点与反应器的性能选择反应器型式及操作方式3、如何计算等温与非等温过程的反应器大小及其生产能力1、关于反应器设计与流动的基本问题1）根据化学反应的动力学特性来选择合适的反应器形式；2）结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化的操作设计；3）根据给定的产量对反

2、应装置进行设计计算，确定反应器的几何尺寸并进行某些经济评价。本章讨论的反应器内容是几种典型的均相反应装置的性能特征及其计算方法。反应器的特性流动状态——流体流动方向上的速率分布混合状态——返混程度传热特性——等温与非等温操作这些特性随反应器的几何结构和几何尺寸而异物料在反应器中的流动与混合情况，按照流体流动的机理，一般区分为层流与湍流两种流型。如在层流时，在圆形导管横截面上呈抛物线的速率分布。流速不同，说明物料颗粒在反应器中的停留时间不一。返混：不同停留时间的流体颗粒之间的混合流动状况——复杂因素反应器在设计计算时，必须先对物料在反应器中的

3、流动状况进行分析。本章只就两种极端的情况——理想流动状况进行分析。理想反应器的内涵理想的间歇式反应器：温度和浓度均一理想的连续流动式反应器※平推流反应器：无返混※全混流反应器：返混为无穷大（无返混）（返混程度最大）理想反应器理想混合反应器（完全混合）平推流反应器（无返混）间歇式完全混合连续式完全混合平推流（活塞流PFR）：反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，在整个截面上各处的流速完全相等。所有的物料在反应器内具有相同的停留时间，无返混。全混流模型CSTR：（理想混合流、完全混合流）：物料进入反应器后，在一瞬间，进入反应器的新鲜物料和反

4、应器内的物料达到完全混合；物料参数（浓度、温度）处处相同，且等于出口处的参数；返混为无穷大。间歇操作的搅拌釜批次生产，用于处理液相系统、多品种、小批量的制药、染料等的生产。连续操作的搅拌釜用于均相或非均相的液相系统，如聚合反应等。多釜连续操作、多釜串联操作。管式反应器多用于大规模的气相或液相反应，如石油气裂解用的裂解炉2、关于反应时间的基本问题从反应物料加入反应器后实际进行反应时算起至反应到某一时刻所需的时间，称为反应时间t。而停留时间则指从反应物料进入反应器时算起至离开反应器为止经历的时间。在前述的间歇反应器中，从加料、进行反应到反应完成

5、后卸料，所有物料颗粒的停留时间及反应时间都相同。连续流动反应器中的平推流反应器也是如此。但对不是平推流的连续操作的反应器，由于同时进入反应器的物料颗粒在反应器中的停留时间可能有长有短，因而形成一个分布，称为“停留时间分布”。这时常常用平均停留时间来表述，即不管同时进入反应器的物料颗粒的停留时间是否相同，而是根据体积流率和反应器容积进行计算对连续操作的反应器，另两个常用的名词是空时与空速。空时：在规定条件下，进入反应器的物料通过反应器体积所需的时间，用符号τ表示。即：若空时为2h，意味着，在规定条件下，每2h就有相当于一个反应器体积的物料通过

6、反应器空速：在规定条件下，单位时间进入反应器的物料体积相当于几个反应器的容积，或理解为单位时间通过单位反应器容积的物料体积，用符号SV表示。即：若空速为2h，那就意味着在规定条件下，每小时进入反应器的物料相当于2个反应器体积一般空时或空速是指标准状态下的值，不注明温度和压力的条件以便于相互比较，但也可以与实际温度和压力下的空时或空速值相互比较。同样的空速或空时，对于不同直径的反应器来说，流体的线速率是不同的，因此只是工艺上的指标，并不严格。在连续操作的反应器中，对于恒容过程，物料的平均停留时间也可以看做是空时，两者在数值上是等同的；而若为变

7、容过程，在一定反应器体积VR下，按初始的进料率计算的平均停留时间，并不等于体积起变化时的真实平均停留时间。在应用时要加以留意。3.2简单反应器反应器设计计算所涉及的基本方程式，就是反应动力学方程式与物料衡算式、热量衡算式等的结合。对等温恒容过程，一般只需动力学方程式结合物料衡算式即可求解。本节讨论三种比较简单的反应器-间歇釜式反应器、全混流釜式反应器、平推流管式反应器的计算3.2.1间歇式完全混合反应器1、间歇釜式反应器BatchReactor间歇操作的充分反应器。用于液相反应。在反应过程中没有进出料。反应器内物料充分混合，器内各点温度浓度

8、相同。不需考虑热量传递间歇操作，需要辅助生产时间。化学实验室内装有电动搅拌装置的玻璃三口烧瓶即和釜式反应器极为相似，故可用三口烧瓶进行反应开发、操作条件及动力学研究，便于移植于工