制药反应设备工艺计算

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1、1PharmaceuticalEngineering6.1反应器基础6.2釜式反应器的工艺计算6.3管式反应器的工艺计算第6章制药反应设备工艺计算2PharmaceuticalEngineering6.1.1反应器类型6.1.2反应器操作方式6.1.3反应器计算基本方式6.1.4理想反应器6.1反应器基础3PharmaceuticalEngineering1.按结构分类2.按相态分类3.按操作方式分类4.按操作温度分类5.按流动状况分类6.1.1反应器类型4PharmaceuticalEngineering(b)管式(a)釜式(d)板式塔(e)填料塔1.按结构

2、分类5PharmaceuticalEngineering(f)鼓泡塔(g)喷雾塔(h)固定床(i)流化床图6-1不同结构型式的反应器1.按结构分类6PharmaceuticalEngineering图6-2反应器按相态分类反应器2.按相态分类7PharmaceuticalEngineering3.按操作方式分类：间歇式、半间歇式和连续式反应器4.按操作温度分类：等温和非等温反应器5.按流动状况分类：理想反应器和非理想反应器8PharmaceuticalEngineering1.间歇操作2.连续操作3.半连续操作6.1.2反应器操作方式9Pharmaceutic

3、alEngineering理想反应器是指流体的流动处于理想状况的反应器。对于流体混合，有两种理想极限，即理想混合和理想置换。理想混合流型理想置换流型图6-5反应器的两种理想流型6.1.4理想反应器10PharmaceuticalEngineering理想混合的特征是物料达到完全混合，浓度、温度和反应速度处处相等。工业生产中，搅拌良好的釜式反应器可近似看成理想混合反应器。理想混合釜式反应器可采用连续、半连续或间歇操作方式。连续操作时，物料一进入反应器，就立即与反应器内的物料完全混合。达到稳定状态时，反应器内物料的组成和温度既与位置无关，又不随时间而变，且与出口的

4、浓度和温度相同。半连续或间歇操作时，反应器内物料的组成、温度等参数仅随时间而变，与位置无关。6.1.4理想反应器11PharmaceuticalEngineering理想置换的特征是在与流动方向垂直的截面上，各点的流速和流向完全相同，就象活塞平推一样，故又称“活塞流”或“平推流”。由于这种流动特征，在与流动方向垂直的截面上，流体的浓度和温度处处相等，不随时间而变；而沿流动方向，流体的浓度和温度不断改变。由于在流动方向上不存在流体混合，故所有的流体质点在反应器内的停留时间相同。工业生产中,细长型的管式反应器可近似看成理想置换反应器。6.1.4理想反应器12Pha

5、rmaceuticalEngineering间歇釜式反应器连续釜式反应器管式反应器图6-6理想反应器内反应物及产物的浓度变化6.1.4理想反应器13PharmaceuticalEngineering反应器计算所应用的基本方程式主要有反应动力学方程式、物料衡算式和热量衡算式。若反应过程有较大的压力降，并影响到化学反应速度时，还要应用动量衡算式。6.1.3反应器计算基本方程式14PharmaceuticalEngineering对于均相反应，反应速度可用单位时间、单位体积的反应物料中某一组分摩尔数的变化量来表示，即(6-1)式中rA—以组分A表示的化学反应速度，k

6、molm-3s-1或kmolm-3h-1；VR—反应器的有效容积或反应体积，m3；nA—组分A的摩尔数，mol或kmol；—反应时间，s或h。1.反应动力学方程式15PharmaceuticalEngineering对于等容过程(6-2)式中CA——组分A的浓度，kmolm-3。反应速度也可用转化率来表示。由式(4-6)可知，(6-3)式中xA—反应物A的转化率；nA0—反应开始时反应物A的摩尔数，mol；nA——某时刻反应物A的摩尔数，mol。1.反应动力学方程式16PharmaceuticalEngineering对于等容过程，式(6-3)可改

7、写为(6-7)则(6-8)(6-9)(6-10)1.反应动力学方程式17PharmaceuticalEngineering由于反应时各组分的摩尔数变化不一定相同，因此，用不同组分表示化学反应速度时，数值也不一定相同。如在反应中，组分A、B的消耗速度与组分M、N的生成速度各不相同，但若将它们分别除以该组分的化学计量系数，则有下列关系(6-14)1.反应动力学方程式18PharmaceuticalEngineering化学反应速度与温度、压力和反应物浓度有关，反应速度与各影响因素之间的函数关系称为反应动力学方程式或反应速度方程式。如反应AR为n级不可逆反应，则反

8、应动力学方程式可写成(6-11)式中k