反应器设计课件.ppt

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1、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。2.3FundamentalEquationsofReactorCalculation化学反应工程的基本研究方法化学反应工程的基本研究方法是数学模型法。数学模型法是对复杂的难以用数学全面描述的客观实体，人为地做某些假定，设想出一个简化模型，并通过对简化模型的数学求解，达到利用简单数学方程描述复杂物理过程的目的。数学模型法1．建立简化物理模型对复杂客观实体，在深入了解基础

2、上，进行合理简化，设想一个物理过程(模型)代替实际过程。简化必须合理，即简化模型必须反映客观实体，便于数学描述和适用。2．建立数学模型依照物理模型和相关的已知原理，写出描述物理模型的数学方程及其初始和边界条件。3．用模型方程的解讨论客体的特性规律利用数学模型解决化学反应工程问题基本步骤为：1．小试研究化学反应规律；2．大型冷模实验研究传递过程规律；3．利用计算机或其它手段综合反应规律和传递规律，预测大型反应器性能，寻找优化条件；4．热模实验检验数学模型的等效性。均相单一反应动力学和理想反应器化学反应式反应物经化

3、学反应生成产物的过程用定量关系式予以描述时,该定量关系式称为化学反应式:化学反应计量式化学反应计量式（化学反应计量方程）是一个方程式，允许按方程式的运算规则进行运算，如将各相移至等号的同一侧。化学反应计量式只表示参与化学反应的各组分之间的计量关系，与反应历程及反应可以进行的程度无关。化学反应计量式不得含有除1以外的任何公因子。具体写法依习惯而定，与均被认可，但通常将关键组分（关注的、价值较高的组分）的计量系数写为1。组分A的选取原则A必须是反应物，它在原料中的量按照化学计量方程计算应当可以完全反应掉（与化学平衡无

4、关），即转化率的最大值应当可以达到100%，如果体系中有多于一个组份满足上述要求，通常选取重点关注的、经济价值相对高的组分定义转化率。化学反应动力学方程定量描述反应速率与影响反应速率因素之间的关系式称为反应动力学方程。大量实验表明，均相反应的速率是反应物系组成、温度和压力的函数。而反应压力通常可由反应物系的组成和温度通过状态方程来确定，不是独立变量。所以主要考虑反应物系组成和温度对反应速率的影响。化学反应动力学方程有多种形式，对于均相反应，方程多数可以写为（或可以近似写为，至少在一定浓度范围之内可以写为）幂函数形

5、式，反应速率与反应物浓度的某一方次呈正比。对于体系中只进行一个不可逆反应的过程，式中：cA，cB：A，B组分的浓度mol.m-3k为以浓度表示的反应速率常数，随反应级数的不同有不同的因次。k是温度的函数，在一般工业精度上，符合阿累尼乌斯关系。阿累尼乌斯关系k0：指前因子，又称频率因子，与温度无关，具有和反应速率常数相同的因次。E：活化能，[J·mol-1]，从化学反应工程的角度看，活化能反映了反应速率对温度变化的敏感程度。反应级数m，n：A，B组分的反应级数，m+n为此反应的总级数。如果反应级数与反应组份的化学计

6、量系数相同，即m=a并且n=b，此反应可能是基元反应。基元反应的总级数一般为1或2，极个别有3，没有大于3级的基元反应。对于非基元反应，m，n多数为实验测得的经验值，可以是整数，小数，甚至是负数。把化学反应定义式和化学反应动力学方程相结合，可以得到：直接积分，可获得化学反应动力学方程的积分形式。对一级不可逆反应，恒容过程，有：由上式可以看出，对于一级不可逆反应，达到一定转化率所需要的时间与反应物的初始浓度cA0无关。化学反应器设计基础物料衡算方程物料衡算所针对的具体体系称体积元。体积元有确定的边界，由这些边界围住

7、的体积称为系统体积。在这个体积元中，物料温度、浓度必须是均匀的。在满足这个条件的前提下尽可能使这个体积元体积更大。在这个体积元中对关键组分A进行物料衡算。用符号表示：更普遍地说，对于体积元内的任何物料，进入、排出、反应、积累量的代数和为0。不同的反应器和操作方式，某些项可能为0。理想反应器在工业上化学反应必然要在某种设备内进行，这种设备就是反应器。根据各种化学反应的不同特性，反应器的形式和操作方式有很大差异。从本质上讲，反应器的形式并不会影响化学反应动力学特性。但是物料在不同类型的反应器中流动情况是不同的。简单混

8、合与返混若相互混合的物料是在相同的时间进入反应器的，具有相同的反应程度，混合后的物料必然与混合前的物料完全相同。这种发生在停留时间相同的物料之间的均匀化过程，称之为简单混合。如果发生混合前的物料在反应器内停留时间不同，反应程度就不同，组成也不会相同。混合之后的物料组成与混合前必然不同，反应速率也会随之发生变化，这种发生在停留时间不同的物料之间的均匀化过程，称之为返混。按物