【正文】 R T = T out C i =C i ， out 圖 全混流反應(yīng)器的平衡 3/5/2023 二、全混流反應(yīng)器的設(shè)計方程 以反應(yīng)物 A為關(guān)鍵組分， A的反應(yīng)速率記作 (–rA)，根據(jù)全混流反應(yīng)器的特點，在單位時間內(nèi)對整個反應(yīng)器作物料衡算： FA0 = FA + （ –rA） VR + 0 FA0 － FA = （ –rA） VR () ※ 全混流反應(yīng)器的設(shè)計基礎(chǔ)式 ※ 恒容時 () ???????????????????????????????????的積累速度反應(yīng)器中的反應(yīng)量單位時間的流出量單位時間的流入量單位時間 AAAA ? ?000AARAFFVv v r????? ? ? ? ?0 ,00AARAAAACCVx Cv r r??? ? ???0AAF v C?0 0 0F v C?3/5/2023 [例 ] 在一體積為 120升的全混流反應(yīng)器中進(jìn)行下列液相反應(yīng)： 式中 k1= 7[ l/(mol 多釜串聯(lián)全混流反應(yīng)器 工業(yè)生產(chǎn)中常同時使用數(shù)個釜式反應(yīng)器進(jìn)行同樣的反應(yīng)；反應(yīng)器設(shè)計中也經(jīng)常出現(xiàn)用一個大反應(yīng)器好，還是用幾個小反應(yīng)器好的問題。用這種方法可以省去試差的麻煩。對于多釜串聯(lián)，若追求整體反應(yīng)器體積最小，應(yīng)增加反應(yīng)器的個數(shù)，但反應(yīng)器體積最小是有限的，即使反應(yīng)釜的個數(shù)趨于無窮，反應(yīng)釜的總體積最小為速率倒數(shù)曲線、起始濃度、最終濃度和橫座標(biāo)圍成的面積（見下圖中綠影部分）與進(jìn)料體積流量的乘積。對于 n＞ 0的不可逆等溫反應(yīng)均有圖示的特征。 00A PPPpP A Av CCv C C??? ? ??3/5/2023 1. 一級不可逆串連反應(yīng) R是目的產(chǎn)物 對于間歇反應(yīng)器或平推流反應(yīng)器 P的最大濃度： () 對于全混流反應(yīng)器 R的最大濃度： () 將上面兩式相除，并以 對 作圖： 12kkA R S??? ???2121m a x 02()kkkPAkCCk???0, m a x221( 1 )APCCkk??m axm ax[][]PmPpCC12lgkk3/5/2023 由圖 P來說總是優(yōu)于全混流反應(yīng)器?！?)。 ? ?000()A A ARAC x xVvr?????0 3RV hv? ? ? ?01 1 18AACCkh??? ?? ? ?0l n l nEkkRT?? 90552 308 .6( l n l n ) l n( 88 10 ) l n 18ETKk k R? ? ?? ? ?3/5/2023 ② 原料液起始溫度 T0的計算 原料液的起始溫度為 (或 ℃ ) ? ?00( ) ( )A R A mPr V H K A T TTTvC?? ? ? ? ???018 20921 5 ( ) 3 1050 ? ? ? ? ? ? ?? ? ???3/5/2023 (2) 全混流反應(yīng)器操作的熱穩(wěn)定性分析 連續(xù)釜式反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物料溫度均勻一致，若為定態(tài)操作，反應(yīng)是在等溫下進(jìn)行的。移熱速率 Qr線為一直線， QG線、 Qr線的交點為熱平衡點。 Q Q r Q G c b a T T a T b T c Q Q r Q G c b a T a T b T c 3/5/2023 c點： 當(dāng)有擾動使 T略大于Tc時 (dT＞ 0)，有 QG＜ Qr ,移熱速率大于放熱速率，體系溫度下降，自動恢復(fù)到 c點。 當(dāng)進(jìn)料溫度從 TG慢慢地增加至 TE時，定態(tài)溫度的變化如圖中曲線 GAFDE所示。至于釜式反應(yīng)器，如果調(diào)節(jié)手段適當(dāng)，不一定非要在穩(wěn)定的定態(tài)下操作。 定態(tài)穩(wěn)定的必要條件是： ① ② Gr dQdQdT dT?rG?Gr dQdQdT dT?3/5/2023 隨著操作條件的改變， 定態(tài)溫度也隨之而變。 Q Q r Q G c b a T T a T b T c 3/5/2023 b點： 當(dāng)有擾動使 T略大于 Tb時 (dT＞ 0)，有 Qr＜ QG ，移熱速率小于放熱速率，體系溫度繼續(xù)上升，直至到 c點。 3/5/2023 為了方便地看出反應(yīng)器內(nèi)傳熱過程的這一特點，將式()改寫成如下形式： () 令： 生熱速率 移熱速率 ? ?00 0 0() [ 1 ] [ ]A R A mP P Pr V H K ATKATTv C v C v C? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ?0()A R AGPr V HQvC?? ? ??000[ 1 ] [ ]mrPPK ATKAQ T Tv C v C??? ? ? ?3/5/2023 放熱速率線為一曲線，曲線的形狀和 k值與溫度的關(guān)系有關(guān)。試求滿足上述反應(yīng)要求所需的反應(yīng)溫度以及料液的起始溫度 T0?，F(xiàn)欲利用該反應(yīng)器進(jìn)行 的一級不可逆液相反應(yīng)， 其速率常數(shù) k＝ 109exp[–](h1)， 反應(yīng)熱 (–△ HA)＝ 20921 J／ mol，原料液中 A的濃度 CA0=22 mol/l，但不含 R。當(dāng)反應(yīng)器出口轉(zhuǎn)化率大于相應(yīng)于最小值的 xAM時，全混流反應(yīng)器最佳，而平推流反應(yīng)器所需的反應(yīng)容積最大，若反應(yīng)物料的起始轉(zhuǎn)化率 xA0大于 xAM應(yīng)選用平推流反應(yīng)器或多釜串聯(lián)的全混流反應(yīng)器；而當(dāng) xA0＜ xAM而 xA＞ xAM的場合，則全混流反應(yīng)器串聯(lián)平推流反應(yīng)器最優(yōu)。 一、單一反應(yīng)： 由于不存在副反應(yīng)，所以，在反應(yīng)器選型時只需考慮如何有利于反應(yīng)速率的提高。若各釜體積相同，則圖上各操作線平行。對任意第 i個釜作組分 A的物料衡算，對于恒容系統(tǒng)都有： () 將具體的速率方程代入，從第 1釜開始逐釜的計算下去。min] 因此流入反應(yīng)器的體積流量為 : 即每種物料的流量為 4l/min。 ? 置溫度均一，濃度均一。s)，原料氣中含有 50％ A和 50％惰性氣體 (CA0=)，求轉(zhuǎn)化率為 80％時所需的時間。 、濃度沿管長連續(xù)變化。要求轉(zhuǎn)化率達(dá)到 95％。 dtdxn AA 0? ?ARrV? ? ?0 0Ax AAARdxtnrV???? ?0AAC ACAdCtr????或： () = 積分得： 恒容時： () () ※ 間歇反應(yīng)器的設(shè)計基礎(chǔ)式 ※ ? ?0 0Ax AAAdxtCr???3/5/2023 VR的計算 由 ()式所得的時間是指在一定的操作條件下，為達(dá)到所要求轉(zhuǎn)化率 xA所需的反應(yīng)時間 ,而不是每批操作所需的時間，每批操作所需的時間應(yīng)是 (t + t0) ∴ 反應(yīng)器的有效體積為 VR = v0 (t + t0) () 式中： t0是輔助生產(chǎn)時間，包括加料、出料、 清洗反應(yīng)器和物料的升溫、冷卻。 ※ 空時、空速用于連續(xù)流動反應(yīng)器。 (主要用于間歇反應(yīng)器 ) ：是指反應(yīng)物料從進(jìn)入反應(yīng)器的時刻算起到它們離開反應(yīng)器的時刻為止所用的時間。2 均相反應(yīng)過程 167。 要求掌握