論文-釜式反應(yīng)器的設(shè)計(編輯修改稿)
2025-05-09 00:25 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 量來說，時間越長，原料單耗越少。下面以生產(chǎn)費用最低為目標，設(shè)反應(yīng)操作費用 /單位時間為 a，輔助操作費用 /單 位時間為 a0,固定費用 af。 ∴要使生產(chǎn)費用 AT最小，必須滿足上式。 圖解法表示： 等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算（復(fù)合反應(yīng)） 平行反應(yīng) 物衡式： ∵系統(tǒng)中只有兩個反應(yīng)，且兩個反應(yīng)都是獨立的。 ∴關(guān)鍵組分數(shù) K=獨立反應(yīng)數(shù) M=2。 ∴只要任選兩式就可以了。 恒容過程： 由此式可求得為達到一定的 xA所需要的反應(yīng)時間。 式（ 6）也可寫成： 將式（ 6）代入式（ 5），得 積分，得： 濃度分布圖 上式為在反應(yīng)時間 t時，目的產(chǎn)物 P 的濃度。即 ～ t的關(guān)系式。 說明兩種產(chǎn)物的濃度之比，在任何反應(yīng)時間下均等于兩個反應(yīng)的速率常數(shù)之比。 以上是同時進行兩個一級反應(yīng)的情況。不難將其推廣到同時進行 M 個一級反 應(yīng)的場合。 反應(yīng)時間確定后，即可確定所需的反應(yīng)體積 Vr,其方法與單一反應(yīng)的情況相同。 Vr=Q0(t+t0) 例 ： 在等溫間歇釜式反應(yīng)器中進行下列液相反應(yīng)： 反應(yīng)開始時 A 和 B 的濃度均等于 2kmol/m3,目的產(chǎn)物為 P，計算反應(yīng)時間為 3h 時 A的轉(zhuǎn)化率和 P 的收率。 分析： 此平行反應(yīng)中，主反應(yīng)為一級反應(yīng)，副反應(yīng)為二級反應(yīng)。不能直接套用 書上式（ ）或 ()。但可用間歇釜物衡式（對 A,P 組分），積分后求得。 即 A 轉(zhuǎn)化了 ％，其中轉(zhuǎn)化成 P 的只有 ％，余下（ ）％ =％則轉(zhuǎn)化成 Q。 連串反應(yīng) 設(shè)在等溫間歇釜中進行下列一級不可逆連串反應(yīng)： ∵是兩個獨立反應(yīng) ∴關(guān)鍵組分數(shù) =獨立反應(yīng)數(shù) =2， 選 A， P兩組分作關(guān)鍵組分。 根據(jù)式 (3)雖可以求取達到一定轉(zhuǎn)化率所需要的反應(yīng)時間，但不能確定在此反應(yīng)時間 P 的濃度和收率。 將式（ 3）代入式（ 2），得 這是一階線性常微分方程。結(jié)合上述初始條件，得 式（ 4）～（ 6）表示了各反應(yīng)組分濃度與反應(yīng)時間的關(guān)系，根據(jù)這三個關(guān)系式可以對 作圖，如下圖所示。 濃度分布圖 由圖可見： A的濃度隨 t的↑而↓。 P 的濃度先隨 t↑而↑，后隨 t↑而↓。存在一最大值 —— 連串反應(yīng)的特點。 Q 的濃度初期較低，后期隨 t↑而急速↑。 為了求得 CPmax，可對式（ 5）對 t求導(dǎo)，并令 dCP/dt=0 連續(xù)釜式反應(yīng)器的反應(yīng)體積 連續(xù)釜式反應(yīng)器物衡式： ∵ 釜式反應(yīng)器多用于液相反應(yīng) ∴ 反應(yīng)過程中液體體積的變化不明顯，可當作恒容過程。 可假定 Q≈ Q0 上式即為連續(xù)釜式反應(yīng)器反應(yīng)體積的計算公式。 只要原料的處理量已知，進出口組成已知，反應(yīng)速率方 程已知，就可直接計算 Vr了。 如果在反應(yīng)器中只進行單一反應(yīng)，則以 A作關(guān)鍵組分。 ∵ 全混釜內(nèi)濃度、溫度處處相同，且等于出口處的濃度與溫度。即反應(yīng)是在等溫，等濃度下進行。 ∴ 反應(yīng)是在等反應(yīng)速率下進行。 式中：反應(yīng)速率應(yīng)按反應(yīng)器內(nèi)的物料組成計算，亦可說按出口組成計算。 為了對連續(xù)反應(yīng)器的生產(chǎn)能力作比較，常引用空間時間（簡稱空時）概念。 空時的因次：時間 空時越小，說明處理單位體積流量的物料所需要的反應(yīng)體積越小。即在一定的反應(yīng)體積下所處理的反應(yīng)物料量越大。即反應(yīng)器的生產(chǎn)能力越大。 若兩個連續(xù)反應(yīng)器，進出口物料組成相同，則空時小者，生產(chǎn)能力大。（當然，兩者的進料體積流量必須在相同的溫度與壓力下。 通常采用標準情況下的體積流量。） 物理意義：單位反應(yīng)體積，單位時間內(nèi)所處理的物理量?？账僭酱螅f明反應(yīng)器的生產(chǎn)能力越大。 對使用固體催化劑的反應(yīng)，有質(zhì)量空速與體積空速之分。 質(zhì)量空速：單位質(zhì)量催化劑，單位時間內(nèi)處理的物料量。 體積空速 : 單位催化劑堆體積，單位時間內(nèi)處理的物料量。 還有指以一定反應(yīng)組分計算的空速，如碳空速，烴空速等。因此不能混淆。 對于恒容均相反應(yīng)，空時 物料在器內(nèi)的平均停留時間。 根據(jù)連續(xù) 釜式反應(yīng)器物衡式： 利用上式，若空時已知，則可用來計算物料出口組成，即出口轉(zhuǎn)化率，目的產(chǎn)物 P 的收率等。 上例中的平行反應(yīng)用連續(xù)釜式反應(yīng)器代替間歇釜式反應(yīng)器。計算空時為3h時的 A 的出口轉(zhuǎn)化率和 P 的收率。 釜式反應(yīng)器的串聯(lián)與并聯(lián) 串聯(lián)與并聯(lián) 需解決的問題： ①大反應(yīng)器在 前還是小反應(yīng)器在前好。 ②采用大、小不一樣的釜串聯(lián)好還是采用大小相同的釜串聯(lián)好。 ③為達到規(guī)定的轉(zhuǎn)化率需要幾個釜串聯(lián)。或釜數(shù)已定，為達到一定轉(zhuǎn)化率各釜的反應(yīng)體積為多少。 需解決的問題：大小不同的釜并聯(lián)操作，進料流量如何分配？ 由連續(xù)釜式反應(yīng)器 物料式，得 兩釜串聯(lián)： 對（ a）正常動力學： ∴ 采用兩釜（多釜）串聯(lián)比使用單釜有利。 對（ b）反常動力學： ∵ 面積 ABCD面積 EFCH+面積 GBHD ∴ 采用單釜操作比兩釜（多釜）串聯(lián)有利。 當采用單釜，反應(yīng)體積過大而難以加工制造時，就需要用若干個體積較小的反應(yīng)釜。根據(jù)上面分析，具有正常動力學的反應(yīng)，應(yīng)采用
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